반응성

반응성

무효 전력은 AC 회로 또는 시스템의 무효 구성 요소에 의해 생성되는 "사용되지 않은" 전력의 양으로 가장 잘 설명될 수 있습니다.

DC 회로에서 "볼트 x 암페어"의 곱은 회로에서 소비되는 전력(와트)을 제공합니다. 그러나 이 공식은 순수 저항성 AC 회로에도 해당되지만, 이 볼트 앰프 제품은 회로의 무효 전력에 영향을 미치는 주파수에 따라 변경될 수 있으므로 반응성 구성 요소가 포함된 AC 회로에서는 상황이 약간 더 복잡합니다.

AC 회로에서 전압과 전류의 곱은 볼트 암페어(VA) 또는 킬로 볼트 암페어(kVA)로 표시되며 피상 전력 (기호 S) 으로 알려져 있습니다 . 히터, 다리미, 주전자, 필라멘트 전구 등과 같은 비유도성 순수 저항성 회로에서는 리액턴스가 사실상 0이므로 회로의 임피던스는 거의 전적으로 저항으로 구성됩니다.

AC 저항 회로의 경우 전류와 전압은 동위상이며 특정 순간의 전력은 전압에 해당 순간의 전류를 곱하여 찾을 수 있으며 이러한 "동위상" 관계로 인해 rms 값은 다음과 같습니다. 등가 DC 전력 또는 가열 효과를 찾는 데 사용됩니다.

그러나 회로에 무효 구성 요소가 포함된 경우 전압 및 전류 파형은 회로의 위상 각도에 따라 결정된 양만큼 "위상이 맞지 않습니다". 전압과 전류 사이의 위상각이 최대 90o인 경우 볼트 -암페어 곱은 양수 값과 음수 값이 동일합니다.

 

즉, 반응성 회로는 소비하는 만큼의 전력을 공급 장치로 반환하여 회로에서 소비하는 평균 전력이 0이 됩니다. 동일한 양의 에너지가 소스에서 부하로, 그리고 부하에서 소스로 교대로 계속 흐르기 때문입니다.

전압과 전류가 있지만 소비되는 전력이 없기 때문에 P = IV(rms)라는 표현은 더 이상 유효하지 않으며 따라서 AC 회로의 볼트 암페어 곱이 반드시 소비되는 전력을 제공하지는 않습니다. 그런 다음 유효 전력이라고도 하는 "실제 전력"(AC 회로에서 소비되는 기호 P) 을 결정하려면 볼트 암페어 곱뿐만 아니라 주어진 전압과 전류 파형 간의 위상 각도 차이도 고려해야 합니다. 방정식: VI.cosΦ .

그런 다음 피상 전력과 유효 전력 또는 실제 전력 사이의 관계를 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

 

 

역률(PF)은 유효 전력(와트)과 피상 전력(볼트 암페어) 간의 비율로 정의되며 전력이 얼마나 효과적으로 사용되는지를 나타냅니다. 비유도 저항성 AC 회로에서 P/S 의 비율이 1 또는 1이 되면 유효 전력은 피상 전력과 같습니다 . 회로 역률은 십진수 값이나 백분율로 표시할 수 있습니다.

그러나 AC 회로의 유효 전력과 피상 전력뿐만 아니라 위상각이 있을 때마다 존재하는 또 다른 전력 구성 요소도 있습니다. 이 구성 요소는 무효 전력 (가끔 허수 전력이라고도 함)이라고 하며 "볼트 암페어 반응성"(VAr)이라는 단위로 기호 Q 로 표현되며 방정식 VI.sinΦ 로 표시됩니다 .

무효 전력(VAr)은 실제로는 전력이 아니지만 서로 위상이 다른 볼트와 암페어의 곱을 나타냅니다. 무효 전력은 교류 장비에 필요한 전기장과 자기장을 설정하고 유지하는 데 도움이 되는 전기의 일부입니다. AC 회로에 존재하는 무효 전력의 양은 전압과 전류 사이의 위상 변이 또는 위상 각에 따라 달라지며, 유효 전력과 마찬가지로 무효 전력도 "공급"되면 양이고 "소비"되면 음입니다.

무효전력은 모터, 발전기, 변압기 등 자기장을 사용하는 대부분의 전기 장비에 사용됩니다. 또한 가공 송전선로의 무효 손실을 공급해야 합니다.

AC 회로에서 전력, 유효 전력(와트) 피상 전력(VA) 및 무효 전력(VAr)의 세 가지 요소의 관계는 직각 삼각형의 세 변으로 나타낼 수 있습니다. 이 표현을 다음과 같이 Power Triangle 이라고 합니다 .

AC 회로의 전원

 

위의 전력 삼각형에서 AC 회로는 유효 전력과 무효 전력이라는 두 가지 종류의 전력을 공급하거나 소비한다는 것을 알 수 있습니다. 또한 유효 전력은 결코 음수가 아닌 반면, 무효 전력은 값이 양수이거나 음수일 수 있으므로 시스템 효율을 향상시키기 위해 무효 전력을 줄이는 것이 항상 유리합니다.

AC 배전의 가장 큰 장점은 변압기를 사용하여 공급 전압 레벨을 변경할 수 있다는 점이지만 가전 제품, 에어컨 및 산업 장비의 변압기 및 유도 전동기는 모두 도체가 더 크기 때문에 송전선에서 공간을 차지하는 무효 전력을 소비합니다. 비용을 지불해야 하는 더 큰 전류를 처리하려면 변압기가 필요합니다.

 

맥주 한 잔을 사용한 무효 전력 비유

여러 면에서 무효 전력은 파인트나 맥주 잔의 거품 머리처럼 생각할 수 있습니다. 바텐더에게 맥주 한 잔에 대한 비용을 지불하지만 실제 액체 맥주 자체만 마십니다. 이 맥주는 많은 경우 항상 한 잔보다 적습니다.

이는 맥주의 머리 부분(또는 거품)이 유리잔에서 낭비되는 추가 공간을 차지하고 소비하는 실제 액체 맥주를 위한 공간이 적기 때문이며, 무효 전력에 대해서도 동일한 아이디어가 여러 면에서 사실입니다.

그러나 많은 산업용 전력 애플리케이션의 경우 무효 전력은 전기 회로에 유용한 경우가 많습니다. 실제 전력 또는 유효 전력은 모터를 작동하고, 집을 가열하고, 전구를 밝히기 위해 공급되는 에너지인 반면, 무효 전력은 전압을 조절하는 중요한 기능을 제공하여 배전망 및 송전선을 통해 전력을 효과적으로 이동시키는 데 도움을 줍니다. 부하에 의해 필요한 곳.

역률과 시스템 효율을 향상시키기 위해 무효 전력을 줄이는 것은 좋은 일이지만, 무효 전력의 단점 중 하나는 전압을 제어하고 전송 네트워크의 손실을 극복하기 위해 충분한 양의 전력이 필요하다는 것입니다. 전력망 전압이 충분히 높지 않으면 유효전력을 공급할 수 없기 때문이다. 그러나 네트워크에 너무 많은 무효 전력이 흐르면 ​​과도한 가열(I 2 *R 손실)과 원치 않는 전압 강하 및 송전선을 따른 전력 손실이 발생할 수 있습니다.

무효 전력의 역률 보정

무효 전력 충전을 방지하는 한 가지 방법은 역률 보정 커패시터를 설치하는 것입니다. 일반적으로 주거용 고객에게는 킬로와트시(kWhr) 단위로 소비되는 유효 전력에 대해서만 요금이 청구됩니다. 제조업체가 대부분의 가정용 기기에 내장한 역률 보정 커패시터로 인해 거의 모든 주거용 및 단상 역률 값이 본질적으로 동일하기 때문입니다.

반면에 3상 공급 장치를 사용하는 산업 고객은 역률이 매우 다양하므로 전력 회사는 이러한 산업 고객의 역률을 고려해야 역률이 아래로 떨어질 경우 벌금을 지불해야 할 수도 있습니다. 더 큰 전류를 처리하려면 더 큰 도체, 더 큰 변압기, 더 큰 스위치기어 등이 필요하기 때문에 유틸리티 회사가 산업 고객에게 공급하는 데 더 많은 비용이 들기 때문에 규정된 값입니다.

일반적으로 역률이 0.95 미만인 부하의 경우 더 많은 무효 전력이 필요합니다. 역률 값이 0.95보다 높은 부하의 경우 전력이 더 효율적으로 소비되므로 양호한 것으로 간주되고, 역률이 1.0 이상인 부하는 무효 전력을 전혀 사용하지 않는 완벽한 것으로 간주됩니다.

그러면 피상전력은 무효전력과 유효전력을 합친 것임을 살펴보았습니다. 유효 전력 또는 유효 전력은 저항성 구성 요소만 포함된 회로의 결과인 반면, 무효 전력은 용량성 구성 요소와 유도성 구성 요소가 포함된 회로의 결과입니다. 거의 모든 AC 회로에는 이러한 R, L 및 C 구성 요소 의 조합이 포함됩니다 .

무효 전력은 유효 전력을 빼앗기 때문에 공급되는 피상 전력이 부하를 공급하기에 충분한지 확인하기 위해 전기 시스템에서 이를 고려해야 합니다. 전원은 특정 부하에 필요한 VA(볼트암페어) 전력을 공급할 수 있어야 하므로 이는 AC 전원을 이해하는 데 있어 중요한 측면입니다.