Øke effektfaktoren i sinusformede strømkretser

De fleste moderne forbrukere av elektrisk energi har en induktiv karakter av lasten, hvis strømmer ligger bak kildespenningen. Så for induksjonsmotorer, transformatorer, sveisemaskiner og annen reaktiv strøm er nødvendig for å skape et roterende magnetfelt i elektriske maskiner og en vekslende magnetisk fluks i transformatorer.

Den aktive kraften til slike forbrukere ved de gitte verdiene for strøm og spenning avhenger av cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

En reduksjon i effektfaktor fører til en økning i strøm.

Cosinus phi den reduseres spesielt kraftig når motorer og transformatorer går på tomgang eller er under stor belastning. Hvis nettet har reaktiv strøm, blir ikke kraften til generator, transformatorstasjoner og nett utnyttet fullt ut. Når cosφ synker, øker de betydelig tap av energi for oppvarming av ledninger og spoler av elektriske enheter.

For eksempel, hvis den reelle effekten forblir konstant, er den forsynt med en strøm på 100 A ved cosφ= 1, deretter med synkende cosφ til 0,8 og samme effekt, øker strømmen i nettverket med 1,25 ganger (I = Inetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Tap på ledningene til varmenettet og viklinger av en generator (transformator) Pload = I2nets x Rnets er proporsjonale med kvadratet av strømmen, det vil si at de øker med 1,252 = 1,56 ganger.

Ved cosφ= 0,5 er strømmen i nettverket med samme aktive effekt lik 100 / 0,5 = 200 A, og tapene i nettverket øker med 4 ganger (!). Det vokser nettverksspenningstapsom forstyrrer normal drift av andre brukere.

Brukerens måler rapporterer i alle tilfeller samme mengde forbrukt aktiv energi per tidsenhet, men i det andre tilfellet mater generatoren nettverket med en strøm som er 2 ganger større enn i det første. Generatorbelastningen (termisk modus) bestemmes ikke av den aktive kraften til forbrukerne, men av den totale effekten i kilovolt-ampere, det vil si produktet av spenningen ved strømstyrkestrømmer gjennom spolene.

Hvis vi betegner motstanden til ledningene til linjen Rl, kan strømtapet i den bestemmes som følger:

Derfor, jo større brukeren er, jo mindre effekttap i ledningen og desto billigere blir overføringen av elektrisitet.

Effektfaktoren viser hvordan merkeeffekten til kilden brukes. Så for å forsyne mottakeren 1000 kW ved φ= 0,5 bør generatoreffekten være S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, og ved cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Økning av effektfaktoren øker derfor kraftutnyttelsen til generatorene.

For å øke effektfaktoren (cosφ) brukes elektriske installasjoner reaktiv effektkompensasjon.

Å øke effektfaktoren (redusere vinkelen φ — faseforskyvning av strøm og spenning) kan oppnås på følgende måter:

1) utskifting av lett belastede motorer med motorer med lavere effekt,

2) under spenning

3) frakobling av tomgangsmotorer og transformatorer,

4) inkludering av spesielle kompenserende enheter i nettverket, som er generatorer av den ledende (kapasitive) strømmen.

For dette formålet er synkrone kompensatorer - synkrone overeksiterte elektriske motorer - spesielt installert på kraftige regionale transformatorstasjoner.

Synkrone kompensatorer

For å øke effektiviteten til kraftverk kobles de mest brukte kondensatorbankene parallelt med den induktive lasten (fig. 2 a).

Ris. 2 Slå på kondensatorer for reaktiv effektkompensering: a — krets, b, c — vektordiagrammer

For å kompensere cosφ i elektriske installasjoner opp til flere hundre kVA brukes de cosinus kondensatorer… De produseres for spenninger fra 0,22 til 10 kV.

Kapasiteten til kondensatoren som kreves for å øke cosφ fra den eksisterende verdien cosφ1 til den nødvendige cosφ2 kan bestemmes fra diagrammet (fig. 2 b, c).

Når du konstruerer et vektordiagram, tas kildespenningsvektoren som startvektoren. Hvis belastningen er induktiv, så henger strømvektoren Az1 etter vinkelen til spenningsvektoren φ1Aza sammenfaller i retning med spenningen, den reaktive komponenten til strømmen Azp ligger bak den med 90 ° (fig. 2 b).

Etter å ha koblet kondensatorbanken til brukeren, bestemmes strømmen Az som en geometrisk sum av vektorene Az1 og Az° C... I dette tilfellet går den kapasitive strømvektoren foran spenningsvektoren med 90 ° (fig. 2, c). . Dette viser vektordiagrammet φ2 <φ1, dvs. etter å ha slått på kondensatoren øker effektfaktoren fra cosφ1 til cosφ2

Kapasiteten til en kondensator kan beregnes ved hjelp av et vektordiagram av strømmer (fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Gitt at P = UI, skriver vi kapasitansen til kondensatoren C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

I praksis økes kraftfaktoren vanligvis ikke til 1,0, men til 0,90 — 0,95, siden full kompensasjon krever ekstra installasjon av kondensatorer, noe som ofte ikke er økonomisk berettiget.