Повышение коэффициента мощности в цепях синусоидального тока

Большинство современных потребителей электрической энергии имеют индуктивный характер нагрузки, токи которой отстают по фазе от напряжения источника. Так для асинхронных двигателей, трансформаторов, сварочных аппаратов и других реактивный ток необходим для создания вращающегося магнитного поля у электрических машин и переменного магнитного потока трансформаторов.

Активная мощность таких потребителей при заданных значениях тока и напряжения зависит от cos φ:

P = UICosφ , I = P / UCosφ

Снижение коэффициента мощности приводит к увеличению тока.

Косинус фи особенно сильно снижается при работе двигателей и трансформаторов вхолостую или при большой недогрузке. Если в сети есть реактивный ток мощность генератора, трансформаторных подстанции и сетей используется не полностью. С уменьшением cos φ значительно возрастают потери энергии на нагрев проводов и катушек электрических аппаратов.

Например, если активная мощность остается постоянной, обеспечивается током 100 А при cos φ =1, то при понижении cos φ до 0,8 и той же мощности сила тока в сети возрастает в 1,25 раза ( I а = I сети х cos φ , I с = I а / cos φ ).

Потери на нагрев проводов сети и обмоток генератора (трансформатора) Pнагр = I 2 сети х Rсети пропорциональны квадрату тока, то есть они возрастают в 1,25 2 = 1,56 раза.

При cos φ = 0,5 сила тока в сети при той же активной мощности равна 100 / 0,5 = 200 А, а потери в сети возрастают в 4 раза (!). Возрастают потери напряжения в сети, что нарушает нормальную работу других потребителей.

Счетчик потребителя во всех случаях отсчитывает одно и то же количество потребляемой активной энергии в единицу времени, но в последнем случае генератор подает в сеть силу тока, в 2 раза большую, чем в первом. Нагрузка же генератора (тепловой режим) определяется не активной мощностью потребителей, а полной мощностью в киловольт-амперах, то есть произведением напряжения на силу тока, протекающего по обмоткам.

Если обозначить сопротивление проводов линии R л, то потери мощности в ней можно определить так:

Таким образом, чем выше потребителя, тем меньше потери мощности в линии и дешевле передача электроэнергии.

Коэффициент мощности показывает, как используется номинальная мощность источника. Так, для питания приемника 1000 кВт при φ = 0,5 мощность генератора должна быть S = P / cos φ = 1000 / 0 ,5 = 2000 кВА, а при cosφ = 1 S = 1000 кВА.

Следовательно, повышение коэффициента мощности увеличивает степень использования мощности генераторов.

Для повышения коэффициента мощности (cos φ ) электрических установок применяют компенсацию реактивной мощности .

Увеличения коэффициента мощности (уменьшения угла φ — сдвига фаз тока и напряжения) можно добиться следующими способами:

1) заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности,

2) понижением напряжения

3) выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу,

4) включением в сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока.

На мощных районных подстанциях для этой цели специально устанавливают синхронные компенсаторы — синхронные перевозбужденные электродвигатели.

Чтобы повысить экономичность энергетических установок наиболее часто используют батареи конденсаторов , подключаемые параллельно индуктивной нагрузке (рис. 2 а).

Рис. 2 Включение конденсаторов для компенсации реактивной мощности: а — схема, б, в — векторные диаграммы

Для компенсации cos φ в электрических установках до нескольких сотен кВА применяют косинусные конденсаторы. Их выпускают на напряжение от 0,22 до 10 кВ.

Емкость конденсатора, необходимую для повышения cosφ от существующего значения cosφ 1 до требуемого cosφ 2 , можно определить по диаграмме (рис. 2 б, в).

При построении векторной диаграммы в качестве исходного вектора принят вектор напряжения источника. Если нагрузка представляет собой индуктивный характер, то вектор тока I 1 отстает от вектора напряжения на угол φ 1 I а совпадает по направлению с напряжением, реактивная составляющая тока I р отстает от него на 90° (рис. 2 б).

После подключения к потребителю батареи конденсаторов ток I определяется как геометрическая сумма векторов I 1 и I c . При этом вектор емкостного тока опережает вектор напряжения на 90° (рис. 2, в). Из векторной диаграммы видно, что φ 2 1 , т.е. после включения конденсатора коэффициент мощности повышается от cos φ1 до cos φ2

Емкость конденсатора можно рассчитать при помощи векторной диаграммы токов (рис. 2 в) Ic = I р1 — I р = I а tg φ1 — I а tg φ 2 = ωCU

Учитывая, что P = UI а , запишем емкость конденсатора С = (I а / ωU ) х ( tg φ1 — tg φ 2 ) = (P / ωU 2 ) х ( tg φ1 — tg φ2 ) .

