Αύξηση του συντελεστή ισχύος σε κυκλώματα ημιτονοειδούς ρεύματος

Οι περισσότεροι σύγχρονοι καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας έχουν επαγωγικό χαρακτήρα του φορτίου, του οποίου τα ρεύματα υστερούν σε σχέση με την τάση της πηγής. Έτσι για κινητήρες επαγωγής, μετασχηματιστές, μηχανές συγκόλλησης και άλλο άεργο ρεύμα χρειάζεται για να δημιουργηθεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο στις ηλεκτρικές μηχανές και μια εναλλασσόμενη μαγνητική ροή στους μετασχηματιστές.

Η ενεργός ισχύς τέτοιων καταναλωτών στις δεδομένες τιμές ρεύματος και τάσης εξαρτάται από το cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Η μείωση του συντελεστή ισχύος οδηγεί σε αύξηση του ρεύματος.

Συνημίτονο φι μειώνεται ιδιαίτερα όταν οι κινητήρες και οι μετασχηματιστές βρίσκονται στο ρελαντί ή υπό βαρύ φορτίο. Εάν το δίκτυο έχει άεργο ρεύμα, η ισχύς της γεννήτριας, των υποσταθμών μετασχηματιστών και των δικτύων δεν αξιοποιείται πλήρως. Καθώς το cosφ μειώνεται, αυξάνονται σημαντικά απώλεια ενέργειας για θέρμανση καλωδίων και πηνίων ηλεκτρικών συσκευών.

Για παράδειγμα, εάν η πραγματική ισχύς παραμένει σταθερή, παρέχεται με ρεύμα 100 A στο cosφ= 1, τότε με μείωση του cosφ στο 0,8 και την ίδια ισχύ, το ρεύμα στο δίκτυο αυξάνεται κατά 1,25 φορές (I = Δίκτυο x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Απώλειες στα καλώδια του δικτύου θέρμανσης και περιελίξεις γεννήτριας (μετασχηματιστή) Φορτίο = I2nets x Rnets είναι ανάλογα με το τετράγωνο του ρεύματος, δηλαδή αυξάνονται κατά 1,252 = 1,56 φορές.

Στο cosφ= 0,5, το ρεύμα στο δίκτυο με την ίδια ενεργή ισχύ είναι ίσο με 100 / 0,5 = 200 A, και οι απώλειες στο δίκτυο αυξάνονται κατά 4 φορές (!). Μεγαλώνει απώλειες τάσης δικτύουπου διαταράσσει την κανονική λειτουργία άλλων χρηστών.

Ο μετρητής του χρήστη σε όλες τις περιπτώσεις αναφέρει την ίδια ποσότητα ενεργού ενέργειας που καταναλώνεται ανά μονάδα χρόνου, αλλά στη δεύτερη περίπτωση η γεννήτρια τροφοδοτεί το δίκτυο με ρεύμα που είναι 2 φορές μεγαλύτερο από αυτό στην πρώτη. Το φορτίο της γεννήτριας (θερμική λειτουργία) καθορίζεται όχι από την ενεργό ισχύ των καταναλωτών, αλλά από τη συνολική ισχύ σε κιλοβολτ-αμπέρ, δηλαδή το γινόμενο της τάσης από ένταση ρεύματοςπου ρέει μέσα από τα πηνία.

Αν υποδηλώσουμε την αντίσταση των συρμάτων της γραμμής Rl, τότε η απώλεια ισχύος σε αυτήν μπορεί να προσδιοριστεί ως εξής:

Επομένως, όσο μεγαλύτερος είναι ο χρήστης, τόσο λιγότερες απώλειες ισχύος στη γραμμή και φθηνότερη είναι η μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο συντελεστής ισχύος δείχνει πώς χρησιμοποιείται η ονομαστική ισχύς της πηγής. Έτσι, για να τροφοδοτηθεί ο δέκτης 1000 kW σε φ= 0,5 η ισχύς της γεννήτριας θα πρέπει να είναι S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, και σε cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Επομένως, η αύξηση του συντελεστή ισχύος αυξάνει τη χρήση ισχύος των γεννητριών.

