Apkrovos ir jų charakteristikos

Apkrova, tai įranga naudojanti elektros energiją. Kompiuteris, buitiniai prietaisai ar kita elektros įranga yra įtampos keitiklio (inverterio) apkrova. Tuo tarpu inverteris yra akumuliatorių baterijos apkrova. Pagrindine apkrovos charakteristika yra elektros imtuvo naudojama galia. Galia turi aktyvinę ir reaktyvinę sudedamąsias.

Aktyvinė galia – tai naudingoji galia, kurią apkrova naudoja iš elektros šaltinio ir kuri toliau yra transformuojama į kitą energijos rūšį (šiluminę, mechaninę ar kt.). Esant aktyvinei galiai, srovė yra proporcinga įtampai ir galios dydis (P) yra įtampos (U) ir srovės (I) sandauga, išreiškiama vatais (P [W]= U [V] * I [A]).

Reaktyvinė (indukcinė arba talpinė) galia atsiranda grandinėse, kuriose yra reaktyviniai (indukciniai ir talpiniai) elementai. Reaktyvinė galia nėra naudojama iš elektros šaltinio. Vieno periodo metu ji kaupiasi apkrovoje, o kito periodo metu „sugrįžta“ atgal į elektros šaltinį. Jeigu aktyvinė galia transformuojasi į kitą energijos rūšį, tai reaktyvinė galia nevirsta jokia šilumine ar mechanine energija, o lieka elektros grandinėje, pereina į kitas grandines elektromagnetinių laukų pavidalu, “sugrįžta” į elektros energijos šaltinį ir tik bereikalingai apkrauna jį.  Tokių reaktyvinių apkrovų pavyzdžiais gali būti įvairaus tipo elektros varikliai, elektros įrankiai (gręžtuvai, kampiniai šlifuokliai, perforatoriai, pjūklai ir t.t.), o taip pat visokia buitinė technika. Dėl reaktyvinės sudedamosios vykstančio srovės poslinkio įtampos atžvilgiu sukeliami įtampos trukdžiai, kurie iškraipo sinusoidę (srovė tampa nebeproporcinga įtampai), todėl skaičiuojant galią jau negalioja vien tik srovės ir įtampos sandauga. Į galios skaičiavimus įvedamas taip vadinamas galios koeficientas (angl. power factor), kurį aptarsime toliau. Reaktyvinė galia matuojama reaktyviniais volt-amperais (VAr)

Pilnas galingumas yra aktyvinės ir reaktyvinės galios vektorinė suma ir yra matuojamas volt-amperais (VA).

Apkrova, kuri naudoja sinusoidinės formos srovę vadinama linijine. Linijinės apkrovos pavyzdžiais gali būti visi kaitinimo elementai, naudojantys aktyvinę galią (kaitrinės lemputės, virduliai, tenai šildytuvai, elektrinės viryklės ir pan.).

Šiuolaikiniai elektroniniai prietaisai naudoja nesinusoidinės formos srovę (reaktyvinę galią). Tokia apkrova vadinama nelinijine ir jos sukeliami trukdžiai vadinami nelinijiniais. Kaip ir minėjome, tokia apkrova sukuria srovės poslinkį įtampos atžvilgiu iš iškraipo sinusoidę.

Dažniausiai apkrovos sukelia tiek linijinius, tiek nelinijinius trukdžius. Kompleksiniam sukeliamų trukdžių įvertinimui naudojamas galios koeficientas, apie kurį jau minėjome aiškinant reaktyvinę galią. Galios koeficientas yra aktyvinės ir pilnosios galios santykis. Esant tik linijiniams trukdžiams galios koeficientas (cosφ) yra lygus 1 (linijinė apkrova, naudojanti aktyviąją galią). Esant nelinijiniams trukdžiams, kuomet yra naudojama reaktyvinė galia, galios koeficientas yra mažesnis už 1.

Galios koeficientas gali būti nuo 0,5 iki 0,9. Jeigu pvz. cosφ=0,8, tai reiškia, jog 20% energijos nevirsta šiluma, o lieka elektros grandinėje, taip pat virsta elektromagnetiniu lauku ir pereina į kitas grandines. Kitaip tariant tokia apkrova naudoja 80% naudingąją aktyviąją galią ir 20% reaktyviąją galią.

