3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое реактивная сила и реактивные двигатели

Реактивная тяга

Реактивная тяга — сила, возникающая в результате взаимодействия двигательной установки с истекающей из сопла струёй расширяющейся жидкости или газа, обладающих кинетической энергией [1] .

В основу возникновения реактивной тяги положен закон сохранения импульса. Реактивная тяга обычно рассматривается как сила реакции отделяющихся частиц. Точкой приложения её считают центр истечения — центр среза сопла двигателя, а направление — противоположное вектору скорости истечения продуктов сгорания (или рабочего тела, в случае не химического двигателя). То есть, реактивная тяга:

  • приложена непосредственно к корпусу реактивного двигателя;
  • обеспечивает передвижение реактивного двигателя и связанного с ним объекта в сторону, противоположную направлению реактивной струи [2] .

Содержание

  • 1 Реактивное движение в природе
  • 2 Величина реактивной тяги
    • 2.1 Формула при отсутствии внешних сил
      • 2.1.1 Доказательство
    • 2.2 Уравнение Мещерского
    • 2.3 Формула Циолковского
  • 3 См. также
  • 4 Примечания
  • 5 Ссылки

Реактивное движение в природе

Среди растений реактивное движение встречается у созревших плодов бешеного огурца. При созревании растения его плод отцепляется от плодоножки. Под большим давлением из плода выбрасывается жидкость с семенами, которая направлена в противоположное направление движению плода [3] .

Среди животного мира реактивное движение встречается у кальмаров, осьминогов, медуз, каракатиц, морских гребешков и других. Перечисленные животные передвигаются, выбрасывая вбираемую ими воду.

Величина реактивной тяги

Формула при отсутствии внешних сил

Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени.

m_p — масса ракеты vec — её ускорение vec — скорость истечения газов frac< Delta m_t> — расход массы топлива в единицу времени

Поскольку скорость истечения продуктов сгорания (рабочего тела) определяется физико-химическими свойствами компонентов топлива и конструктивными особенностями двигателя, являясь постоянной величиной при не очень больших изменениях режима работы реактивного двигателя, то величина реактивной силы определяется в основном массовым секундным расходом топлива [1] .

Доказательство

До начала работы двигателей импульс ракеты и горючего был равен нулю, следовательно, и после включения сумма изменений векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю: m_p cdot Delta vec + Delta m_t cdot vec = 0 , где

m_p cdot Delta vec = -Delta m_t cdot vec

Разделим обе части равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты:

Произведение массы ракеты m на ускорение её движения a по определению равно силе, вызывающей это ускорение:

Уравнение Мещерского

Если же на ракету, кроме реактивной силы vec_p , действует внешняя сила vec , то уравнение динамики движения примет вид:

Формула Мещерского представляет собой обобщение второго закона Ньютона для движения тел переменной массы. Ускорение тела переменной массы определяется не только внешними силами vec , действующими на тело, но и реактивной силой vec_p , обусловленной изменением массы движущегося тела:

Формула Циолковского

Применив уравнение Мещерского к движению ракеты, на которую не действуют внешние силы, и проинтегрировав уравнение, получим формулу Циолковского [4] :

Релятивистское обобщение этой формулы имеет вид:

Основы термодинамического расчёта реактивных и ракетных двигателей

В современной авиации большое распространение получили реактивные двигатели вследствие их большой удельной мощности, возможности преодоления звукового барьера и независимости их работы (в случае ракетных двигателей) от окружающей среды.

Реактивные двигатели предназначены для получения тяги, т.е. реактивной силы, поэтому они применяются только на транспортных установках, в основном в авиации и в космонавтике.

Существует много типов реактивных двигателей, отличающихся как по принципу работы, так и по устройству, а именно:

– прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД);

– компрессорные воздушно-реактивные двигатели (турбореактивные двигатели);

– ракетные двигатели (РД твёрдотопливные или жидкостные).

Все перечисленные реактивные двигатели работают по циклу, совпадающему с циклом ГТУ p=const с несущественными отличиями, связанными в основном с их конструктивными особенностями и с применяемым топливом.

Сила тяги реактивного двигателя создаётся за счёт реакции вытекающего с большой скоростью потока газов из сопла, причём, чем больше скорость истечения (относительно двигателя), тем больше реактивная тяга:

где G – массовый расход газа (продуктов сгорания).

Рассмотрим схему прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), предназначенного для сверхзвуковых полётов (рис. II.18).