На практике обычно коэффициент мощности повышают не до 1,0, а до 0,90 — 0,95, так как полная компенсация требует дополнительной установки конденсаторов, что часто экономически не оправдано.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Способы повышения коэффициента мощности

Большинство потребителей электрической энергии синусоидального тока представляют активно-индуктивные нагрузки, токи которых отстают по фазе от напряжения сети. Для потребителей электрической энергии при заданном напряжении питающей сети U и потребляемой активной мощности Р, ток потребителя зависит от величины cos j :

,

то есть с уменьшением cos j ток возрастает. Электрические генераторы, трансформаторы и электрические сети рассчитываются на определенные значения напряжения и тока . Поэтому при cos j = 0.5 и полной загрузке током генераторов, трансформаторов и сетей, потребителю может быть передана активная мощность, составляющая 50% от номинальной активной мощности трансформаторов и генераторов при cos j = 1. Таким образом, генераторы, трансформаторы и сеть будут полностью загружены по току и недогружены по активной мощности. Поэтому величину cos j, характеризующую использование номинальной мощности источника электрической энергии, называют коэффициентом мощности. Работа потребителей с малым коэффициентом мощности, кроме ухудшения условий использования источника питания, приводит к увеличению мощности потерь в линиях передач, вследствие увеличения передаваемого тока.

Существует несколько способов для увеличения коэффициента мощности, основанных на подключении к нагрузке приемника с емкостным током:

1. Применение синхронных двигателей, которые позволяют регулировать cos j при изменении тока возбуждения (синхронные компенсаторы).

2. Параллельно приемникам электрической энергии подключают конденсаторы.

Емкость конденсаторов, необходимая для уменьшения угла сдвига фаз между током и напряжением от j₁ до требуемого значения j ₂ определяется из выражения:

.

Обычно при помощи конденсаторов компенсацию угла j осуществляют, повышая cos j до 0.9 — 0.95, так как дальнейшая компенсация требует больших затрат на установку конденсаторов, которые экономически неоправданны.

Источник

Как повысить коэффициент мощности в цепях синусоидального тока

Влияние реактивного тока

Большинство современных потребителей электрической энергии имеют индуктивный характер нагрузки, токи которой отстают по фазе от напряжения источника. Так дл асинхронных двигателей, трансформаторов, сварочных аппаратов и других реактивный ток необходим для создания вращающегося магнитного поля у электрических машин и переменного магнитного потока трансформаторов.Активная мощность таких потребителей пи заданных значениях тока и напряжения зависит от :

Снижение коэффициента мощности приводит к увеличению тока.

особенно сильно снижается при работе двигателей и трансформаторов вхолостую или при большой недогрузке. Если в сети есть реактивный ток, мощность генератора, трансформаторных подстанции и сетей используется не полностью.

Внимание! С уменьшением значительно возрастают потери энергии на нагрев проводов и катушек электрических аппаратов.

Например, если активная мощность остается постоянной, обеспечивается током 100 А при =1, то при понижении до 0,8 и той же мощности сила тока в сети возрастает в 1,25 раза.

Потери на нагрев проводов сети и обмоток генератора (трансформатора) Р_нагр=I 2 _сети хR_сети пропорциальны квадрату тока, то есть они возрастают в 1,25 2 =1,56 раза.

При =0,5 сила тока в сети при той же активной мощности равна 100/0,5=200 А, а потери в сети возрастают в 4 раза. Возрастают потери напряжения в сети, что нарушает нормальную работу других потребителей.

Счетчик потребителя во всех случаях отсчитывает одно и то же количество потребляемой активной энергии в единицу времени, но в последнем случае генератор подает в сеть силу тока, а в 2 раза большую, чем в первом. Нагрузка же генератора (тепловой режим) определяется не активной мощностью потребителей, а полной мощностью в киловольт-амперах, то есть произведением напряжения на силу тока, протекающего по обмоткам.

Если обозначить сопротивление проводов линии R_л, то потери мощности в ней можно определить так:

Таким образом, чем выше коэффициент мощности потребителя, тем меньше потери мощности в линии и дешевле передача электроэнергии.

Коэффициент мощности – это величина, которая показывает, как используется номинальная мощность источника.

Так, для питания приемника 1000кВт при =0,5 мощность генератора должна быть S=P/ =1000/0,5=2000кВА, а при =1 S=1000 кВА.

Следовательно, повышение коэффициента мощности увеличивает степень использования мощности генераторов.

Для повышения коэффициента мощности электрических установок применяют компенсацию реактивной мощности.

Увеличения коэффициента мощности (уменьшения угла — сдвига фаз тока и напряжения) можно добиться следующими способами:

— заменой мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

— выключением двигателей и трансформаторов, работающих на холостом ходу;

— включением в сеть специальных компенсирующих устройств, являющихся генераторами опережающего (емкостного) тока.

На мощных районных подстанциях для этой цели специально устанавливают синхронные компенсаторы – синхронные перевозбужденные электродвигатели.

Источник

Как повысить коэффициент мощности без использования компенсирующих конденсаторов

Компенсация реактивной мощности позволяет значительно экономить топливно-энергетические ресурсы и денежные средства. Ее определяют по показаниям реактивных счетчиков. Активная мощность, кВт, характеризует интенсивность преобразования электрической энергии в тепловую, механическую, световую и т. д. Реактивная мощность, квар, характеризует интенсивность обмена мощности между генератором и потребителем; электрическая энергия при этом не преобразуется.