Για την αύξηση του συντελεστή ισχύος (cosφ) χρησιμοποιούνται ηλεκτρικές εγκαταστάσεις αντιστάθμιση άεργου ισχύος.

Η αύξηση του συντελεστή ισχύος (μείωση της γωνίας φ — μετατόπιση φάσης ρεύματος και τάσης) μπορεί να επιτευχθεί με τους ακόλουθους τρόπους:

1) αντικατάσταση κινητήρων ελαφρού φορτίου με κινητήρες χαμηλότερης ισχύος,

2) υπό τάση

3) αποσύνδεση κινητήρων και μετασχηματιστών σε αδράνεια,

4) η συμπερίληψη ειδικών αντισταθμιστικών συσκευών στο δίκτυο, οι οποίες είναι γεννήτριες του κύριου (χωρητικού) ρεύματος.

Για το σκοπό αυτό, οι σύγχρονοι αντισταθμιστές — σύγχρονοι υπερδιεγερμένοι ηλεκτρικοί κινητήρες — εγκαθίστανται ειδικά σε ισχυρούς περιφερειακούς υποσταθμούς.

Σύγχρονοι αντισταθμιστές

Για να αυξηθεί η απόδοση των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής, οι συχνότερα χρησιμοποιούμενες συστοιχίες πυκνωτών συνδέονται παράλληλα με το επαγωγικό φορτίο (Εικ. 2 α).

Ρύζι. 2 Ενεργοποίηση πυκνωτών για αντιστάθμιση άεργου ισχύος: a — κύκλωμα, b, c — διανυσματικά διαγράμματα

Για την αντιστάθμιση του cosφ σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις έως και αρκετές εκατοντάδες kVA χρησιμοποιούνται πυκνωτές συνημίτονου… Παράγονται για τάσεις από 0,22 έως 10 kV.

Η χωρητικότητα του πυκνωτή που απαιτείται για την αύξηση του cosφ από την υπάρχουσα τιμή cosφ1 στην απαιτούμενη cosφ2 μπορεί να προσδιοριστεί από το διάγραμμα (Εικ. 2 b, c).

Κατά την κατασκευή ενός διανυσματικού διαγράμματος, το διάνυσμα τάσης πηγής λαμβάνεται ως αρχικό διάνυσμα. Εάν το φορτίο είναι επαγωγικό, τότε το διάνυσμα ρεύματος Az1 υστερεί πίσω από τη γωνία του διανύσματος τάσης φ1Aza συμπίπτει στην κατεύθυνση με την τάση, η δραστική συνιστώσα του ρεύματος Azp υστερεί κατά 90 ° (Εικ. 2 β).

Μετά τη σύνδεση της συστοιχίας πυκνωτών με τον χρήστη, το ρεύμα Az προσδιορίζεται ως ένα γεωμετρικό άθροισμα των διανυσμάτων Az1 και Az° C... Σε αυτήν την περίπτωση, το διάνυσμα χωρητικού ρεύματος προηγείται του διανύσματος τάσης κατά 90 ° (Εικ. 2, c) . Αυτό δείχνει το διανυσματικό διάγραμμα φ2 <φ1, δηλ. μετά την ενεργοποίηση του πυκνωτή, ο συντελεστής ισχύος αυξάνεται από cosφ1 σε cosφ2

Η χωρητικότητα ενός πυκνωτή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας ένα διανυσματικό διάγραμμα ρευμάτων (Εικ. 2 γ) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Δεδομένου ότι P = UI, γράφουμε τη χωρητικότητα του πυκνωτή C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

Στην πράξη, ο συντελεστής ισχύος συνήθως αυξάνεται όχι στο 1,0, αλλά στο 0,90 - 0,95, καθώς η πλήρης αντιστάθμιση απαιτεί πρόσθετη εγκατάσταση πυκνωτών, η οποία συχνά δεν δικαιολογείται οικονομικά.