Virta-kerroinparannus: Mikä se on? (Kaava circuit ja kondensaattoripankit)

Kenttä: Perus sähkötiede

China

Mikä on tehokkaiden sähköverkkojen tulevaisuus

Mikä on voimakertoimen korjaus?

Voimakertoimen korjaus (myös tunnettu nimellä PFC tai Voimakerroinparannus) määritellään tekniikkana, jota käytetään AC-piirien voimakerrointen parantamiseen vähentämällä piirissä olevaa reaktiivista tehoa. Voimakertoimen korjaustekniikoiden tavoitteena on lisätä piirin tehokkuutta ja vähentää verkon tarjoaman virta.

Yleisesti kondensaattoreita ja synkronimoottoreita käytetään piireihin induktiivisten elementtien (ja siten reaktiivisen tehon) vähentämiseksi. Nämä tekniikat eivät lisää todellista tehoa, vaan ne vähentävät vain näennäistä tehoa.

Toisin sanoen, se vähentää jänniteen ja virran välisen vaiheero. Tavoitteena on pitää voimakerroin mahdollisimman lähellä yhtenäisyyttä. Taloudellisimman voimakertoimen arvo on välillä 0,9–0,95.

Nyt kysymys on, miksi taloudellisimman voimakertoimen arvo on 0,95 eikä yhtenäinen voimakerroin? Onko yhtenäisellä voimakerroinalla mitään haittoja?

EI. Yhtenäisellä voimakerroinalla ei ole yhtään haittaa. Mutta yhtenäisen PFC-laitteiston asentaminen on kuitenkin vaikeaa ja kallista.

Siksi sähköverkkoyhtiöt ja sähköntarjontayritykset pyrkivät saamaan voimakerroin välille 0,9–0,95 luodakseen taloudellisen järjestelmän. Tämä alue on riittävä sähköjärjestelmälle.

Jos AC-piirissä on suuri induktiivinen kuorma, voimakerroin voi olla alle 0,8. Tällöin se nostaa enemmän virtaa lähteestä.

Voimakertoimen korjauslaitteisto vähentää induktiivisia elementtejä ja virtaa, joka nostetaan lähteestä. Se johtaa tehokkaampaan järjestelmään ja estää sähköenergian häviön.

Miksi voimakertoimen korjausta tarvitaan?

Vakiosignaalivoimakuvioissa kuormaan kohdistuva teho lasketaan yksinkertaisesti kertomalla jännite ja virta. Virta on verrannollinen sovellettavaan jännitteeseen. Siksi vastuskuorman tehojen erityyppisyys on lineaarista.

Vaihtosignaalivoimakuvioissa jännite ja virta ovat siniäisviiveitä. Niiden suuruus ja suunta muuttuvat jatkuvasti. Tietystä hetkestä riippuen, tehojen erityyppisyys on kyseisen hetken jännitteen ja virran tulo.

Jos vaihtosignaalivoimakuviossa on induktiivisia kuormia, kuten; vääntö, chowk-kumpu, solenoide, transformaattori; virta on vaiheessa jännitteen kanssa. Tässä tilanteessa todellinen tehojen erityyppisyys on pienempi kuin jännitteen ja virran tulo.

Epälineaaristen elementtien vuoksi vaihtosignaalivoimakuvioissa on sekä vastus että reaktanssi. Siksi tässä tilanteessa virtan ja jännitteen vaihe-ero on tärkeä, kun lasketaan tehoja.

Puhdasta vastuskuormaa varten jännite ja virta ovat vaiheessa. Mutta induktiiviselle kuormalle virta viipyy jännitteen takana. Ja se luo induktiivista reaktanssia.

Tässä tilanteessa tehokerroksen korjaus on eniten tarvittavaa, jotta voidaan vähentää induktiivisen elementin vaikutusta ja parantaa tehokerrosta, jotta voimavaraston tehokkuus paranee.

Tehokerroksen korjauskaava

Oletetaan, että induktiivinen kuorma on yhdistetty järjestelmään ja toimii tehokerroksella cosф1. Tehokerroksen parantamiseksi meidän täytyy yhdistää tehokerroksen korjauslaitteistoa rinnakkain kuormaan.

Tämän järjestelyn piirikaavio näkyy alla olevassa kuvassa.

tehokerroksen korjaus esimerkki

Kondensaattori tarjoaa johtavan reaktiivisen komponentin ja vähentää viivästyvän reaktiivisen komponentin vaikutusta. Ennen kondensaattorin kytkemistä, kuormituksen virta on IL.

Kondensaattori ottaa IC virtan, joka johtaa jännitteestä 90˚. Järjestelmän lopullinen virta on Ir. Kulma jännite V:n ja IR:n välillä on pienempi verrattuna kulmaan jännite V:n ja IL:n välillä. Siksi tehokerroin cosф2 paranee.

tehokertoimen korjaus faserikaavio

Tehokertoimen korjaus faserikaavio

Yllä olevasta faserikaaviosta nähdään, että järjestelmän viivästynyt komponentti on vähennetty. Siksi, kun tehokerrointa muutetaan ф1:stä ф2:ksi, kuormituksen virta vähenee IRsinф2:lla.

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

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

Kondensaattorin kapasitanssi, joka parantaa tehokkuuskerrointa, on;

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

Tehokkuuskerroinparannuspiiri

Tehokkuuskerroinparannustekniikat käyttävät pääasiassa kondensaattoria tai kondensaattoripankkia ja synkronisen kondensaattorin. Tehokkuuskerroinparannusta varten käytettyjen laitteiden mukaan on olemassa kolme menetelmää;

Kondensaattoripankki
Synkroninen kondensaattori
Vaiheennalttija

Tehokkuuskerroinparannus kondensaattoripankin avulla

Kondensaattori tai kondensaattoripankki voidaan yhdistää kiinteänä tai muuttuvana kapasitanssina. Se yhdistetään induktiiviseen moottoriin, jakelupaneeliin tai päävirtaan.

Kiinteä arvoinen kondensaattori on jatkuvasti yhdistetty järjestelmään. Muuttuva arvoinen kapasitanssi muuttaa KVAR-määrää järjestelmän tarpeiden mukaan.

Voiman laatu korjausta varten käytetään kondensaattoripankkia yhdistettynä kuormaan. Jos kuorma on kolmivaiheinen kuorma, kondensaattoripankki voidaan yhdistää tähti- ja deltayhteydellä.

Deltayhdistetty kondensaattoripankki

Alla oleva piirikaavio näyttää deltayhdistetyn kondensaattoripankin kolmivaiheisella kuormalla.

delta connected capacitor bank

Deltayhdistetty kondensaattoripankki

Etsitään yhtälö per vaiheelle, kun se on yhdistetty deltayhteydellä. Deltayhteydessä vaihejännite (VP) ja linjajännite (VL) ovat yhtä suuret.

$V_P = V_L$

Kapasitanssi per vaihe (C∆) on annettu seuraavasti;

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

Tähtiyhdistetty kondensaattoriyhdistelmä

Alla oleva piirikaavio näyttää tähtiyhdistetyn kondensaattoriyhdistelmän kolmifasijärjestelmällä.

Tähtiyhdistetty kondensaattoriyhdistelmä

Tähtiyhdistelyssä vaihejänniten (VP) ja johdinjänniten (VL) välinen suhde on;

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

Vaihekapasiteetti (CY) on annettu seuraavasti;

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

Yllä olevista yhtälöistä;

$C_Y = 3 C_\Delta$

Tämä tarkoittaa, että tässä yhteydessä tarvittava kapasiteetti on kolminkertainen verrattuna deltayhteydessa tarvittavaan kapasiteettiin. Lisäksi vaihejännite on 1/√3 kertaa jännite.

Siksi deltayhdistetty kondensaattoripankki on hyvä suunnitelma, ja siksi kolmivaiheisissa yhteyksissä deltayhdistetty kondensaattoripankki käytetään useammin verkossa.

Virtasuhdekorjaus synkronisen kondensatorin avulla

Kun synkronimoottori on ylikierroksissa, se ottaa johtavan sähkövirran ja käyttäytyy kuin kondensaattori. Ylikierrokseen asetettu synkronimoottori, joka toimii tyhjällä latauksella, tunnetaan synkronisena kondensaattorina.

Kun tämäntyyppinen laite yhdistetään rinnan sähköverkkoon, se ottaa johdan sähkövirran. Tämä parantaa järjestelmän tehokkuuskerrointa. Synkronisen kondensatorin yhdistämiskaavio sähköverkkoon on nähtävissä alla olevassa kuvassa.

power factor correction using synchronous condenser

Tehokkuuskerroksen parantaminen synkronisella kondensaattorilla

Kun kuormalla on reaktiivinen komponentti, se vie viivästyneen sähkövirran järjestelmästä. Tämän laitteen avulla voidaan tasapainottaa virta ottamalla johdan sähkövirta.

synchronous condenser phasor diagram

Synkronisen kondensaattorin fasorikaavio

Ennen synkronisen kondensaattorin kytkentää, kuorma hakee virran IL ja tehokkuuskerroin on фL.

Kun synkroninen kondensaattori on kytketty, se ottaa virran Im. Tässä tilanteessa lopullinen virta on I ja tehokkuuskerroin on фm.

Fasorikaaviosta voimme verrata molempien tehokkuuskerroin kulmia (фL ja фm). Ja фm on pienempi kuin фL. Siksi cosфm on suurempi kuin cosфL.

Tämäntyyppistä tehokkuuskerroksen parannusmenetelmää käytetään massatuotannon toimitusasemissa seuraavien etujen vuoksi.

Moottorin virta on muuttuvaa vaihtelevalla kentän jännityksellä.
Järjestelmään syntyvät vikat on helppo poistaa.
Moottorin kierroksen lämpöstabiilisuus on korkea. Siksi se on luotettava järjestelmä lyhytkatkaisujuoksille.

Vaiheennostaja

Tämä järjestely voidaan toteuttaa vaiheennostajan avulla. Vaiheennostaja on yksinkertainen AC-virranlähde, joka on asennettu samaan akseliin kuin moottori ja yhdistetty moottorin rotorin kytkentään.

Se tarjoaa virran rotorin kytkentään liukumääräisessä taajuudessa. Jos annetaan enemmän virrantuotannon kuin tarvitaan, induktiomoottori voidaan toimittaa johtavalla tehokkuusasteella.

Vaiheennostajan ainoa haittapuoli on, että se ei ole taloudellisesti kannattava pienille moottoreille, erityisesti alle 200 HP.

Aktiivinen tehokkuusasteen korjaus

Aktiivinen tehokkuusasteen korjaus tarjoaa tehokkaampaa tehokkuusasteen hallintaa. Yleensä sitä käytetään päätteen suunnittelussa yli 100W:n voimakkuudessa.

Tämäntyyppinen tehokkuusasteen korjauskäytännössä käytetään korkean taajuuden kytkentäelementtejä, kuten diodeja ja SCR (voimaohjaimia). Nämä elementit ovat aktiivisia. Siksi tätä menetelmää kutsutaan aktiiviseksi tehokkuusasteen korjausmenetelmäksi.

Passiivisessa tehokkuusasteen korjausjärjestelmässä käytetyt reaktiiviset elementit, kuten kondensaattorit ja induktorit, ovat ohjattavia. Passiivisessa tehokkuusasteen korjausjärjestelmässä ei käytetä mitään ohjausyksikköä eikä kytkentäelementtejä.

Koska kytkentässä käytetään korkean taajuuden kytkentäelementtejä ja ohjausyksikköä, kytkentän kustannukset ja monimutkaisuus kasvavat verrattuna passiiviseen tehokkuusasteen korjauskytkentään.

Alla oleva kytkentäkaavio näyttää aktiivisen tehokkuusasteen korjauskytkentän perusosat.

aktiivinen tehokkuuskerroin korjaus

Aktiivinen tehokkuuskerroin korjaus

Säätöyksikön avulla voidaan hallita piirin parametreja. Se mittailee syöttöjännitettä ja -virtaa. Säätöyksikkö säätää vaihtojen aikataulua ja tukiaika-arvoa vaiheen jännitteen ja -virran perusteella.

Induktori L ohjataan kiinteän aineen kytkimen Q avulla. Säätöyksikkö käytetään kytkimen Q (PÄÄLLÄ ja POIS PÄÄLTÄ) ohjaamiseen.

Kun kytkin on PÄÄLLÄ, induktorin virran arvo kasvaa ∆I+. Jännite induktorin yli kääntyy polaarisuudeltaan ja vapauttaa energian diodin D1 kautta kuormalle.