Для промышленных объектов промышленных предприятий характерно заметное превышение реактивной мощности над активной. Потери энергии, как известно, пропорциональны квадрату полного тока. Реактивные нагрузки обусловливают значительные потерн энергии. Для повышения экономичности электроснабжения предприятия и его цехов, улучшения качества напряжения и повышения производительности электрифицированного оборудования необходимо уменьшать эти нагрузки.

Уменьшения реактивных нагрузок в условиях эксплуатации достигают в результате организационно-технических мероприятий, главным образом применения компенсирующих устройств.

При недостаточной компенсации прохождение реактивных нагрузок по линиям электропередач и через трансформаторы приводит к уменьшению их пропускной способности, потерям энергии и напряжения во всех элементах схемы электроснабжения. Следствием этого являются повышенный расход топливно-энергетических ресурсов и необходимость дополнительных затрат на расширение электростанций, увеличение установленной мощности силовых трансформаторов и сечения проводников.

Для повышения экономичности электроснабжения промышленных предприятий необходимо стремиться к уменьшению потребляемой реактивной мощности до значений, задаваемых энергосистемой.

Для повышения коэффициента мощности путем улучшения работы электроустановок без применения компенсирующих устройств проводятся следующие мероприятия:

• упорядочение технологического процесса предприятия, ведущее к улучшению энергетического режима оборудования;
• применение синхронных электродвигателей вместо асинхронных той же мощности, когда это возможно по условиям технологического процесса;
• замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности;
• понижение напряжения у двигателей, систематически работающих с малой загрузкой;
• ограничение холостого хода двигателей;
• замена малозагруженных трансформаторов; трансформаторами меньшей мощности.

Электродвигатель для рабочей машины следует подбирать в соответствии с режимом ее работы, учитывая допустимую перегрузку двигателя.

Во всех случаях желательно выбирать электродвигатель с более высоким номинальным коэффициентом мощности. Там, где это возможно, необходимо отдавать предпочтение двигателям с большей скоростью вращения и с короткозамкнутым ротором, вращающимся на подшипниках качения.

Если электродвигатели уже установлены и возможность их замены исключается, то для повышения коэффициента мощности рекомендуется пересмотреть технологию производства и по возможности модернизировать механизмы. Например, если на шпалорезках, лесопильных рамах, торцовках и т. д. двигатели загружены не полностью, их загрузку можно увеличить, повысив скорость пиления, увеличив скорость подачи, в связи с чем повысится их производительность.

Замена незагруженных асинхронных электродвигателей двигателями меньшей номинальной мощности не всегда целесообразна. Объясняется это тем, что у электродвигателей меньшей мощности при других равных параметрах номинальный к. п. д. ниже, поэтому после замены потери в двигателе могут оказаться выше, чем до замены. Как показывают подсчеты и опыт, при средней загрузке двигателя на 45% от номинальной мощности замена целесообразна всегда. Если же загрузка находится в пределах от 45 до 70%, то целесообразность замены должна быть проверена расчетом. При загрузках выше 70% замена в большинстве случаев нецелесообразна, тем более, что это связано с расходом на демонтаж установленного электродвигателя и монтаж заменяющей его машины.

Заметную роль в режиме работы электродвигателей играет постоянство подводимого напряжения. На маломощных электростанциях иногда поддерживают напряжение выше номинального, что приводит к увеличению тока холостого хода, а следовательно, к увеличению реактивной мощности. Поэтому для повышения коэффициента мощности необходимо поддерживать номинальное напряжение.

В целях повышения коэффициента мощности особенное внимание следует обращать на качество ремонта электродвигателей.

Изменения коэффициента мощности и к. п. д. короткозамкнутого асинхронного электродвигателя при включении обмоток статора звездой и треугольником двигателя снижает коэффициент мощности, поэтому необходимо следить, чтобы в отремонтированном двигателе сохранились: прежнее число последовательно соединенных витков в фазе; суммарное поперечное сечение обмотки фазы, т. е. сумма сечений проводов всех параллельных ветвей; прежний воздушный зазор. Если после ремонта окажется, что воздушный зазор увеличился более чем на 15% против нормы, такой двигатель использовать не рекомендуется.

Значительные результаты в повышении естественного коэффициента мощности предприятия можно получить при более рациональном использовании трансформаторов. Так как основная часть реактивной мощности, потребляемой трансформатором, приходится на мощность холостого хода, рекомендуется по возможности отключать трансформаторы на время холостого хода. Следует заменять трансформаторы, загрузка которых составляет 30% и меньше; в остальных случаях целесообразность замены или перестановки трансформаторов определяется расчетом. При этом следует иметь в виду, что повышение коэффициента загрузки трансформатора до 0,6 приводит к заметному повышению коэффициента мощности, а при дальнейшем увеличении коэффициента загрузки от 0,6 до 1 коэффициент мощности улучшается незначительно.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник