Korektado de la Potencfaktoro: Kio ĝi estas? (Formulo, Cirkvito kaj Kapacitorkolonegoj)

Kampo: Baza Elektrotekniko

China

kio estas potencfaktorkorektado

Kio estas Potencfaktorkorektado?

Potencfaktorkorektado (ankaŭ konata kiel PFC aŭ Potencfaktoraperigo) estas difinita kiel tekniko uzata por plibonori la potencfaktoron de AC-cirkvitoj per reduktado de la reaktivaj potenco en la cirkvito. Teknikoj de potencfaktorkorektado celas pliigi la efikecon de la cirkvito kaj redukti la strumon tiritan de la ŝarĝo.

Ĝenerale, kondensatoroj kaj sinkronmotoroj estas uzitaj en cirkvitoj por redukti la induktivajn elementojn (kaj do la reaktivajn potenco). Ĉi tiuj teknikoj ne estas uzataj por pligrandigi la kvanton de vera potenco, nur por malpligrandigi la aparentan potencon.

Alie dirite, ĝi reduktas la fazdevian inter voltado kaj strumo. Do, ĝi provas teni la potencfaktoron proksime al unueco. La plej ekonomia valoro de la potencfaktoro estas inter 0,9 ĝis 0,95.

Nun aperas la demando, kial la ekonomia valoro de la potencfaktoro estas 0,95 anstataŭ unueca potencfaktoro? Ĉu estas iu malavantaĝo de la unueca potencfaktoro?

NE. Ne estas sola malavantaĝo de la unueca potencfaktoro. Sed estas malfacile kaj koste instali unuecan PFC-equipon.

Do, utiligantoj kaj energifurnizistoj provas fari la potencfaktoron en la amplekso de 0,9 ĝis 0,95 por fari ekonomian sistemon. Kaj ĉi tiu amplekso estas sufiĉe bona por energisistemo.

Se la AC-cirkvito havas altan induktivan ŝarĝon, la potencfaktoro povas esti sub 0,8. Kaj ĝi tiras pli grandan strumon el la fonto.

La equipo de potencfaktorkorektado reduktas induktivajn elementojn kaj strumon tiritan el la fonto. Tio rezultas en efika sistemo kaj evitas perdon de elektra energio.

Ĉu kaj Kial Necesas Potencfaktorkorektado?

En DC-ĉirkuoj, la disvastiĝo de potenco de ŝarĝo estas simple kalkulata per multipliko de tensio kaj kuranta. Kaj la kuranta estas proporcia al aplikita tensio. Tial, la disvastiĝo de potenco de rezista ŝarĝo estas lineara.

En AC-ĉirkuoj, tensio kaj kuranta estas sinusformaj ondoj. Do, la grandeco kaj direkto ŝanĝiĝas kontinue. Je certa momento, la disvastiĝo de potenco estas multipliko de tensio kaj kuranta en tiu momento.

Se AC-ĉirkuo havas induktivajn ŝarĝojn, ekzemple; viklingo, ĉok-katenoj, solenoido, transformilo; la kuranta estas for de fazo kun la tensio. En tia kondiĉo, la reala disvastiĝo de potenco estas malpli ol la produto de tensio kaj kuranta.

Pro ne-liniaj elementoj en AC-ĉirkuoj, ĝi enhavas ambaŭ rezistancon kaj reaktancon. Tial, en tia kondiĉo, la fazdiferenco de kuranta kaj tensio estas grava dum kalkulado de potenco.

Por pura rezista ŝarĝo, la tensio kaj kuranta estas en fazo. Sed por induktiva ŝarĝo, la kuranta malfruas post la tensio. Kaj ĝi kreas induktivan reakton.

En tia kondiĉo, la korektado de faktoro de potenco estas plej necesa por redukti la efikon de la induktiva elemento kaj plibonori la faktoron de potenco por pligrandigi la efikecon de la sistemo.

Formulo por Korektado de Faktoro de Potenco

Konsideru ke induktiva ŝarĝo estas konektita kun la sistemo kaj operacias je faktoro de potenco cosφ1. Por plibonori la faktoron de potenco, ni bezonas konekti equipon por korektado de faktoro de potenco paralele kun la ŝarĝo.

La diagramo de la cirkvo de tia aranĝo estas montrita sube.

ekzemplo pri korektado de faktoro de potenco

La kapasitoro provizas antaŭan reaktivan komponanton kaj reduktas la efekton de malantaŭa reaktiva komponanto. Antaŭ ol kapasitoro estas konektita, la ŝarĝa kurto estas IL.