То, что двигатель предназначен для сверхзвуковых полётов, явствует из конфигурации диффузора: при сверхзвуковом потоке в начальной сужающейся части и далее в расширяющейся части происходит торможение потока и повышение давления. На этом же рисунке приведены качественные зависимости скорости и давления рабочего тела (атмосферного воздуха или продуктов сгорания) по ходу его течения.

Термический КПД двигателя определяется известной формулой

где – степень повышения давления в диффузоре.

При скоростях 600…800 км/час КПД прямоточного двигателя не превышает 2…4 %, зато при больших (сверхзвуковых) скоростях его экономичность значительно повышается. Главным преимуществом ПВРД является отсутствие движущихся деталей, что делает его чрезвычайно простым в изготовлении и надёжным. Одним из существенных недостатков ПВРД является то, что он может работать, только имея уже начальную скорость, т.е. для его запуска нужен дополнительный двигатель. По этой причине ПВРД используются в основном на крылатых ракетах типа «воздух–земля» или «воздух–воздух».

От этого недостатка избавлен турбореактивный двигатель, в котором поступающий воздух сжимается не только за счёт скоростного напора, но и при помощи осевого компрессора, приводимого в движение турбиной, установленной на одной с ним оси (рис. II.19). Диаграмма T – s цикла турбореактивного двигателя (без учёта потерь) приведена на рис. II.20. Сжатие в этом двигателе происходит в два этапа: сначала воздух сжимается в диффузоре в процессе 1–2′ и затем в компрессоре в процессе 2’–2. Аналогичным образом после камеры сгорания продукты сгорания сначала расширяются в сопловых аппаратах турбины, а затем они расширяются в выходном сопле двигателя (соответственно процессы 3–4′ и 4’–4).

Ввиду наличия компрессора термический КПД турбореактивного двигателя выше, чем у ПВРД; наиболее экономичен такой двигатель при скоростях полёта 1000…1500 км/час. Другим преимуществом турбореактивного двигателя является возможность его запуска без предварительного разгона. Турбореактивные двигатели нашли широкое применение в военной и гражданской авиации. Ракетный двигатель отличается от воздушно-реактивного двигателя тем, что для его работы не требуется атмосферный воздух как в качестве окислителя, так и в качестве рабочего тела. В самой ракете имеются запасы топлива (твёрдого или жидкого) и окислителя. По этой причине летательный аппарат с ракетным двигателем может летать и за пределами атмосферы. Реактивную тягу создают вытекающие с большой скоростью из ракетного сопла продукты сгорания. Термодинамический расчёт ракетного двигателя практически совпадает с расчётом обычного

Читать еще:  Что такое пустотная тяга ракетного двигателя
Р13Циклы паросиловых установок6 часов
Р13.Т1Цикл Карно. Цикл Ренкина1.0 час

Современная крупномасштабная электроэнергетика, теплоснабжение жилых и производственных помещений, крупный морской надводный и подводный транспорт в большинстве своём используют в двигателях в качестве рабочего тела и теплоносителя воду, что объясняется широкой её распространённостью, сравнительной дешевизной, нетоксичностью и малой химической агрессивностью по отношению к конструкционным материалам.

Ввиду того, что используемая в качестве рабочего тела вода в тепловых двигателях может испытывать фазовые переходы «кипение–конденсация», в области влажного пара оказывается достаточно просто технически осуществить цикл Карно, обеспечив процессы изобарно–изотермического подвода и отвода тепла и адиабатические процессы сжатия и расширения. Принципиальная схема такой установки, изображённая на рис. III.1, ничем не отличается от схемы ГТУ за исключением того, что подвод теплоты к воде может быть осуществлён только извне в устройстве, называемом парогенератором (котельной установкой, котлом, ядерным реактором, испарителем и т.д.).

Оставляя на дальнейшее подробный расчёт циклов паросиловых установок, произведём расчёт термического КПД цикла Карно, изображённого на рис. III.1, с водяным паром в качестве рабочего тела. Теплота в этом цикле, как легко видеть, подводится в процессе 4–1 испарения воды (кипения) в барабане парового котла (парогенератора), а отводится в процессе 2–3 в конденсаторе. Поскольку эти процессы являются изобарными (и в то же время изотермическими), то удельные количества подведённой и отведённой теплоты в цикле будут равны соответственно

Тогда термический КПД цикла будет

Несмотря на то, что термический КПД цикла Карно максимален по отношению к термическому КПД любого другого цикла, работающего в том же интервале температур, двигатель, работающий по циклу Карно на влажном водяном паре, обладает двумя существенными недостатками, сводящими практически на нет главное достоинство цикла Карно. Во-первых, цикл Карно легко осуществим лишь в области влажного пара, т.е. температура подвода тепла не может превышать критическую температуру, значение которой для воды составляет 374 о С (647 К), температура же отвода тепла охлаждающей воде в конденсаторе составляет примерно 300 К. Таким образом, термический КПД цикла Карно будет порядка 50%, что на первый взгляд может показаться достаточно высоким. Следует, однако, иметь в виду, что термический КПД характеризует только термодинамическую эффективность цикла тепловой машины. Эффективность же всей установки окажется существенно ниже ввиду наличия неизбежных необратимых потерь практически во всех её узлах и будет лежать в пределах 10…15%, что для современной энергетики недопустимо.

Второй существенный недостаток паросиловой установки, работающей по циклу Карно, связан с необходимостью использования компрессора, сжимающего сильно влажный водяной пар до состояния кипящей воды (процесс 3–4 на рис. III.1). Эти весьма напряжённые условия работы компрессора будут приводить к быстрому его выходу из строя.

Второго недостатка лишена паросиловая установка, работающая по так называемому циклу Ренкина (W. J. M. Rankin, Шотландия, 1820–1872), в котором влажный водяной пар конденсируется до состояния кипящей воды и затем этот конденсат насосом подаётся в паровой котёл (см. рис. III.2).

Вода при этом становится недогретой до температуры насыщения при давлении в парогенераторе, поэтому установка, работающая по циклу Ренкина, нуждается в дополнительном агрегате – экономайзере, где питательная вода изобарно подогревается до температуры кипения (процесс 4–(′)) и лишь затем попадает в барабан котла, где она испаряется, и далее пар направляется в турбину. Расчёт термического КПД идеального (без потерь) цикла Ренкина весьма прост и определяется той же формулой , где, однако, нельзя уже использовать справедливое только для цикла Карно отношение абсолютных температур отвода и подвода тепла, т.е. для цикла Ренкина имеем

Следует отметить, что простота формулы кажущаяся. Дело в том, что при расчёте цикла Ренкина обычно заданы параметры острого пара и давление в конденсаторе. При этом известно также: . Численные же значения энтальпий и энтропий аналитически в инженерных расчётах найдены быть не могут, так как термическое и калорические уравнения состояния для воды и водяного пара в областях, близких к двухфазным состояниям, сложны и чрезвычайно громоздки и требуют для расчёта использования мощной вычислительной техники. В практических расчётах используются либо графическое, либо табличное представление уравнений состояния для воды (и других рабочих тел), полученные либо на основе экспериментальных исследований, либо с привлечением методов квантовой статистики. В частности, для расчёта процессов воды и водяного пара весьма широко используется диаграмма «энтальпия – энтропия», предложенная в 1904 г. немецким инженером Р. Молье. Подробное описание этой диаграммы можно найти в многочисленной литературе, посвящённой изучению циклов паросиловых установок.

Результаты численных расчётов некоторых величин, характеризующих цикл Карно и цикл Ренкина (без учёта потерь) на влажном водяном паре, полученных при помощи подробных таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара, представлены графически в масштабе на рис. III.3…III.6. Результаты расчёта в численном представлении приведены в табл. III.1.

По поводу представленных графически расчётов можно сделать следующие замечания и выводы.

1. При термодинамическом расчёте цикла Ренкина с большой степенью точности можно пренебречь процессом сжатия питательной воды в насосе, поэтому всюду в дальнейшем точки 3 и 4 в цикле Ренкина на диаграмме T–s будем считать совпадающими. Следует иметь в виду, что эти точки практически совпадают только в диаграммах T–s и h–s, в диаграмме же p–v эти точки значительно отстоят друг от друга по оси давлений, так как давления в этих состояниях отличаются в тысячи раз (p3

2. Удельная работа цикла Карно существенно меньше удельной работы цикла Ренкина, что связано с большими затратами вырабатываемой турбиной мощности на сжатие влажного пара в компрессоре машины Карно.

3. Удельная работа циклов Карно и Ренкина достигает максимума при некоторых средних давлениях острого пара. Это объясняется уменьшением удельной теплоты парообразования с увеличением давления.

4. Среднеинтегральная температура подвода тепла в цикле Ренкина на влажном паре T1m достигает максимума при давлениях острого пара вблизи 150 бар, что также объясняется уменьшением удельной теплоты парообразования с увеличением давления.

