Võimsuse tegurikorrigeerimine: Mida see on? (Valem, skeem ja kondensaatoripangad)

Väli: Põhiline Elekter

China

mis on võimsusfaktori parandamine

Mis on võimsusfaktori parandamine?

Võimsusfaktori parandamine (tuntud ka kui PFC või Võimsusfaktori Parandamine) määratletakse kui meetod, mille eesmärk on parandada AC-kretsi võimsusfaktorit vähendades kretsiga olevat reageerivat võimu. Võimsusfaktori parandamise meetodid püüavad suurendada kretsi efektiivsust ja vähendada laadi poolt tarbitavat voolu.

Üldiselt kasutatakse kretsidel kondensaatoreid ja sünkroonmoore, et vähendada induktiivseid elemendeid (ja seega reageerivat võimu). Need meetodid ei kasuta tõelist võimu suurendamiseks, vaid ainult nähtava võimu vähendamiseks.

Teisisõnu, see vähendab fasi nihkega pinge ja voolu vahel. See püüab hoida võimsusfaktorit lähedal ühele. Kõige majanduslikum võimsusfaktori väärtus on 0,9 kuni 0,95 vahemikus.

Nüüd tekib küsimus, miks majanduslik võimsusfaktori väärtus on 0,95 mitte üksik võimsusfaktor? Kas üksik võimsusfaktoril on mingid ebasoodased omadused?

EI. Üksikul võimsusfaktoril ei ole ühtegi ebasoodast omadust. Kuid üksiku PFC-seadme paigaldamine on raske ja kulukas.

Seetõttu püüavad elektrijaamad ja energiatarbijad teha võimsusfaktori väärtuseks 0,9 kuni 0,95 vahemiku, et luua majanduslikku süsteemi. Ja see vahemik on piisav energiasüsteemile.

Kui AC-krets sisaldab suurt induktiivset laadi, võib võimsusfaktor jääda alla 0,8. See tõstab rohkem voolu allikast.

Võimsusfaktori parandamise seadmed vähendavad induktiivseid elemente ja voolu, mida allikas andestab. See tulemusena saame efektiivsema süsteemi ja vältime elektriviimise kadumist.

Miks on vaja võimsusfaktori parandamist?

Väikese võrgu puhul arvutatakse laadi poolt kohaldatava energia lihtsalt volt- ja amplitudiga. Amplitus on proportsionaalne rakendatud voltaga. Seega on vastuselementi poolt kohaldatav energianõudlus lineaarne.

Vahelduvvoolu võrkudes on voltaga ja amplitudiga sinusoidaalised lainekujud. Seetõttu muutub nende suurus ja suund pidevalt. Teatud hetkel on kohaldatav energia selle hetke voltaga ja amplitudiga korrutatud.

Kui vahelduvvoolu võrku on induktiivsed laadid, nagu; sirgjooned rullid, sokklaadid, solenoidid, transformator; siis amplitus on voltaga vastavuses. Sellisel korral on tegelikult kohaldatav energia väiksem kui voltaga ja amplitudiga korrutatud.

Tegelikuks saab vahelduvvoolu võrkudega, mis sisaldavad nii vastust kui ka reaktsiooni. Seetõttu on sellisel korral amplitusi ja voltaga seostatud fasi erinevus oluline energia arvutamisel.

Puhaste vastuselementide puhul on voltaga ja amplitudiga sama fasa. Kuid induktiivsete laadide puhul jätab amplitus tagasi voltaga. See tekitab induktiivse reaktsiooni.

Sellisel korral on vajalik energeetilise tõhususe parandamiseks vähendada induktiivset elemendi mõju ja parandada võimsuse tegurit.

Võimsuse teguri parandamise valem

Olgu induktiivne laad ühendatud süsteemiga ja töötab võimsuse teguriga cosф1. Võimsuse teguri parandamiseks tuleb laadi paralleelselt ühendada võimsuse teguri parandamise seade.

Selle ümberkorralduse elektrooniline skeem on näidatud allpool toodud joonisel.

power factor correction example

Kondensaator annab juhtiva reageerivkomponendi ja vähendab järgleva reageerivkomponendi mõju. Enne kondensaatori ühendamist on laadikurant IL.

Kondensaator võtab vastavalt IC kuranti, mis eelneb pingele 90˚. Selle tulemuseks on süsteemi kogukurant Ir. Välja V ja IR vaheline nurk on väiksem kui välja V ja IL vaheline nurk. Seega on jõudfaktor cosф2 parandunud.

power factor correction phasor diagram

Jõudfaktori parandamise faserdiagramm

Ülalmainitud faserdiagrammist nähtub, et süsteemi järglev komponent on vähendatud. Seetõttu, et muuta jõudfaktorit ф1-st ф2-ks, on laadikurant vähendatud IRsinф2-ga.

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

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

Kondensaatori kapasitivsus võimsuse teguri parandamiseks on;

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

Võimsusteguri parandamise kring

Võimsusteguri parandamise tehnikad kasutavad peamiselt kondensaatorit või kondensaatoripanka ja sünkroonkondensaatorit. Võimsusteguri parandamiseks kasutatava seadme järgi on kolm meetodit;

Kondensaatoripank
Sünkroonkondensaator
Faasi edendaja

Võimsusteguri parandamine kondensaatoripanka abil

Kondensaator või kondensaatoripank võib olla ühendatud fikseeritud või muutuvate väärtusega kapasitivsusega. See on ühendatud induktiivse mootori, jaotuspaneeliga või põhitoitega.

Fikseeritud väärtusega kondensaator on pidevalt süsteemiga ühendatud. Muutuva väärtusega kondensaator muudab KVARi koguse vastavalt süsteemi nõudmistele.

Jõukordajate parandamiseks kasutatakse kondensaatoripanka laadiühendamiseks. Kui laad on kolmefaasis laad, võib kondensaatoripank ühendada tähistega ja deltaühendusega.

Deltaühendusega kondensaatoripank

Allpool oleva joonise kaudu näidatakse deltaühendusega kondensaatoripanku kolmefaasis laadiga.

delta connected capacitor bank

Deltaühendusega kondensaatoripank

Leidke võrdlus kondensaatori kohta faasis, kui see on ühendatud deltaga. Deltayhenduses on faasi_voltage (VP) ja liini_voltage (VL) võrdsed.

$V_P = V_L$

Faasi kondensaator (C∆) antakse järgmiselt:

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

Tähistikuga ühendatud kondensaatoripank

Allpool näidatud skeem näitab tähistikuga ühendatud kondensaatoripanka kolmefaasisel laadiga.

Tähistikuga ühendatud kondensaatoripank

Tähistikuline ühendus, faasivoolu (VP) ja liinivoolu (VL) vaheline suhe on:

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

Fasa kaupa (CY) on antud järgmiselt;

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

Ülaltoodud võrranditest järeldub;

$C_Y = 3 C_\Delta$

See tähendab, et tähistusse vajalik kondensaator on kolm korda suurem kui deltaülekandes vajalik kondensaator. Samuti on töötamise fasevoolu tugevus 1/√3 korda joonvoolu tugevus.

Seega on deltakonnektitud kondensaatoripank hea disain ja see on põhjus, miks kolmefaseühenduses kasutatakse rohkem deltakonnektitud kondensaatoripanke võrgus.

Virtusefaktori parandamine sinkroonkondensaatori abil

Kui sinkroonmoottor on ülevoolustatud, võtab see eesmärgilise voolu ja käitub nagu kondensaator. Ülevoolustatud sinkroonmoottor, mis töötab nöödlaadimisel, on teada kui sinkroonkondensaator.

Kui see tüüpi masina ühendatakse paralleelselt võrguga, võtab see juhtivat voolu. See parandab süsteemi võimsuse tegurit. Sünkroonkondensatori ühendusskeem on näidatud järgmises joonisel.

power factor correction using synchronous condenser

Võimsusteguri parandamine sünkroonkondensatori abil

Kui laadimisel on reageeriv komponent, võtab see tagasilöökva voolu süsteemist. Voolu neutraliseerimiseks kasutatakse seda seadet, et võtta juhtivat voolu.

synchronous condenser phasor diagram

Sünkroonkondensatori fazorjooniseerdiagramm

Enne sünkroonkondensatori ühendamist, on laadi poolt võetav vool IL ja võimsustegur фL.

Kui sünkroonkondensaator on ühendatud, võtab see voolu Im. Sellisel korral on tulemuslik vool I ja võimsustegur фm.

Fazorjooniseerdiagrammi põhjal võime võrrelda mõlemat võimsusteguri nurka (фL ja фm). Ja фm on väiksem kui фL. Seega on cosфm suurem kui cosфL.

See tüüpi võimsusteguri parandamismeetod kasutatakse massiivses võrgustikus järgmistel eelistel.

Mootori poolt võetava voolu suurus muutub, kui muudetakse välismagnetiseerimist.
Süsteemis ilmnevad tõrked on lihtsad eemaldada.
Mootori vinde temperatuuriline stabiilsus on kõrge. Seega on see usaldusväärne süsteem lühikesele ühendusele.

Faasikorrektor

Induktiivne mootor võtab reaktiivset voolu magnetiseerimisvoolu tõttu. Kui kasutatakse teist allikat, et pakkuda magnetiseerimisvoolu, siis statorvindest võetakse magnetiseerimisvool ära. See parandab mootori võimsusteguri.

See paigutus saab teha faasikorrektoriga. Faasikorrektor on lihtne AC magneetka, mis on paigutatud sama teljele mootoriga ja ühendatud mootori rotoriringiga.

See pakkub rotoriringile magnetiseerimisvoolu sliipfrekvendil. Kui pakutakse rohkem magneetka voolu kui on vaja, siis induktiivne mootor töötab juhtvõimsusteguriga.

Faasikorrektori ainus ebasoojus on see, et see ei ole majanduslik väikeste mootorite jaoks, eriti alla 200 HP.

Aktiivne võimsusteguri parandamine

Aktiivne võimsusteguri parandamine pakub tõhusamat võimsusteguri kontrolli. Tavaliselt kasutatakse seda energiatoomise projekteerimisel, mille võimsus on üle 100W.

Selline võimsusteguri parandamise tsükkel koosneb kõrge sagedusega lülitustest nagu dioodid, SCR (energiaelektronika lülitid). Need elemendid on aktiivsed elemendid. Seetõttu nimetatakse seda meetodit aktiivseks võimsusteguri parandamiseks.

Passiivses võimsusteguri parandamises kasutatakse tsüklis reaktiivseid elemente, näiteks kondensaatoreid ja induktoreid, mis on mittejuhitavad. Passiivne võimsusteguri parandamise tsükkel ei kasuta kontrollüksusi ega lülituselemente.

Kõrge sagedusega lülituselementide ja kontrollüksuste kasutamise tõttu on tsükli hind ja keerukus suuremad, kui passiivse võimsusteguri parandamise tsükli korral.

Allpool olev skeem näitab aktiivse võimsusteguri parandamise tsükli põhielemente.

aktiivne võimsuse tegurite korrektuur

Aktiivne võimsuse tegurite korrektuur

Süsteemi parameetrite kontrollimiseks kasutatakse tsirkonis juhtimise ühikut. See mõõdab sisendpinge ja voolu. Ja see reguleerib lülitumisaega ja töötsüklit fasi pinge ja voolu suhtes.

Induktor L on kontrollitud vastavalt kiipsete lüliti Q poolt. Juhtimise ühikut kasutatakse selleks, et kontrollida (SEES ja VÄLJAS) kiipset lüliti Q.

Kui lüliti on SEES, suureneb induktorisse virtus ∆I+. Induktori poolt tekkiv pingevahetuse muudab polariteeti ja energiat kogutakse dioodi D1 kaudu koormale.

Kui lüliti on VÄLJAS, väheneb induktorisse virtus ∆I–. Ühe tsükli jooksul toimunud kokku muutus on ∆I = ∆I+ – ∆I–. Lüliti SEES ja VÄLJAS ajad kontrollitakse juhtimise ühiku poolt töötsüklit muutes.

Valides sobiva töötsüklit, saame soovitud virtuse kuju koormale.

Kuidas mõõta võimsuse tegurite korrektuuri?

Võimsuse tegurite korrektuuri mõõtmiseks peame arvutama reageeriva võimu (KVAR) nõudlust. Ja me ühendame süsteemiga vastava suuruse kapatsitansi, et rahuldada reageeriva võimu nõudlust.

On kaks viisi KVAR nõudluse leidmiseks.

Tabeli kordaja meetod
Arvutusmeetod

Nime järgi, tabeli kordaja meetodil leiame otsest tabelist kordajakonstanti. Saame otsest vajaliku KVAR korrutades konstandi sisendvõimuga.

table multiplier method

Tabelimuliplikaatorimeetod

Arvutusmeetodis peame arvutama mulitplikaatorit, nagu näidatakse järgmises näites.

Näide:

10 kW induktioonmootoril on taastuvenergiafaktor 0,71 viivitus. Kui me vajame seda mootorit tööle panna taastuvenergiafaktoriga 0,92, mis oleks kondensaatori suurus?

Sisendenergia = 10 kW
Tegelik taastuvenergiafaktor (cos фA) = 0,71
Nõutav taastuvenergiafaktor (cos фR) = 0,92

$\cos \phi_1 = 0.71 \Rightarrow \phi_1 = \cos^{-1} 0.71$

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

Vajalik KVAR = Sisendenergia x Kordaja Konstant

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Seega on vaja 5,658 KVAR reaktiivset võimu, et parandada võimsuse tegurit 0,71-st 0,92-ni. Ja süsteemiga ühendatud kondensaatoril on 5,658 KVAR suuruseline kapatsiteet.

Võimsuse teguri parandamise rakendused

Elektrivõrgus mängib võimsuse tegur kõige olulisema rolli süsteemi kvaliteedi ja haldamises. See määrab elektritarnete efektiivsust.

Võimsuse teguri parandamata laad toob lähteelt suuret intensiivsust elektrivoolu. See suurendab kaotusi ja elektrienergia kulutusi. Võimsuse teguri parandamise seadmed püüavad teha elektrivoolu ja pingevoolu faasides koos. See suurendab süsteemi efektiivsust.
Edastussüsteemis on kõrge võimsuse tegur vajalik. Kõrge võimsuse teguri tõttu vähennevad edastussüsteemi kaotused ja paraneb pingeregulatsioon.
Induktsioonimootor on laialdaselt kasutatav varustus tööstuses. Külmumise vältimiseks ja mootori efektiivsuse parandamiseks kasutatakse kondensaatoreid, et vähendada reaktiivse võimu mõju.
Võimsuse teguri parandamise seadmed vähendavad soojenemist juhtmetes, lülites, alternaatorestes, transformatoorides jne.
Kõrge efektiivsuse tõttu on vaja vähem energia toota. See vähendab süsinikuheidet keskkonda.
Pingelangus väheneb oluliselt, kui süsteemiga kasutatakse võimsuse teguri parandamise seadmeid.

Teade: Austa originaali, hea artikkel on jagamiseks, kui on autoriõiguste rikkumine, palun võta ühendust eemaldamiseks.

Anna vihje ja julgesta autorit!

Teemad:

Elektrisüsteemid

Edastamine

Ekspertide kohta

Electrical4u

China

Eraldusvaldkond

Basic Electrical

Professionaalne artikkel

607