La kapasitoro prenas IC kuro, kiuj antaŭiras la voltan je 90˚. Kaj la rezulta kuro de la sistemo estas Ir. La angulo inter volto V kaj IR estas pli malgranda ol la angulo inter V kaj IL. Tial, la potenca faktoro cosф2 estas plibonigita.

power factor correction phasor diagram

Diagramo de fazora korekto de potenca faktoro

El la supre menciita fazora diagramo, la malantaŭa komponanto de la sistemo estas reduktita. Tial, por ŝanĝi la potencan faktoron de ф1 al ф2, la ŝarĝa kuro estas reduktita per IRsinф2.

$I_R sin \phi_2 = I_L sin \phi_1 - I_C$

$I_C = I_L sin \phi_1 - I_R sin \phi_2$

Kapacitanto de kondensatoro por plibonigi la potencfaktoron estas:

$C = \frac{I_C}{\omega V}$

Korektada cirkvito de potencfaktoro

Teknikoj por korekti la potencfaktoron plejofte uzas kondensatoron aŭ kondensatorbankon kaj sinkronan kondensilon. Laŭ la aparatoj uzataj por korekti la potencfaktoron, ekzistas tri metodoj:

Kondensatorbanko
Sinkrona kondensilo
Fazanta antaŭenulo

Korektado de potencfaktoro per kondensatorbanko

La kondensatoro aŭ kondensatorbanko povas esti konektita kun fiksvalora aŭ variabla kapacitanco. Ĝi estas konektita al induktmotoro, distribuopanejo, aŭ ĉefa provizo.

La fiksvalora kondensatoro estas daŭre konektita kun la sistemo. Variavala kondensatoro ŝanĝas la kvanton de KVAR laŭ la bezonoj de la sistemo.

Por korektado de la potenca faktoro, la kondensatora banko estas uzata por konekti kun la ŝarĝo. Se la ŝarĝo estas tri-faza, la kondensatora banko povas esti konektita en stelo- aŭ delta-konekto.

Delta-Konektita Kondensatora Banko

La suba cirkvito diagramo montras delta-konektitan kondensatoran bankon kun tri-faza ŝarĝo.

delta connected capacitor bank

Delta-Konektita Kondensatora Banko

Ni trovu la ekvacion de la kondensatoro por ĉiu fazo kiam ĝi estas konektita en delta-konekto. En delta-konekto, la faz-voltago (VP) kaj la linia voltago (VL) estas egalaj.

$V_P = V_L$

La kapacitanto por ĉiu fazo (C∆) estas donita kiel:

$C_\Delta = \frac{Q_C}{\omega V_P^2} = \frac{Q_C}{\omega V_L^2}$

Stelara kunigita kapacitortronko

Suba cirkvita diagramo montras stelara kunigitan kapacitortronkon kun tri-faza ŝargo.

Stelara kunigita kapacitortronko

En stelara kunigo, la rilato inter fazvoltajo (VP) kaj liniovoltajo (VL) estas:

$V_P = \frac{1}{\sqrt{3}} V_L$

La kapacitanto por ĉiu fazo (CY) estas donita kiel;

$C_Y = \frac{Q_C}{\omega V_P^2} = \frac{Q_C}{\omega (\frac{V_L}{\sqrt{3}})^2} = \frac{3Q_C}{\omega V_L^2}$

El la supraj ekvacioj;

$C_Y = 3 C_\Delta$

Tio signifas, ke la kapacitanto postulata en la stela konekto estas trioble pli granda ol la kapacitanto postulata en la triangula konekto. Ankaŭ, la operaca fazvoltajo estas 1/√3 foje la liniovoltajo.

Do, la triangule konektita kondensatorbanko estas bona konstruo, kaj tial, en tri-faza konekto, la triangule konektita kondensatorbanko estas pli ofte uzata en la reto.

Korektado de Potenca Faktoro per Sinchrona Kondensero

Kiam sinkrona motoro estas superekscitita, ĝi prenas antaŭan korantan kaj komportiĝas kiel kondensatoro. Super-ekscitita sinkrona motoro funkcianta sen lasta kondiĉo estas konata kiel sinkrona kondensero.

Kiam tiu tipo de maŝino estas konektita paralele kun la alprovizado, ĝi prenas antaŭan korantan. Kaj plibonigas la efikecon de la sistemo. La konekta diagramo de la sinkrona kondenzilo kun la alprovizado estas montrata en la suba figuro.

power factor correction using synchronous condenser

Korektado de la Potenco-Faktoro per Sinkrona Kondenzilo

Kiam la ŝargo havas reaktivan komponanton, ĝi elĉerpas malantaŭan korantan el la sistemo. Por neutraligi la korantan, tiu ĉi aparato estas uzata por preni antaŭan korantan.

synchronous condenser phasor diagram

Fazora Diagramo de Sinkrona Kondenzilo

Antaŭ ol la sinkrona kondenzilo estas konektita, la koranto elĉerpata de la ŝargo estas IL kaj la potenco-faktoro estas фL.

Kiam la sinkrona kondenzilo estas konektita, ĝi prenas koranton Im. En ĉi tiu kondiĉo, la rezulta koranto estas I kaj la potenco-faktoro estas фm.

El la fazora diagramo, ni povas kompari ambaŭ angulojn de la potenco-faktoro (фL kaj фm). Kaj фm estas pli malgranda ol фL. Tial, la cosфm estas pli granda ol cosфL.

Tiu tipo de metodo por plibonigo de la potenco-faktoro estas uzata en masaj provizadostacioj pro la subaj avantajoj.

La grandeco de la koranto tirita de la motoro ŝanĝiĝas per varias la agadon de la eksitilo.
Estas facile forigi erarojn, kiuj okazas en la sistemo.
La termika stabileco de la motora vincolo estas alta. Tial, ĝi estas fidinda sistemo por kortcirkvitaj korantoj.

Faza Antaŭenigo

Indukta motoro tiras reaktivan koranton pro la eksitila koranto. Se alia fonto estas uzata por provizi la eksitilan koranton, la statora vincolo estas libera de la eksitila koranto. Kaj la potencfaktoro de la motoro povas esti plibonigita.

Ĉi tiu aranĝo povas esti farita per uzo de faza antaŭenigo. La faza antaŭenigo estas simpla aksekscitaro montita sur la sama akso de la motoro kaj konektita kun la rotor-cirkvito de la motoro.

Ĝi provizas eksitilan koranton al la rotor-cirkvito je glitfrekvenco. Se vi provizas pli da eksitila koranto ol necesas, la indukta motoro povas esti operacii kun antaŭa potencfaktoro.

La sola malavantaĝo de la faza antaŭenigo estas, ke ĝi ne estas ekonomia por malgrandaj motoroj, specialte sub 200 HP.

Aktiva Potencfaktora Korektado

Aktiva potencfaktora korektado provizas pli efikan kontrolon de la potencfaktoro. Ĝenerale, ĝi estas uzata en la diseno de elektra provizado por pli ol 100W.

Ĉi tiu tipo de potencfaktora korektada cirkvito konsistas el alta-frekventa komutaĵo elementoj, kiel diodo, SCR (potenc-elektronikaj komutiloj). Ĉi tiuj elementoj estas aktiva elementoj. Tial, ĉi tiu metodo estas nomata kiel Aktiva potencfaktora korektada metodo.

En pasiva potencfaktora korektado, la reaktiva elementoj, kiel kondensilo kaj induktoro, uzataj en la cirkvito, estas nekontrolataj. Ĉar pasiva potencfaktora korektada cirkvito ne uzas iun ajn kontrol-unuon aŭ komutaĵelementojn.

Pro la alta-nombro da komutaĵelementoj kaj kontrol-unuo uzata en la cirkvito, la kostoj kaj komplekseco de la cirkvito estas pli altaj ol en la pasiva potencfaktora korektada cirkvito.

La suba cirkvitoskemo montras la bazajn elementojn de aktiva potencfaktora korektada cirkvito.

aktiva potenca faktoro korektado

Aktiva Potenca Faktoro Korektado

Por kontroli la cirkvajn parametrojn, en la cirkvo estas uzata kontrola unuo. Ĝi mezuras la enigajn voltagon kaj kuranton. Kaj ĝi regulas la komutadon de tempo kaj la devoiran ciklon en fazvoltaĝo kaj kuranto.

La indukto L estas kontroliĝa per solida ŝtata komutilo Q. La kontrola unuo estas uzata por kontroli (EN kaj MALŜALTU) la solidan ŝtatkomutilon Q.

Kiam la komutilo estas EN, la indukta kuranto pligrandigas je ∆I+. La voltago trans la indukto inversigas sian polaron kaj liberigas akumuli energion tra diodo D1 al la ŝarĝo.

Kiam la komutilo estas MALŜALTITA, la indukta kuranto malpligrandigas je ∆I–. La tuta ŝanĝo dum unu ciklo estas ∆I = ∆I+ – ∆I–. La EN kaj MALŜALTU tempo de la komutilo estas kontrolita de la kontrola unuo per ŝanĝo de la devoiran ciklon.

Per prava elektado de devoiran ciklon, ni povas ricevi la deziratan formon de la kuranto al la ŝarĝo.

Kiel Dimensi Potenca Faktoro Korektado?

Por dimensii la potenca faktoro korektado, ni bezonas kalkuli la postulon de reaktiva potenco (KVAR). Kaj ni konektas tiun grandon de kapacitecon kun la sistemo por respondi al la reaktiva potenco peto.

Estas du manieroj trovi la postulon de KVAR.

Tabla Multiplikilo Metodo
Kalkula Metodo

Kiel la nomo sugestas, en la tabla multiplikilo metodo, ni povas direkte trovi multiplikan konstanton el tabelo. Ni povas direkte trovi la postulan KVAR per multipliko de la konstanto kun la eniga potenco.

tabula multiplikanta metodo

Tabula Multiplikanta Metodo

En la kalkulmetodo, ni devas kalkuli la multiplikanton kiel montrite en la suba ekzemplo.

Ekzemplo:

Indukta motoro de 10 kW havas potencfaktoron de 0,71 malantaŭa. Se ni bezonas funkciigi ĉi tiun motoron kun potencfaktoro de 0,92, kiu estos la grandeco de la kondensatoro?

Eniga Potenco = 10kW
Aktuala Potencfaktoro (cos φA) = 0,71
Bezonata Potencfaktoro (cos φR) = 0,92

$\cos \phi_1 = 0,71 \Rightarrow \phi_1 = \cos^{-1} 0,71$

$\phi_1 = 44.765^\circ$

$\cos \phi_2 = 0.92 \Rightarrow \phi_1 = \cos^{-1} 0.9$

$\phi_2 = 23.073^\circ$

$\tan \phi_1 = \tan (44.765^\circ) = 0.9918$

$\tan \phi_2 = \tan (23.073^\circ) = 0.4259$

$Multiplier \, Constant = 0.9918-0.4259 = 0.5658$

Necesara KVAR = Eniga Potenco x Multiplika Konstanto

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Do tio 5.658 KVAR reaktiva potenco estas bezonata por plibonigi la faktoron de potenco de 0.71 al 0.92. Kaj la kondensatoro kunigita kun la sistemo havas kapacitancon de 5.658 KVAR.

Aplikoj de korekto de faktoro de potenco

En reto de potencsistema, la faktoro de potenco ludas la plej gravan rolon en la kvalito kaj administro de la sistemo. Ĝi determinas la efikecon de la fortofurnado.

Sen korekto de faktoro de potenco, la ŝargo eliras grandan magnitudon de elektra fluo de la fonto. Tio pligrandigas la perdojn kaj koston de elektra energio. Ekipaĵo de PFC provas igi la fluan kaj voltaĝan ondformon en fazo. Tio pligrandigos la efikecon de la sistemo.
En la transdonreto, alta faktoro de potenco estas necesa. Pro la alta faktoro de potenco, la perdoj de la transdonlinio malgrandiĝas kaj plibonigas la regadon de voltaĝo.
La induktivmotoro estas larĝe uzitaj ekipaĵo en industrioj. Por eviti supervarmon kaj plibonigi la efikecon de motoro, kondensatoroj estas uzataj por mitigi la efekton de reaktiva potenco.
Ekipaĵo de PFC malpligrandigas la varmegeneradon en kaboloj, ŝaltaroj, alternatoro, transformiloj, etc.
Pro la alta efikeco de la reto, ni devas generi malpli da energio. Tio malpligrandigas karbonemision en la atmosfero.
Voltmalpliiĝo konsideble malpligrandiĝas per uzo de ekipaĵo de PFC kun la sistemo.

Deklaro: Respektu la originalon, bonajn artikolojn valoras dividadi, se estas ĉirkaŭskribo bonvolu kontaktu por forigo.

Donaci kaj enkuragigu la aŭtoron

Temojn:

Energia Sistemoj

Transsendado

Pri ekspertoj

Electrical4u

China