Увеличаване на фактора на мощността в синусоидалните токови вериги

Повечето от днешните потребители на електронна енергия имат индуктивен товар, чиито токове изостават от източника на напрежение. За асинхронни двигатели, трансформатори, заваръчни машини и други е необходим реактивен ток за създаване на ротационно магнитно поле в електронни машини и променливи магнитни потоци трансформатори.

Активната мощност на тези потребители при определени стойности на тока и напрежението зависи от cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosf

Намаляването на фактора на мощността води до увеличаване на тока.

Косинусът phi е особено нисък, когато двигателите и трансформаторите работят на празен ход или когато има голямо натоварване. Ако мрежата има мощност на генератора на реактивен ток, трансформаторните подстанции и мрежи не се използват 100%. С намаляването на cosφ, загубата на енергия за отоплителните жици и намотки на електронните устройства значително се увеличава.

Например, ако активната мощност остава постоянен ток от 100 А е снабден с cosφ = 1 се получава, когато cosφ и 0.8 и съща мощност ток в мрежата увеличава 1.25 пъти (= Ia х cosφ Imains, Ic = Ia / cosφ).

Загуба при отопление мрежа от проводници и генератор бобини (трансформатор) Pnagr = I2seti х Rseti пропорционална на квадрата на тока, с други думи, те растат по 1.252 = 1.56 пъти.

При cosφ = 0.5 токът в мрежата при същото активно захранване е 100 / 0.5 = 200 А, а загубите в мрежата се увеличават 4 пъти (!). Налице са нарастващи загуби в мрежата, което нарушава нормалната работа на други потребители.

Контролерът за консумация във всички случаи отчита едно и също количество консумирана активна енергия за единица време, но в последния случай генераторът доставя ток в мрежата два пъти по-голям от първия. Заредете генератора (термичен режим) не се определя от активните консуматори, а общата мощност в kilovolt-ампери, с други думи продукт на напрежението на силата на тока, протичащ през намотките.

Ако ние обозначим съпротивлението на проводниците на Rl лентата, тогава загубата на мощност в нея може да се намери, както следва:

По този начин колкото по-голям е потребителят, толкова по-ниска е загубата на мощност в лентата и по-евтиното предаване на електроенергия.

Коефициентът на мощността показва как се използва номиналната мощност на източника. По този начин, за захранване на приемника с 1000 kW при φ = 0,5, мощността на генератора трябва да бъде S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, а за cosφ = 1 S = 1000 kVA.

По-долу, увеличаването на фактора на мощността увеличава степента на използване на мощността на генераторите.

Компенсирането на реактивната мощност се използва за увеличаване на коефициента на мощността (cosφ) на електронните инсталации.

Нарастването на фактора на мощността (намаляване на ъгъла φ - фазовото отместване на тока и напрежението) може да бъде постигнато чрез следните методи:

1) заместване на недостатъчно заредени двигатели с двигатели с най-малка мощност,

2) понижаване на напрежението

3) спиране на двигатели и трансформатори, работещи на празен ход,

4) включване в мрежата на специални компенсаторни устройства, които са генераторите на усъвършенствания (капацитивен) ток.

В случая на масивни квартални подстанции са специално монтирани синхронни компенсатори за тази цел - синхронни свръхвъзбудени електродвигатели.

За да се увеличи икономичността на електроцентралите, банковите кондензатори често се използват по-често, свързани паралелно с индуктивно натоварване (фиг.2а).

Фиг. 2 Активиране на кондензатори за компенсиране на реактивната мощност: a - схема, b, c - векторни диаграми

За компенсиране на cosφ в електронни инсталации до няколко стоки kVA се използват косинусови кондензатори. Те се произвеждат за напрежение от 0,22 до 10 kV.

Капацитетът, необходим за увеличаване на cosφ от съществуващата стойност на cosφ1 до необходимия cosφ2, може да бъде намерен от диаграмата (Фигура 2b, с).

Когато се конструира векторна диаграма, векторът на източника на напрежение се използва като начален вектор. Ако товарът е индуктивен характер, настоящата вектор изостава I1 напрежение ъгъл вектор φ1Ia в една и съща посока с напрежението, на реактивен ток компонент Ip изостава от 90 ° (фиг. 2 б).

След като кондензаторната банка е свързана с потребителя, токът I се определя като геометричната сума на векторите I1 и Ic. За всичко това векторът на капацитивния ток премества вектора на напрежението с 90 ° (фиг.2, с). От векторната диаграма е ясно, че φ2 < ф1, т.е. След включването на кондензатора факторът на мощността се увеличава от cosφ1 до cosφ2

Кондензаторът може да бъде изчислена като се използва ток векторна диаграма Ic = Ir1 (фиг две инч) - Ip = Ia tgφ1 - Ia tgφ2 = ωCU

Като се има предвид, че P = МСА, можем да напише С = капацитет (la / ωU) х (tgφ1 - tgφ2) = (P / ωU2) х (tgφ1 - tgφ2).

На практика обикновено факторът на мощността се увеличава не до 1.0, а до 0.90 до 0.95, защото пълната компенсация изисква допълнителна инсталация на кондензатори, която често не е икономически обоснована.

Училище за електротехник