Kun kytkin on POIS PÄÄLTÄ, induktorin virran arvo vähenee ∆I–. Yhden kierroksen aikana tapahtuva kokonaismuutos on ∆I = ∆I+ – ∆I–. Kytkimen PÄÄLLÄ ja POIS PÄÄLTÄ oleva aika ohjataan säätöyksikön avulla tukiaika-arvon muuttamalla.

Oikean tukiaika-arvon valinnalla voimme saavuttaa halutun virran muodon kuormalle.

Miten mitata tehokkuuskerroin korjausta?

Tehokkuuskerroin korjauksen mitoittamiseksi meidän täytyy laskea reaktiviteho (KVAR). Liitämme sitten kyseisen kokoisen kapasitiivisuuden järjestelmään vastaamaan reaktivitehon vaatimusta.

On kaksi tapaa löytää KVAR-vaatimus.

Taulukkomonikertamenetelmä
Laskennallinen menetelmä

Kuten nimi antaa ymmärtää, taulukkomonikertamenetelmässä voimme suoraan löytää monikerrointa taulukosta. Voimme suoraan löytää tarvittavan KVAR:n kertomalla vakion syöttötehon kanssa.

table multiplier method

Taulukkomonikertoimen menetelmä

Laskentamenetelmässä meidän on laskettava monikerroin, kuten alla olevassa esimerkissä.

Esimerkki:

10 kW:n induktiomoottorilla on 0,71 jälkeen viivähtävä tehokerroin. Jos moottoria halutaan ajaa 0,92 tehokertoimella, mikä on kytkennän kapasiteetti?

Syöttötuki = 10 kW
Valmistunut tehokerroin (cos φA) = 0,71
Vaadittu tehokerroin (cos φR) = 0,92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

$Kertoimelta vakiointi = 0.9918-0.4259 = 0.5658$

Vaadittu KVAR = Syöttötulos x Kertoimelta vakiointi

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Näin ollen vaaditaan 5,658 KVAR reaktiivista voimaa parantaaksemme tehokkuustekijää 0,71:stä 0,92:een. Ja kytketty kondensaattori järjestelmään on 5,658 KVAR:n kapasiteettinen.

Tehokkuustekijän korjaussovellukset

Voimanjohtosverkossa tehokkuustekijällä on erittäin tärkeä rooli laitteen laadun ja hallinnoinnin kannalta. Se määrittelee sähköntarjonnan tehokkuuden.

Ilman tehokkuustekijän korjausta, lataus vedättää suuren virran lähteestä. Tämä lisää häviöitä ja sähköenergian kustannuksia. Tehokkuustekijän korjauslaitteet yrittävät saada virran ja jännitteen aallomuodot vaiheessa. Tämä parantaa järjestelmän tehokkuutta.
Siirtoväyryssä tarvitaan korkeaa tehokkuustekijää. Korkean tehokkuustekijän ansiosta siirtolinjan häviöt vähenevät ja jännitteesiirron laatu paranee.
Induktiomotorit ovat laajalti käytettyjä laitteita teollisuudessa. Jotta voidaan välttää liikakuumeneminen ja parantaa moottorin tehokkuutta, käytetään kondensaattoreita reaktiivisen voiman vaikutuksen lievittämiseen.
Tehokkuustekijän korjauslaitteet vähentävät lämpögeneraatiota kaapeleissa, kytkentälaitteissa, vaihtovesimotoreissa, muuntajissa jne.
Korkean tehokkuuden ansiosta meidän tarvitsee tuottaa vähemmän energiaa, mikä vähentää hiilidioksidipäästöjä ilmakehään.
Jännitteen pudotus vähenee huomattavasti, kun tehokkuustekijän korjauslaitteita käytetään järjestelmän kanssa.

Lause: Kunnioita alkuperäistä, hyviä artikkeleita on jaettava, jos on oikeudellisia ongelmia, ota yhteyttä poistaaksesi.

Anna palkinto ja kannusta kirjoittajaa

Aiheet:

Sähköjärjestelmät

Siirto

Asiasta asiantuntijat

Electrical4u

China

Asiantuntemusala

Basic Electrical

Ammatillinen artikkeli

607