Trong mạch điện xoay chiều, có hai loại năng lượng điện được cung cấp cho tải bằng nguồn điện: một là công suất tác dụng và hai là công suất phản kháng. Điện áp và dòng điện cùng pha, nguồn điện cung cấp năng lượng cho tải và tải chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng khác, gọi là công suất tác dụng. Phần điện áp và dòng điện trong các pha khác nhau, nguồn điện cung cấp và phụ tải trao đổi năng lượng điện. Phần năng lượng điện này (trừ tổn thất đường dây) không được chuyển đổi thành năng lượng khác (trừ điện từ), được gọi là công suất phản kháng.
Công suất hoạt động
Công suất tác dụng là công suất điện cần thiết để duy trì hoạt động bình thường của thiết bị điện, tức là công suất điện chuyển đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác (cơ năng, năng lượng ánh sáng, năng lượng nhiệt). Ví dụ: một động cơ 5,5 kilowatt chuyển đổi 5,5 kilowatt điện năng thành cơ năng để dẫn động máy bơm nước bơm nước hoặc máy tuốt lúa để đập lúa; các thiết bị chiếu sáng khác nhau chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng để chiếu sáng cuộc sống và công việc của con người. Ký hiệu công suất tác dụng được biểu thị bằng P và các đơn vị bao gồm watt (W), kilowatt (kW) và megawatt (MW).
Công suất tác dụng: Trong mạch điện xoay chiều, giá trị trung bình của công suất tức thời do nguồn điện phát ra trong một chu kỳ (hoặc công suất tiêu thụ của điện trở tải) được gọi là "công suất tác dụng". Công suất tác dụng quá thấp dẫn đến tổn thất đường dây tăng, giảm công suất và giảm hiệu suất sử dụng thiết bị, dẫn đến tăng lãng phí năng lượng điện.
Công suất phản kháng
Các tải cảm ứng trong lưới điện (như động cơ, cuộn cảm, máy biến áp, lò sưởi cảm ứng và máy hàn, v.v.) sẽ tạo ra độ trễ điện ở các mức độ khác nhau, gọi là độ tự cảm.
Tải cảm ứng có một đặc tính là ngay cả khi điện áp đặt vào thay đổi hướng thì độ trễ của tải cảm ứng vẫn có thể duy trì hướng của dòng điện (chẳng hạn như hướng thuận) trong một khoảng thời gian. Khi có sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp này, năng lượng âm sẽ được tạo ra và đưa trở lại lưới điện. Khi dòng điện và điện áp lại cùng pha thì cần cùng một lượng năng lượng điện để thiết lập từ trường trong tải cảm ứng. Năng lượng điện đảo ngược từ trường này được gọi là công suất phản kháng.
Định nghĩa: Trong mạch điện có cuộn cảm hoặc tụ điện, trong mỗi nửa chu kỳ, năng lượng của nguồn điện được chuyển thành năng lượng từ trường (hoặc điện trường) và được lưu trữ, sau đó được giải phóng, và năng lượng từ trường (hoặc điện trường) được lưu trữ là quay trở lại mạch. Bộ nguồn chỉ thực hiện việc trao đổi năng lượng này và không thực sự tiêu thụ năng lượng. Chúng tôi gọi giá trị công suất của sự trao đổi này là "công suất phản kháng".
Công suất phản kháng tương đối trừu tượng. Đó là năng lượng điện được sử dụng để trao đổi điện trường và từ trường trong mạch điện và để thiết lập và duy trì từ trường trong thiết bị điện. Nó không hoạt động ở bên ngoài mà được chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác. Bất kỳ thiết bị điện nào có cuộn dây điện từ đều tiêu thụ công suất phản kháng để tạo ra từ trường. Ví dụ: một đèn huỳnh quang 40-watt cần công suất tác dụng lớn hơn 40 watt (chấn lưu cũng tiêu thụ một phần công suất tác dụng) để phát ra ánh sáng và cũng cần khoảng 80 watt công suất phản kháng để cuộn dây chấn lưu tạo ra ánh sáng. một từ trường xoay chiều. Vì nó không thực hiện công bên ngoài nên gọi là "phản ứng". Công suất phản kháng ký hiệu là Q, đơn vị là Var (Var) hoặc kVar (kVar).
