Увеличаване на коефициента на мощност в синусоидални токови вериги

Повечето съвременни потребители на електрическа енергия имат индуктивен характер на товара, чиито токове изостават фазово с напрежението на източника. Така че за асинхронни двигатели, трансформатори, заваръчни машини и други реактивен ток е необходимо за създаване на въртящо се магнитно поле в електрически машини и променлив магнитен поток на трансформатори.

Активната мощност на такива потребители при дадените стойности на ток и напрежение зависи от cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Намаляването на коефициента на мощност води до увеличаване на тока.

Косинус фи той е особено силно намален, когато двигателите и трансформаторите са на празен ход или при голямо натоварване. Ако мрежата има реактивен ток, мощността на генератора, трансформаторните подстанции и мрежите не се използва напълно. С намаляване cosφ се увеличават значително загуба на енергия за нагряване на проводници и намотки на електрически устройства.

Например, ако реалната мощност остава постоянна, тя се осигурява с ток от 100 A при cosφ= 1, след това с намаляващ cosφ до 0,8 и същата мощност, токът в мрежата се увеличава с 1,25 пъти (Аза = Азмрежа x cosφ, Азc = Азa / cosφ ).

Загуби по проводниците на отоплителната мрежа и намотки на генератор (трансформатор) Pload = I2мрежи x Rnets са пропорционални на квадрата на тока, тоест те се увеличават с 1,252 = 1,56 пъти.

В cosφ= 0,5, токът в мрежата със същата активна мощност е равен на 100 / 0,5 = 200 A, а загубите в мрежата се увеличават 4 пъти (!). Нараства загуби на напрежение в мрежатакоето нарушава нормалната работа на други потребители.

Измервателният уред на потребителя във всички случаи отчита същото количество консумирана активна енергия за единица време, но във втория случай генераторът захранва мрежата с ток, който е 2 пъти по -голям от този в първия. Натоварването на генератора (топлинен режим) се определя не от активната мощност на потребителите, а от общата мощност в киловолта-ампера, тоест произведението на напрежението от амперажпротичащи през намотките.

Ако обозначим съпротивлението на проводниците на линията Rl, тогава загубата на мощност в него може да се определи, както следва:

Поради това, колкото по -голям е потребителят, толкова по -малко загуби на мощност в линията и по -евтино е преносът на електроенергия.

Коефициентът на мощност показва как се използва номиналната мощност на източника. И така, за захранване на приемника 1000 kW при φ= 0,5 мощността на генератора трябва да бъде S = P / cosφ = 1000 / 0, 5 = 2000 kVA, и при cosφ = 1 С = 1000 kVA.

Следователно, увеличаването на коефициента на мощност увеличава използването на мощността на генераторите.

За да увеличите коефициента на мощност (cosφ) се използват електрически инсталации компенсация на реактивната мощност.

Увеличаване на коефициента на мощност (намаляване на ъгъла φ — фазово изместване на ток и напрежение) може да се постигне по следните начини:

1) подмяна на леко натоварени двигатели с двигатели с по -ниска мощност,

2) под напрежение

3) изключване на двигатели на празен ход и трансформатори,

4) включването на специални компенсаторни устройства в мрежата, които са генератори на водещия (капацитивен) ток.

За тази цел на мощни регионални подстанции са специално монтирани синхронни компенсатори — синхронни свръхвъзбудени електродвигатели.

Синхронни компенсатори

За да се увеличи ефективността на електроцентралите, най -често използваните кондензаторни банкисвързани паралелно с индуктивния товар (фиг. 2 а).

Ориз. 2 Включване на кондензатори за компенсация на реактивната мощност: a — верига, b, c — векторни диаграми

За да компенсирате cosφ в електрически инсталации до няколкостотин kVA те се използват косинусни кондензатори… Те се произвеждат за напрежения от 0,22 до 10 kV.

Капацитетът на кондензатора, необходим за увеличаване cosφ от съществуващата стойност cosφ1 към изискваното cosφ2, може да се определи от диаграмата (фиг. 2 б, в).

При изграждането на векторна диаграма, векторът на напрежението на източника се приема като начален вектор. Ако товарът е индуктивен, тогава векторът на тока Аз1 изостава от ъгъла на вектора на напрежението φ1Азa съвпада по посока с напрежението, реактивната съставка на тока Азр изостава от него с 90 ° (фиг. 2 б).

След свързване на кондензаторната банка към потребителя, токът Аз се определя като геометрична сума от вектори Аз1 и Аз° С… В този случай векторът на капацитивния ток изпреварва вектора на напрежението с 90 ° (фиг. 2, в). Това показва векторната диаграма φ2 <φ1, т.е. след включване на кондензатора коефициентът на мощност се увеличава от cosφ1 към cosφ2

Капацитетът на кондензатор може да се изчисли с помощта на векторна диаграма на токовете (фиг. 2 в) Ic = азp1 — Азр = Аза tgφ1 — Аза tgφ2 = ωCU

Като се има предвид това P = потребителски интерфейса, записваме капацитета на кондензатора C = (Аза / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

На практика коефициентът на мощност обикновено се увеличава не до 1,0, а до 0,90 — 0,95, тъй като пълната компенсация изисква допълнителна инсталация на кондензатори, което често не е икономически оправдано.