Povečanje faktorja moči v tokokrogih sinusnega toka

Večina sodobnih porabnikov električne energije ima induktivno naravo obremenitve, katere tokovi zaostajajo za napetostjo vira. Torej za indukcijske motorje, transformatorji, varilni stroji in drugi reaktivni tok je potreben za ustvarjanje rotacijskega magnetnega polja v električnih strojih in izmeničnega magnetnega toka v transformatorjih.

Aktivna moč takih porabnikov pri danih vrednostih toka in napetosti je odvisna od cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Zmanjšanje faktorja moči povzroči povečanje toka.

Kosinus phi še posebej močno se zmanjša, ko motorji in transformatorji delujejo v prostem teku ali so pod veliko obremenitvijo. Če je v omrežju reaktivni tok, moč generatorja, transformatorskih postaj in omrežij ni v celoti izkoriščena. Ko se cosφ zmanjša, se znatno povečajo izguba energije za ogrevanje žic in tuljav električnih naprav.

Na primer, če realna moč ostane konstantna, se zagotovi s tokom 100 A pri cosφ = 1, nato pa se z zmanjšanjem cosφ na 0,8 in enaki moči tok v omrežju poveča za 1,25-krat (I = Inetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Izgube na žicah ogrevalnega omrežja in navitja generatorja (transformatorja) Pload = I2nets x Rnets so sorazmerni s kvadratom toka, to pomeni, da se povečajo za 1,252 = 1,56-krat.

Pri cosφ= 0,5 je tok v omrežju z enako delovno močjo enak 100 / 0,5 = 200 A, izgube v omrežju pa se povečajo za 4-krat (!). Raste izgube omrežne napetostikar moti normalno delovanje drugih uporabnikov.

Uporabniški števec v vseh primerih poroča enako količino porabljene delovne energije na časovno enoto, v drugem primeru pa generator napaja omrežje z 2-krat večjim tokom kot v prvem. Obremenitev generatorja (toplotni način) ni določena z delovno močjo porabnikov, temveč s skupno močjo v kilovolt-amperih, to je zmnožek napetosti z amperažateče skozi tuljave.

Če označimo upornost žic linije Rl, potem lahko izgubo moči v njej določimo na naslednji način:

Večji kot je torej uporabnik, manjše so izgube moči v daljnovodu in cenejši je prenos električne energije.

Faktor moči kaže, kako se uporablja nazivna moč vira. Torej, za napajanje sprejemnika 1000 kW pri φ= 0,5 mora biti moč generatorja S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA in pri cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Zato povečanje faktorja moči poveča izkoristek moči generatorjev.

Za povečanje faktorja moči (cosφ) se uporabljajo električne instalacije kompenzacijo jalove moči.

Povečanje faktorja moči (zmanjšanje kota φ — fazni zamik toka in napetosti) je mogoče doseči na naslednje načine:

1) zamenjava manj obremenjenih motorjev z motorji manjše moči,

2) pod napetostjo

3) odklop motorjev in transformatorjev v prostem teku,

4) vključitev posebnih kompenzacijskih naprav v omrežje, ki so generatorji vodilnega (kapacitivnega) toka.

V ta namen so sinhronski kompenzatorji - sinhronski preobremenjeni elektromotorji - posebej nameščeni na močnih regionalnih transformatorskih postajah.

Sinhroni kompenzatorji

Za povečanje učinkovitosti elektrarn so najpogosteje uporabljene kondenzatorske baterije priključene vzporedno z induktivnim bremenom (slika 2 a).

riž. 2 Vklop kondenzatorjev za kompenzacijo jalove moči: a - vezje, b, c - vektorski diagrami

Za kompenzacijo cosφ v električnih inštalacijah do nekaj sto kVA se uporabljajo kosinusni kondenzatorji… Izdelujejo se za napetosti od 0,22 do 10 kV.

Kapaciteto kondenzatorja, potrebno za povečanje cosφ z obstoječe vrednosti cosφ1 na zahtevano cosφ2, lahko določimo iz diagrama (sl. 2 b, c).

Pri izdelavi vektorskega diagrama se vektor napetosti vira vzame kot začetni vektor. Če je obremenitev induktivna, potem trenutni vektor Az1 zaostaja za kotom napetostnega vektorja φ1Aza sovpada v smeri z napetostjo, reaktivna komponenta toka Azp zaostaja za njim za 90 ° (slika 2 b).

Po priključitvi kondenzatorske banke na uporabnika se tok Az določi kot geometrijska vsota vektorjev Az1 in Az° C ... V tem primeru je vektor kapacitivnega toka pred vektorjem napetosti za 90 ° (slika 2, c) . To prikazuje vektorski diagram φ2 <φ1, tj. po vklopu kondenzatorja se faktor moči poveča iz cosφ1 na cosφ2

Kapaciteto kondenzatorja lahko izračunamo z vektorskim diagramom tokov (slika 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Glede na to, da je P = UI, zapišemo kapacitivnost kondenzatorja C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

V praksi se faktor moči običajno poveča ne na 1,0, ampak na 0,90 - 0,95, saj popolna kompenzacija zahteva dodatno namestitev kondenzatorjev, kar pogosto ni ekonomsko upravičeno.