72 тыс подписчиков

Непростой вопрос с реактивностью светодиодных ламп

9 марта 20239 мар 2023

725

8 мин

Оглавление

Какой ток и мощность потребляет светодиодная лампа?
Статьи в тему:

Честно говоря, я уже подзабыл теорию реактивной мощности, и связь между cos fi, реактивностью и импульсным потреблением лампы, в результате которой возникают гармоники, хотелось бы освежить.

Но читатели снова радуют своей компетентностью. На канале было опубликовано видео про измерение полной и активной мощности светодиодных ламп.

Считаю достойной идею отдельной публикации переписки между читателями Андрей и Дикий кот, поэтому привожу её в небольшой редактуре. Иначе комментарии затеряются в общем потоке, и большинство читателей их не прочитают.

Лично мне такие глубокие и информативные комментарии читателей позволяют "вспомнить всё" и посмотреть на некоторые вещи с другой стороны.

Какой ток и мощность потребляет светодиодная лампа?

Андрей: СамЭлектрик.ру, реактивность тут непричём. Всё дело исключительно в несинусоидальности потребляемого тока. Амперметр Ваш измеряет амплитудное значение тока, а отградуирован он так, чтобы показывать действующий ток при форме тока синусоида. При несинусоидальном токе, амплитудное и действующее значения тока связаны другими пропорциями. Поэтому, элементарно Ваш амперметр ВРЁТ.

Dikyi Kot: Андрей, Можно по подробнее об измерении переменного тока прибором АРРА-30? А еще лучше приведите текст из паспорта прибора по измерению амплитудного значения тока.

Андрей: Dikyi Kot, Признаю. Насчёт ЭТОГО прибора был неправ. Значит, ошибка в том, что автор считает мощность как простое произведение действующей силы тока на действующее напряжение. Это принципиально неверно при несовпадении формы напряжения и тока. Продолжаю настаивать, что реактивностью в потреблении светодиодной лампы с выпрямителем и сглаживающим конденсатором на входе даже не пахнет. При правильном интегрировании мощности по периоду, знак потребляемой мощности не меняется. Направление тока всегда совпадает с направлением напряжения. Лампа потребляет от сети только активную мощность, в импульсном режиме (короткими импульсами подзаряда сглаживающего конденсатора) Лампы с балластным конденсатором так же НЕ ПОТРЕБЛЯЮТ реактивную мощность, а ГЕНЕРИРУЮТ ЕЁ. Ну просто так принято. Ёмкостная нагрузка - отрицательная реактивная мощность, индуктивная - положительная.

Dikyi Kot: Андрей, Попробуем вместе разобраться в возникших вопросах. 1. В цепях переменного тока произведение U * I = Z (полной мощности). Для вычисления активной или реактивной мощности необходимо знать угол сдвига между U и I. Тогда Р =(U * I * cos(фи)), а Q = (U * I * sin(фи)). Автор клещами и вольтметром измеряет полную мощность ламп.

2.1. Любой конденсатор в цепях переменного тока является реактивной нагрузкой. Сначала он потребляет ток, заряжаясь от сети, затем, когда напряжение сети начинает уменьшаться, он отдает свою энергию в сеть в виде тока разряда. Т.е. конденсатор поочередно и потребляет и генерирует реактивную энергию.

2.2. Если конденсатор находится после диодного выпрямителя, то он не является реактивной нагрузкой. В чем вы совершенно правы. Вся накопленная им электрическая энергия расходуется только на внутреннюю нагрузку лампы и не возвращается в сеть ~220 В.

3. Емкостные и индуктивные токи сдвинуты относительно друг друга на 180 град. Поэтому при правильном выборе балластного конденсатора индуктивно-активная нагрузка превращается в активную.

4. Любые электрические замеры не являются абсолютно точными. Все зависит от точности применяемых измерительных приборов. Измерять 30-ти амперными клещами ток в 0,39 А, конечно можно, но на сколько точным будет замер? Необходимо показания клещей проконтролировать амперметром. Причем амперметр должен быть проверенным и соответствовать величине и форме измеряемого тока. Этим и должен был бы заняться в первую очередь автор.

Остались вопросы - обсудим:)))

Андрей: "В цепях переменного тока произведение U * I = Z (полной мощности). Для вычисления активной или реактивной мощности необходимо знать угол сдвига между U и I. Тогда Р =(U * I * cos(фи)), а Q = (U * I * sin(фи))." Эти формулы работают только при линейной нагрузке. Это приближение. На нелинейной нагрузке, мощность так не считается. И именно об этом говорят результаты измерений. Мгновенная мощность равна произведению мгновенного значения тока на мгновенное значение напряжения. И она всегда "активная".

Приближенная модель, в которой вводятся понятия реактивностей, вводится и работает только для переменного гармонического тока. Т.к., впринципе, любую форму напряжения и тока можно представить в виде бесконечной суммы гармонических колебаний и постоянной составляющей, она (модель) будет работать и в случае любых других форм сигнала, но тоже только как сумма активной составляющей, и реактивностей на каждой гармонике, но только если гармонический состав формы тока и напряжения совпадает. И считаться всё должно на каждой гармонике ОТДЕЛЬНО, а потом суммироваться. Т.е., только на линейной нагрузке.

При нелинейной нагрузке, нет никакого физического смысла в этих формулах. Нет смысла перемножать действующие (среднеквадратичные за период) токи одной частоты, на действующее напряжение другой частоты (других гармоник). "Правильный" электросчётчик активной энергии, кстати, тоже должен уметь суммировать мгновенные значения энергии.

А про "правильный" счётчик реактивной энергии вообще нет смысла говорить при нелинейном характере нагрузки. Счётчики реактивной энергии работают только на основной гармонике напряжения.

"2.1. Любой конденсатор в цепях переменного тока является реактивной нагрузкой. Сначала он потребляет ток, заряжаясь от сети, затем, когда напряжение сети начинает уменьшаться, он отдает свою энергию в сеть в виде тока разряда. Т.е. конденсатор поочередно и потребляет и генерирует реактивную энергию." Вот тут Вы сильно неправы. Любой конденсатор, или индуктивность, на переменном токе, "то потребляет, то отдаёт в сеть" ТОЛЬКО АКТИВНУЮ ЭНЕРГИЮ. Если нагрузка полпериода потребляет энергию, а полпериода отдаёт обратно, и сумма потреблённой энергии равна сумме возвращённой, то такая нагрузка "чисто реактивная".

Принято, что если ток отстаёт от напряжения на 90°, то реактивная энергия потребляется, если наоборот, то генерируется. Поэтому, ёмкостная нагрузка на переменном токе ГЕНЕРИРУЕТ реактивную энергию, а не потребляет. В отличии от активной энергии, которая "бегает туда-сюда" в реактивной нагрузке, реактивная энергия всегда имеет только одно направление. От ёмкостной нагрузки к индуктивной.

Реактивная энергия - это сумма энергий электромагнитного поля в сети, которая "расходуется" только в активном виде, на активной нагрузке. Если взять идеальный LC контур, то он обладает неизменной полной энергией, перетекающей от конденсатора в индуктивность и обратно, в нём текут только реактивные токи.

Dikyi Kot: Определения энергии. (Студопедия). - Активная мощность характеризует энергию, расходуемую необратимо источником в единицу времени на производство полезной работы потребителем. Активная энергия, потребляемая электроприёмниками, преобразуется в другие виды энергии: механическую, тепловую, энергию сжатого воздуха и газа и т. п. - Реактивная мощность – величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями (обменом) энергии между источником и приемником. Для синусоидального тока она равна произведению действующих значений тока I и напряжения U на синус угла сдвига фаз между ними: Q = UI sinφ. Единица измерения – ВАр. Реактивная мощность не связана с полезной работой и расходуется только на создание переменных электромагнитных полей в электродвигателях, трансформаторах, аппаратах, линиях и т. д. Определение из toehelp.ru - Таким образом, в катушке индуктивности и конденсаторе активная мощность не потребляется (Р=0), так как в них не происходит необратимого преобразования энергии в другие виды энергии. Здесь происходит только циркуляция энергии: электрическая энергия запасается в магнитном поле катушки или электрическом поле конденсатора на протяжении четверти периода, а на протяжении следующей четверти периода энергия вновь возвращается в сеть.

Андрей: О чём я Вам и написал. Реактивная - только в синусоидальном виде. А энергия "туда-сюда" - самая обыкновенная, "настоящая". Конденсатор разряжается, а катушка заряжается, потом наоборот, а их суммарная энергия остаётся неизменной. Реактивная энергия, при этом, всегда "течёт" от конденсатора к катушке. Так же, как активная от генератора к нагрузке. Несмотря на то, что ток и напряжение в сети переменного тока "туда-сюда", направление движения энергии не меняется.

И я даже могу предположить почему именно так договорились про реактивную мощность. А потому, что большинство генераторов требуют именно магнитного потока, на создание и поддержание которого, в реальном генераторе расходуется вполне реальная, активная энергия (из-за потерь на активном сопротивлении).

Индуктивная нагрузка генератора переменного тока "размагничивает" железо в генераторе. Индуктивные реактивные токи создают противодействующий магнитный поток в роторе генератора. Реактивные ёмкостные нагрузки напротив намагничивают ротор генератора (создают магнитный поток того же направления, что и обмотка возбуждения генератора).

На этом принципе даже возможно запустить асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в режиме асинхронного генератора. Берёшь обыкновенный трёхфазный асинхронный двигатель. Сколько ни крути ему ротор без нагрузки, напряжения на выходе не будет (ну, или будет совсем небольшое, из-за небольшой остаточной намагниченности ротора). А теперь берём и нагружаем обмотки двигателя ёмкостной нагрузкой (три конденсатора звездой или треугольником) - и "о чудо!". Если раскрутить ротор двигателя, то этот двигатель самовозбуждается в режиме генератора, и выдаёт на номинальных оборотах напряжение, близкое к номинальному, но чуть меньше номинальной частоты.

Мы этот двигатель, всего лишь, "накормили" реактивностью, и он превратился в генератор тока, работающий за счёт потребления реактивной мощности из сети.