Forøgelse af effektfaktoren i sinusformede strømkredsløb

De fleste moderne forbrugere af elektrisk energi har en induktiv karakter af belastningen, hvis strømme halter bagefter kildespændingen. Så for induktionsmotorer, transformere, svejsemaskiner og anden reaktiv strøm er nødvendig for at skabe et roterende magnetfelt i elektriske maskiner og en vekslende magnetisk flux i transformere.

Den aktive effekt af sådanne forbrugere ved de givne værdier af strøm og spænding afhænger af cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Et fald i effektfaktor fører til en stigning i strøm.

Cosinus phi den reduceres især kraftigt, når motorer og transformere kører i tomgang eller er under hård belastning. Hvis netværket har reaktiv strøm, udnyttes generatorens, transformatorstationernes og netværkets effekt ikke fuldt ud. Når cosφ falder, stiger de markant tab af energi til opvarmning af ledninger og spoler af elektriske apparater.

For eksempel, hvis den reelle effekt forbliver konstant, forsynes den med en strøm på 100 A ved cosφ= 1, derefter med aftagende cosφ til 0,8 og den samme effekt, øges strømmen i netværket med 1,25 gange (I = Inetwork x cosφ , Azac = Aza/cosφ).

Tab på varmenettets ledninger og viklinger af en generator (transformer) Pload = I2nets x Rnets er proportionale med kvadratet af strømmen, det vil sige, at de stiger med 1,252 = 1,56 gange.

Ved cosφ= 0,5 er strømmen i netværket med samme aktive effekt lig med 100 / 0,5 = 200 A, og tabene i netværket stiger med 4 gange (!). Det vokser netspændingstabsom forstyrrer andre brugeres normale drift.

Brugerens måler rapporterer i alle tilfælde den samme mængde forbrugt aktiv energi pr. tidsenhed, men i det andet tilfælde forsyner generatoren netværket med en strøm, der er 2 gange større end i det første. Generatorbelastningen (termisk tilstand) bestemmes ikke af forbrugernes aktive effekt, men af ​​den samlede effekt i kilovolt-ampere, det vil sige produktet af spændingen ved strømstyrkestrømmer gennem spolerne.

Hvis vi angiver modstanden af ​​ledningerne i linjen Rl, kan strømtabet i den bestemmes som følger:

Derfor, jo større brugeren er, jo mindre strømtab i ledningen og jo billigere er transmissionen af ​​elektricitet.

Effektfaktoren viser, hvordan kildens mærkeeffekt bruges. Så for at forsyne modtageren med 1000 kW ved φ= 0,5 skal generatoreffekten være S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, og ved cosφ = 1 C = 1000 kVA.

En forøgelse af effektfaktoren øger derfor strømudnyttelsen af ​​generatorerne.

For at øge effektfaktoren (cosφ) anvendes elektriske installationer reaktiv effektkompensation.

Forøgelse af effektfaktoren (reduktion af vinklen φ — faseforskydning af strøm og spænding) kan opnås på følgende måder:

1) udskiftning af let belastede motorer med motorer med lavere effekt,

2) under spænding

3) frakobling af tomgangsmotorer og transformere,

4) inddragelse af specielle kompenserende enheder i netværket, som er generatorer af den førende (kapacitive) strøm.

Til dette formål er synkrone kompensatorer - synkrone overspændte elektriske motorer - specielt installeret på kraftige regionale understationer.

Synkrone kompensatorer

For at øge effektiviteten af ​​kraftværker er de mest almindeligt anvendte kondensatorbanker forbundet parallelt med den induktive belastning (fig. 2 a).

Ris. 2 Tænd kondensatorer for reaktiv effektkompensation: a — kredsløb, b, c — vektordiagrammer

For at kompensere cosφ i elektriske installationer op til flere hundrede kVA bruges de cosinus kondensatorer… De produceres til spændinger fra 0,22 til 10 kV.

Kapaciteten af ​​kondensatoren, der kræves for at øge cosφ fra den eksisterende værdi cosφ1 til den nødvendige cosφ2, kan bestemmes ud fra diagrammet (fig. 2 b, c).

Når man konstruerer et vektordiagram, tages kildespændingsvektoren som den initiale vektor. Hvis belastningen er induktiv, så halter strømvektoren Az1 bagud vinklen af ​​spændingsvektoren φ1Aza falder sammen i retning med spændingen, den reaktive komponent af strømmen Azp halter efter den med 90 ° (fig. 2 b).

Efter tilslutning af kondensatorbanken til brugeren bestemmes strømmen Az som en geometrisk sum af vektorerne Az1 og Az° C... I dette tilfælde går den kapacitive strømvektor 90 ° forud for spændingsvektoren (fig. 2, c). . Dette viser vektordiagrammet φ2 <φ1, dvs. efter tænding af kondensatoren stiger effektfaktoren fra cosφ1 til cosφ2

Kapaciteten af ​​en kondensator kan beregnes ved hjælp af et vektordiagram af strømme (fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Givet at P = UI, skriver vi kapacitansen af ​​kondensatoren C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

I praksis øges effektfaktoren normalt ikke til 1,0, men til 0,90 — 0,95, da fuld kompensation kræver yderligere installation af kondensatorer, hvilket ofte ikke er økonomisk berettiget.