Ant elektros prietaisų dažniausiai yra nurodoma jų naudojama aktyvinė galia ir galios koeficientas. Kad sužinoti pilną prietaiso naudojamą galią, reikia galią padalinti iš galios koeficiento, t.y. iš cosφ. Pvz. jeigu ant jūsų elektrinio pjūklo ar perforatoriaus parašyta 1400 W ir cosφ=0,6, tuomet tai reiškia, jog prietaisas iš Jūsų inverterio naudos 1400/0,6 = 2333 VA pilnos galios.

Aprašytus skaičiavimus reikia vertinti parenkant tiek inverterį Jūsų jėgainei, tiek elektros įrankius, kurie maitinsis iš šio inverterio. Jeigu ant inverterio užrašyta, jog jo pilna nominali galia yra 2000 VA, tai naudingoji aktyvinė galia bus 1500 – 1600 W. Tačiau be viso to, indukcinei apkrovai paleidimo metu reikalingas papildomas galingumas, du kartus viršijantis nominalią galią. Bet pasitaiko atvejų, kuomet yra reikalinga žymiai didesnė paleidimo galia. Todėl inverterių specifikacijoje yra nurodoma nominali ir maksimali galia.

Dar yra toks empirinis terminas, kaip kompiuterinė apkrova. Ją sudaro kompiuterinė technika, kaip pvz. kompiuteriai, skeneriai, spausdintuvai ir pan. Kiekviena tokia įranga dažniausiai turi savo impulsinį maitinimo šaltinį. Kompiuterinės įrangos galios koeficientas yra lygus 0,6 – 0,8.

Apibendrinant visą straipsnį galima padaryti tokias pagrindines išvadas, kurios paaiškina visą apkrovų esmę:

1. Aktyvinė (linijinė) apkrova sunaudoja visą energiją, gautą iš elektros šaltinio ir transformuoja ją į naudingąjį darbą (pvz. kaitrinės lemputės skleidžiama šviesa). Esant aktyvinei apkrovai srovės forma tiksliai sutampa su įtampos forma ir nėra jokių fazių poslinkių.
2. Reaktyvinė (nelinijinė) apkrova pasižymi tuo, kad pradžioje (vieno periodo metu) joje kaupiasi energija iš elektros šaltinio. Vėliau (kito periodo metu) ši sukaupta energija “grįžta” atgal į elektros šaltinį. Esant reaktyvinei apkrovai tarp srovės ir įtampos įvyksta fazių poslinkis, lygus 90⁰. Todėl apkrovos reaktyvinė dedamoji skaitosi parazitine, kuri bereikalingai apkrauna elektros grandinę.
3. Nuostoliai elektros tinkle tiesiogiai susiję su galios koeficiento dydžiu. Kuo didesnis galios koeficientas, tuo mažesni galios nuostoliai tinkle.
4. Indukcinė apkrova, tai apkrova, dėl kurios srovė atsilieka nuo įtampos ir apkrova naudoja reaktyvią galią. Indukcinės apkrovos pavyzdžiais gali būti asinchroniniai varikliai, elektromagnetai, droseliai, reaktoriai, transformatoriai, lygintuvai, tiristoriniai keitikliai ir pan.
5. Talpinė apkrova, tai apkrova, dėl kurios srovė pralenkia įtampą ir apkrova išduoda reaktyvinę galią. Pavyzdžiais gali būti kondensatorinės baterijos, sinchroniniai varikliai, aukštos įtampos perdavimo linijos ir pan.
6. Siekiant sumažinti galios nuostolius, priklausomai nuo apkrovos, galima naudoti specialius kompensacinius įrenginius. Jeigu dominuoja talpinė apkrova, ji yra kompensuojama indukciniais elementais, o jeigu indukcinė – talpiniais.

Jeigu norite palikti komentarą po šiuo straipsniu, rinkitės vieną iš galimų komentavimo sistemų (Facebook arba Disqus):