Účiník

Technology

12 hours ago

Author

Účiník je bezrozměrná veličina, označovaná cos φ. Užívá se jen pro harmonické průběhy střídavých proudů a napětí nebo pro jednotlivé harmonické složky obecných průběhů.

Účiník je poměrem činného a zdánlivého elektrického výkonu v obvodu střídavého proudu a napětí. Vyjadřuje, jak velkou část zdánlivého výkonu přeměňuje obvod na činný výkon, tj. +more na součet užitečného výkonu a ztrát.

Účiník je kosinus vzájemného fázového posuvu mezi proudem a napětím elektrického obvodu. Hodnota účiníku spotřebiče se pohybuje od nuly do jedné. +more (Platí pro obvykle používanou spotřebičovou soustavu. To znamená, že výkon spotřebiče je kladný a výkon zdroje je záporný. ).

Při účiníku rovném jedné je celý výkon činný (fázový posuv je nulový). Při nulovém účiníku je celý výkon jalový, zátěž je buď čistě kapacitní (fázový posuv -90° = zpožďuje se napětí za proudem) nebo čistě induktivní (fázový posuv +90° = zpožďuje se proud za napětím).

Hodnota účiníku menší než 1, tj. nenulový vzájemný fázový posun proudu a napětí, způsobuje nežádoucí zvýšené ztráty energie na přenosovém vedení obvodu, ve zdroji i spotřebiči.

Účiník vyjadřuje pro daný elektrický obvod také poměr činné a zdánlivé energie i poměr ohmického odporu (rezistance) a impedance.

Účiník a výkonové poměry v elektrickém obvodu

Zdánlivý výkon je definován jako prostý součin efektivních hodnot napětí U a proudu I procházejícího obvodem. Nemá fyzikální význam, ale je používán v technické praxi. +more Značí se S, jeho jednotkou je voltampér (VA). :S = U \cdot I.

Činný výkon se značí P, jeho jednotkou je watt (W). Činný výkon vyjadřuje energii, která se v obvodu skutečně přemění na jinou užitečnou formu energie. +more Často probíhá přeměna elektrické energie na mechanickou a v konečné formě na tepelnou. U čistě odporových nebo vykompenzovaných spotřebičů je celý výkon přeměněn na užitečnou energii schopnou konat práci (teplo). V tomto případě je činný výkon roven zdánlivému.

U obecných obvodů obsahujících lineární pasivní součástky akumulující energii tj. s nenulovou kapacitní nebo induktivní reaktancí (např. +more zářivky, elektromotory, zařízení s transformátorem) dochází ke vzájemnému fázovému posunu napětí a proudu v obvodu. Kosinus vzájemného fázového posunu φ je označován jako účiník cos φ.

Účiník vyjadřuje také podíl užitečného (činného) výkonu ku zdánlivému výkonu. :P = S \cdot \cos \varphi = U \cdot I \cdot \cos \varphi

V nevykompenzované napěťové soustavě dochází k nárůstu velikosti proudu, který je ve fázorovém zobrazení dán geometrickým součtem činné a jalové složky.

Část výkonu s nulovou střední hodnotou, představující pouhé přelévání energie mezi zdrojem a spotřebičem tam a zpět, je označována jako jalový výkon. Značí se Q, jednotkou je voltampér reaktanční (var). +more :Q = S \cdot \sin \varphi = U \cdot I \cdot \sin \varphi.

Obvodem obsahujícím nelineární součástky, například polovodiče, protéká neharmonický proud i při harmonickém napájecím napětí (se sinusovým průběhem). Proud pak obsahuje vyšší harmonické (složky celkového proudu s násobnými kmitočty). +more Výkon tvořený vyššími harmonickými frekvencemi proudů a napětí je označován jako deformační výkon (označení D, jednotka voltampér). Vedle kompenzace jalového výkonu je třeba filtrovat vyšší harmonické proudu. Deformační výkon způsobuje další navýšení zdánlivého výkonu. Výsledný účiník se pak označuje jako opravdový účiník cos φekv. Vzhledem k zatím nezažitému českému pojmenování doporučuji jednoznačně rozlišovat pomocí anglických výrazů displacement power factor (dPF) pro kosinus fázového posunu první harmonické proudu a napětí a termín true power factor pro tzv. skutečný, opravdový účiník, definovaný jako podíl výkonu činného a zdánlivého, jak vyplývá z níže uvedených vztahů. :S = U \cdot I = \sqrt{P^2 + Q^2 + D^2} :P = U \cdot I \cdot \cos \varphi_\mathrm{ekv},.

U této problematiky je vhodné se pozdržet, neboť v současnosti, s masovým užitím tzv. nelineárních spotřebičů nabývá na velkém významu. +more Nelineární zátěže se spínanými zdroji odebírají velmi nízký činný výkon P (neboť efektivní hodnota 1. harmonické složky proudu je velmi malá a navíc s minimálním fázovém posunem oproti napětí), nicméně, pro dimenzování napájecích obvodů je třeba užít zdánlivý výkon spotřebiče, který je několikanásobný. Není neobvyklé, že účiník ve smyslu definice fázového posunu 1. harmonické frekvence proudu a napětí je prakticky roven 1, avšak true power factor nabývá hodnot blízkých nule. Příklad: Přístroj se spínaným zdrojem má uveden příkon 2 W (1. harmonická proudu a napětí), 10 VA. Účiník je roven 1,00, avšak skutečný účiník pak 0,2.

Důsledky

Při existenci jalového, případně deformačního výkonu tak obvodem pro zajištění přenosu požadovaného činného výkonu musí protékat mnohem větší proud, což má za následek větší tepelné ztráty na přenosovém vedení. Z toho důvodu se používají kompenzátory účiníku a filtrační zařízení - elektrické prvky, které umožňují udržovat fázový posun blízko ideální nulové hodnoty (minimálnímu fázovému posunu proudu vzhledem k napětí) a tedy účiník blízký jedné a tvar průběhu proudu blízký harmonickému.

Existující zákony a normy a především smluvní vztahy mezi odběratelem a dodavatelem elektrické energie stanovují, vedle dalších parametrů, dovolené hodnoty účiníku, které spotřebitelé, odběratelé a dodavatelé musí dodržovat. Obvykle je odběratel povinen udržovat hodnotu účiníku v rozmezích 0,95 až 1 induktivního charakteru. +more Tato povinnost platí přiměřeně také pro domácnosti).