Nhược điểm của công suất phản kháng quá cao:
1) Công suất phản kháng sẽ làm tăng dòng điện và công suất biểu kiến, dẫn đến giảm công suất hệ thống;
2) Việc tăng công suất phản kháng sẽ làm tăng dòng điện tổng, từ đó làm tăng tổn thất của thiết bị và đường dây;
3) Điện áp rơi trên đường dây tăng lên, tác động của tải phản kháng cũng sẽ khiến điện áp dao động mạnh.
Sau khi các thiết bị điện cảm ứng trong lưới điện phân phối như máy biến áp, động cơ, máy hàn, máy điều hòa, máy giặt, tủ lạnh, đèn natri, đèn huỳnh quang, v.v. được đưa vào vận hành không chỉ phải hấp thụ công suất tác dụng từ nguồn điện. lưới để làm việc mà còn hấp thụ năng lượng trơ. Công suất tạo ra từ trường, dẫn đến hệ số công suất tự nhiên nhìn chung thấp đối với khách hàng sử dụng điện. Nước ta quy định tiêu chuẩn hệ số công suất mà khách hàng sử dụng điện phải đáp ứng.
Công suất phản kháng hoàn toàn không phải là công suất vô dụng mà nó có những công dụng rất lớn. Động cơ cần thiết lập và duy trì từ trường quay để quay rôto, từ đó điều khiển chuyển động cơ học. Từ trường rôto của động cơ được thiết lập bằng cách lấy công suất phản kháng từ nguồn điện. Máy biến áp cũng cần công suất phản kháng để tạo ra từ trường trong cuộn sơ cấp của máy biến áp và điện áp cảm ứng ở cuộn thứ cấp. Do đó, nếu không có công suất phản kháng, động cơ sẽ không quay, máy biến áp sẽ không thay đổi điện áp và công tắc tơ AC sẽ không đóng. Để minh họa một cách sinh động vấn đề này, đây là một ví dụ: xây dựng công trình thủy lợi ở nông thôn đòi hỏi phải đào và vận chuyển đất. Khi vận chuyển đất, thúng tre được chất đầy đất. Đất nhặt lên giống như công năng, còn giỏ tre rỗng giống như công suất phản kháng. , Giỏ tre không hề vô dụng. Làm sao có thể vận chuyển đất ra bờ kè nếu không có giỏ tre?
Trong trường hợp bình thường, thiết bị điện không chỉ cần lấy công suất tác dụng từ nguồn điện mà còn cần lấy công suất phản kháng từ nguồn điện. Nếu thiếu công suất phản kháng trong lưới điện, thiết bị điện sẽ không có đủ công suất phản kháng để thiết lập trường điện từ bình thường. Khi đó, các thiết bị điện này sẽ không thể duy trì hoạt động ở điều kiện định mức và điện áp đầu cực của thiết bị điện sẽ giảm xuống. Điều này ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị điện.
Công suất phản kháng có những ảnh hưởng bất lợi nhất định đến việc cung cấp và tiêu thụ điện, chủ yếu ở:
(1) Giảm công suất tác dụng của máy phát điện.
(2) Giảm công suất cung cấp điện của các thiết bị truyền tải và biến đổi điện.
(3) Làm tăng tổn thất điện áp đường dây và tăng tổn thất điện năng.
(4) Gây ra hệ số công suất hoạt động thấp và sụt áp, khiến các thiết bị điện không thể sử dụng hết công suất.
Công suất phản kháng được cung cấp từ máy phát điện và đường dây tải điện cao thế còn lâu mới đáp ứng được nhu cầu của phụ tải. Vì vậy, một số thiết bị bù công suất phản kháng phải được bố trí trong lưới điện để bổ sung công suất phản kháng nhằm đảm bảo nhu cầu sử dụng công suất phản kháng của người sử dụng. Bằng cách này, thiết bị điện chỉ có thể hoạt động ở điện áp định mức. Đây chính là lý do vì sao lưới điện cần lắp đặt các thiết bị bù công suất phản kháng.