5. Степень сухости пара низкого давления на последних ступенях турбины (x2) при давлениях острого пара выше 50 бар довольно низка (меньше 70%), что существенно снижает срок службы рабочих лопаток паровой турбины.

Дата добавления: 2015-12-22 ; просмотров: 2213 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Реактивная тяга или как устроен ионный реактивный двигатель

Экология потребления. Наука и техника: В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу.

Читать еще:  Характеристика двигателя опель астра z14xep

Не секрет, что все реактивные двигатели работают за счёт закона сохранения импульса. Именно из него вытекает, что реактивная тяга — это произведение массового расхода на скорость выхода рабочего тела из сопла.

Эту скорость принято называть удельным импульсом реактивного двигателя. Давайте для примера найдём реактивную тягу при стрельбе из автомата Калашникова, которая является основной составляющей отдачи. Пусть масса пули будет 0,016 кг, начальная скорость пули 700 м/с, а скорострельность 10 выстр./с. Тогда отдача F=700∙0,016∙10=112 Н (или 11 кгс). Большая отдача, но тут приведена техническая скорострельность 600 выстр./мин. В реальности стрельба ведётся очередями или одиночными и составляет ≈50 выстр./мин.

Вернёмся к реальным реактивным двигателям, в которых вместо пуль обычно используются потоки выходящего с гиперзвуковой скоростью газа. Химические реактивные двигатели являются самыми распространёнными, но не единственными.

В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу. Это всё в теории, а теперь подробнее. ИРД имеет некоторый запас газа, который ионизируют (т.е. нейтрально-заряженные атомы газа разбивают на отрицательные электроны и положительные ионы) с помощью газового разряда. Далее ионы разгоняются электрическим полем с помощью специальной системы сеток, и эта же система сеток блокирует движение электронов. После того, как положительные ионы вылетели из сопла, их нейтрализуют отрицательными электронами (в результате этого происходит рекомбинация и газ начинает светиться), чтобы ионы не притягивались обратно к двигателю, и тем самым не снижали его тяги.

Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н. Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой. Дело в том, что масса ионов очень маленькая и массовый расход получается небольшим. Для чего тогда такие двигатели нужны, если они ничего не смогут сдвинуть с места? На Земле может быть не смогут, а вот в космосе, где нет сил сопротивления, они достаточно эффективные. Существует такое понятие как полный импульс — произведение тяги на время или произведение удельного импульса на массу топлива, который у ИРД является достаточно большим.

Решим следующую задачу. Пусть жидкостный ракетный двигатель имеет удельный импульс 5 км/с, а у нашего ИРД он будет 50 км/с. И давайте масса рабочего тела (в ЖРД она равна массе топлива) у обоих двигателей будет 50 кг. Примем массу космического аппарата равной 100 кг.
Найдём по формуле Циолковского конечную скорость аппарата (т.е. когда в нём закончится рабочая масса).

И что получается, если ионный и химический реактивные двигатели будут иметь одинаковую массу топлива, то ИРД сможет разогнать космический аппарат до больших скоростей, нежели химический РД. Правда на ИРД космический аппарат будет разгонятся дольше до конечной скорости, чем на ЖРД. Но в путешествиях к далёким планетам, высокая конечная (разгонная) скорость будет компенсировать этот недостаток.

Схема полёта к Марсу на ИРД

ИРД используются и в наше время. Например, аппарат Deep Space 1 сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, передал на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений.


Deep Space 1

Также космическая антенна LISA, которая сейчас находится на стадии проектирования, будет использовать ИРД для корректировки орбиты.


Laser Interferometer Space Antenna

И напоследок, давайте определим тягу ИРД, зная массу иона М=6,5∙10^-26 кг, ускоряющие напряжение U=50 кВ, ток нейтрализации I=0,5 А, элементарный заряд е=1,6∙10^-16 Кл.

Напряжение — это работа по переносу заряда, т.е. на выходе из сопла ион будет иметь кинетическую энергию равную произведению напряжения на заряд иона. Из кинетической энергии выражаем скорость (удельный импульс). Найдём массовый расход из определения тока, электрический ток — это проходящий заряд во времени. Получается, что массовый расход — это произведение массы иона и тока, делённое на заряд иона. Перемножая удельный импульс и массовый расход, получаем тягу равную 0,1 Н.

Подводя итог, хочу сказать, что существуют плазменные реактивные двигатели, у которых схожее устройство, но которые имеют намного больший массовый расход рабочего тела. Кто знает, может быть уже завтра на таких двигателях человечество будет летать на Марс и Луну.опубликовано econet.ru

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Что такое реактивная мощность и как её рассчитать?

Многие потребители электроэнергии не подозревают того, что часть учтённого электричества расходуется бесполезно. В зависимости от вида нагрузки уровень потерь электроэнергии может достигать от 12 до 50%. При этом счетчики электроэнергии засчитывают эти потери, относя их к полезной работе, за что приходится платить. Виной завышения оплаты за потребление электроэнергии, не выполняющей полезной работы, является реактивная мощность, присутствующая в сетях переменных токов.

Чтобы понять, за что мы переплачиваем и как компенсировать влияние реактивных мощностей на работу электрических установок, рассмотрим причину появления реактивной составляющей при передаче электроэнергии. Для этого придётся разобраться в физике процесса, связанного с переменным напряжением.

Что такое реактивная мощность?

Для начала рассмотрим понятие электрической мощности. В широком смысле слова, этот термин означает работу, выполненную за единицу времени. По отношению к электрической энергии, понятие мощности немного откорректируем: под электрической мощностью будем понимать физическую величину, реально характеризующую скорость генерации тока или количество переданной либо потреблённой электроэнергии в единицу времени.

Понятно, что работа электричества в единицу времени определяется электрической мощностью, измеряемой в ваттах. Мгновенную мощность на участке цепи находят по формуле: P = U×I, где U и I – мгновенные значения показателей параметров напряжения и силы тока на данном участке.

Строго говоря, приведённая выше формула справедлива только для постоянного тока. Однако, в цепях синусоидального тока формула работает лишь тогда, когда нагрузка потребителей чисто активная. При резистивной нагрузке вся электрическая энергия расходуется на выполнение полезной работы. Примерами активных нагрузок являются резистивные приборы, такие как кипятильник или лампа накаливания.

При наличии в электрической цепи ёмкостных или индуктивных нагрузок, появляются паразитные токи, не участвующие в выполнении полезной работы. Мощность этих токов называют реактивной.

Читать еще:  Что такое оппозитный двигатель внутреннего сгорания

На индуктивных и ёмкостных нагрузках часть электроэнергии рассеивается в виде тепла, а часть препятствует выполнению полезной работы.

К устройствам с индуктивными нагрузками относятся:

  • электромоторы;
  • дроссели;
  • трансформаторы;
  • электромагнитные реле и другие устройства, содержащие обмотки.

Ёмкостными сопротивлениями обладают конденсаторы.

Физика процесса

Когда мы имеем дело с цепями постоянного тока, то говорить о реактивной мощности не приходится. В таких цепях значения мгновенной и полной мощности совпадают. Исключением являются моменты включения и отключения ёмкостных и индуктивных нагрузок.

Похожая ситуация происходит при наличии чисто активных сопротивлений в синусоидальных цепях. Однако если в такую электрическую цепь включены устройства с индуктивными или ёмкостными сопротивлениями, происходит сдвиг фаз по току и напряжению (см. рис.1).

При этом на индуктивностях наблюдается отставание тока по фазе, а на ёмкостных элементах фаза тока сдвигается так, что ток опережает напряжение. В связи с нарушением гармоники тока, полная мощность разлагается на две составляющие. Ёмкостные и индуктивные составляющие называют реактивными, бесполезными. Вторая составляющая состоит из активных мощностей.

Рис. 1. Сдвиг фаз индуктивной нагрузкой

Угол сдвига фаз используется при вычислениях значений активных и реактивных ёмкостных либо индуктивных мощностей. Если угол φ = 0, что имеет место при резистивных нагрузках, то реактивная составляющая отсутствует.

Важно запомнить:

  • резистор потребляет исключительно активную мощность, которая выделяется в виде тепла и света;
  • катушки индуктивности провоцируют образование реактивной составляющей и возвращают её в виде магнитных полей;
  • Ёмкостные элементы (конденсаторы) являются причиной появления реактивных сопротивлений.

Треугольник мощностей и cos φ

Для наглядности изобразим полную мощность и её составляющие в виде векторов (см. рис. 2). Обозначим вектор полной мощности символом S, а векторам активной и реактивной составляющей присвоим символы P и Q, соответственно. Поскольку вектор S является суммой составляющих тока, то, по правилу сложения векторов, образуется треугольник мощностей.

Рис. 2. коэффициент мощности

Применяя теорему Пифагора, вычислим модуль вектора S:

Отсюда можно найти реактивную составляющую:

Реактивная составляющая

Выше мы уже упоминали, что реактивная мощность зависит от сдвига фаз, а значит и от угла этого сдвига. Эту зависимость удобно выражать через cos φ. По определению cos φ = P/S. Данную величину называют коэффициентом мощности и обозначают Pf. Таким образом, Pf = cos φ = P/S.

Коэффициент мощности, то есть cos φ, является очень важной характеристикой, позволяющей оценить эффективность работы тока. Данная величина находится в промежутке от 0 до 1.

Если угол сдвига фаз принимает нулевое значение, то cos φ = 1, а это значит что P = S, то есть полная мощность состоит только из активной мощности, а реактивность отсутствует. При сдвиге фаз на угол π/2 , cos φ = 0, откуда следует, что в цепи господствуют только реактивные токи (на практике такая ситуация не возникает).

Из этого можно сделать вывод: чем ближе к 1 коэффициент Pf , тем эффективнее используется ток. Например, для синхронных генераторов приемлемым считается коэффициент от 0,75 до 0,85.

Формулы

Поскольку реактивная мощность зависит от угла φ, то для её вычисления применяется формула: Q = UI×sin φ. Единицей измерения реактивной составляющей является вар или кратная ей величина – квар.

Активную составляющую находят по формуле: P = U*I×cosφ. Тогда

Зная коэффициент Pf (cos φ), мы можем рассчитать номинальную мощность потребителя тока по его номинальному напряжению, умноженному на значение силы потребляемого тока.

Способы компенсации

Мы уже выяснили, как влияют реактивные токи на работу устройств и оборудования с индуктивными или ёмкостными нагрузками. Для уменьшения потерь в электрических сетях с синусоидальным током их оборудуют дополнительными устройствами компенсации.

Принцип действия установок компенсации основан на свойствах индуктивностей и ёмкостей по сдвигу фаз в противоположные стороны. Например, если обмотка электромотора сдвигает фазу на угол φ, то этот сдвиг можно компенсировать конденсатором соответствующей ёмкости, который сдвигает фазу на величину – φ. Тогда результирующий сдвиг будет равняться нулю.

На практике компенсирующие устройства подключают параллельно нагрузкам. Чаще всего они состоят из блоков конденсаторов большой ёмкости, расположенных в отдельных шкафах. Одна из таких конденсаторных установок изображена на рисунке 3. На картинке видно группы конденсаторов, используемых для компенсации сдвигов напряжений в различных устройствах с индуктивными обмотками.

Рис. 3. Устройство компенсации

Компенсацию реактивной мощности ёмкостными нагрузками хорошо иллюстрируют графики на рисунке 4. Обратите внимание на то, как эффективность компенсации зависит от напряжения сети. Чем выше сетевое напряжение, тем сложнее компенсировать паразитные токи (график 3).

Рис. 4. Компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторов

Устройства компенсации часто устанавливаются в производственных цехах, где работает много устройств на электроприводах. Потери электричества при этом довольно ощутимы, а качество тока сильно ухудшается. Конденсаторные установки успешно решают подобные проблемы.

Нужны ли устройства компенсации в быту?

На первый взгляд в домашней сети не должно быть больших реактивных токов. В стандартном наборе бытовых потребителей преобладают электрическая техника с резистивными нагрузками:

  • электрочайник (Pf = 1);
  • лампы накаливания (Pf = 1);
  • электроплита (Pf = 1) и другие нагревательные приборы;

Коэффициенты мощности современной бытовой техники, такой как телевизор, компьютер и т.п. близки к 1. Ими можно пренебречь.

Но если речь идёт о холодильнике (Pf = 0,65), стиральной машине и микроволновой печи, то уже стоит задуматься об установке синхронных компенсаторов. Если вы часто пользуетесь электроинструментом, сварочным аппаратом или у вас дома работает электронасос, тогда установка устройства компенсации более чем желательна.

Экономический эффект от установки таких устройств ощутимо скажется на вашем семейном бюджете. Вы сможете экономить около 15% средств ежемесячно. Согласитесь, это не так уж мало, учитывая тарифы не электроэнергию.

Попутно вы решите следующие вопросы:

  • уменьшение нагрузок на индуктивные элементы и на проводку;
  • улучшение качества тока, способствующего стабильной работе электронных устройств;
  • понижение уровня высших гармоник в бытовой сети.

Для того чтобы ток и напряжение работали синфазно, устройства компенсации следует размещать как можно ближе к потребителям тока. Тогда реальная отдача индуктивных электроприёмников будет принимать максимальные значения.

Видео в тему

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector