תיקון גורם הספק: מה זה? (נוסחה, מעגל ובנקי קבל)

שדה: אלקטרוניקה בסיסית

China

מה היא תיקון גורם הספק

מה היא תקנת גורם הספק?

תקנת גורם הספק (ידועה גם כ-PFC או שיפור גורם הספק) מוגדרת כטכניקה המשמשת לשיפור גורם הספק של מעגלים חילופיים על ידי הפחתת הספק הריאקטיבי הנוכח במעגל. טכניקות תקנת גורם הספק מטרתן להגדיל את יעילות המעגל ולחסוך בהזרם המושך על ידי העומס.

בדרך כלל, קונדנסטורים ו מנועים סינכרוניים משמשים במעגלים כדי להפחית את הרכיבים האינדוקטיביים (ולכן גם את הספק הריאקטיבי). טכניקות אלו אינן משמשות להגדלת כמות הספק האמיתי, אלא רק להפחתת הספק המנוי.

במילים אחרות, זה מפחית את ההפרש בין מתח והזרם. לכן, הוא מנסה לשמור על גורם הספק קרוב ליחידה. הערך הכלכלי ביותר של גורם הספק הוא בין 0.9 עד 0.95.

עכשיו עולה השאלה, מדוע הערך הכלכלי של גורם הספק הוא 0.95 במקום גורם הספק של יחידה? האם יש כל נחיתות לגורם הספק של יחידה?

לא. אין כל נחיתות אחת של גורם הספק של יחידה. אך קשה ויקר להתקין ציוד PFC של יחידה.

לכן, חברות החשמל ומפעלי אספקת חשמל מנסות ליישר גורם הספק בתחום של 0.9 עד 0.95 כדי ליצור מערכת כלכלית. ותחום זה הוא מספיק טוב למערכת חשמל.

אם למעגל חילופי יש עומס אינדוקטיבי גבוה, גורם הספק עשוי להיות מתחת ל-0.8. והוא מושך יותר זרם מהמקור.

ציוד תקנת גורם הספק מפחית רכיבים אינדוקטיביים והזרם המושך מהמקור. כתוצאה מכך, המערכת נעשית יעילה ומונעת אובדן אנרגיה חשמלית.

למה נחוצה תקנת גורם הספק?

במעגלים ישרים, החשמל המפוזר על ידי מטען מחושב פשוט על ידי כפל של מתח וזרם. והזרם פרופורציונלי למתח המופעל. לכן, הפיזור החשמלי על ידי מטען 저ומי הוא ליניארי.

במעגלים חילופיים, המתח והזרם הם גלים סינוסואידליים. לכן, הגודל והכיוון משתנים באופן מתמיד. ברגע מסוים בזמן, החשמל המפוזר הוא כפל של המתח והזרם באותו רגע.

אם יש מעגל חילופי עם מטענים אינדוקטיביים כמו; תחילה, קוי צ'וק, סולנואיד, טרנספורמר; הזרם אינו בהסנכרון עם המתח. במצב זה, החשמל המפוזר בפועל קטן מכפלת המתח והזרם.

בגלל אלמנטים לא ליניאריים במעגלי חילופין, הם מכילים גם נגד ו-ריאקטנס. לכן, במצב זה, ההבדל הפאזי בין הזרם למתח חשוב לחישוב החשמל.

עבור מטען נגדי טהור, המתח והזרמים הם בהסנכרון. אבל עבור מטען אינדוקטיבי, הזרם מאחר אחרי המתח. וזה יוצר ריאקטנס אינדוקטיבי.

במצב זה, תיקון מקדם החשמל הוא הנדרש ביותר כדי להפחית את השפעת האלמנט האינדוקטיבי ולשפר את מקדם החשמל כדי להגדיל אתעילות המערכת.

נוסחת תיקון מקדם החשמל

בהינתן מטען אינדוקטיבי מחובר למערכת ועובד במקדם חשמל cosф1. כדי לשפר את מקדם החשמל, עלינו לחבר ציוד תיקון מקדם חשמל במקביל למטען.

תרשים המעגל של הסידור הזה מוצג בתמונה שלהלן.

דוגמה לתיקון מקדם החשמל

הקונדנסטור מספק מרכיב ריאקטיבי מוביל ומשפר את השפעת המרכיב הריאקטיבי המאוחר. לפני חיבור הקונדנסטור, זרם העומס הוא IL.

הקונדנסטור לוקח זרם IC שמתקדם על המתח ב-90˚. והזרם הסופי של המערכת הוא Ir. הזווית בין המתח V ל-IR קטנה בהשוואה לזווית בין V ל-IL. לכן, גורם הכוח cosф2 משתפר.

power factor correction phasor diagram

תרשים פאזור לשיפור גורם הכוח

מתוך תרשים הפאזורים למעלה, המרכיב המאוחר של המערכת מופחת. לכן, כדי לשנות את גורם הכוח מ-ф1 ל-ф2, זרם העומס מופחת ב-IRsinф2.

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

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

קיבולת הקונדנסטור לשיפור מקדם הכוח היא:

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

مدار תיקון מקדם הכוח

טכניקות תיקון מקדם הכוח משתמשות בעיקר בקונדנסטורים או בנק קונדנסטורים וקונדנסטור סינכרוני. בהתאם לציוד המשמש לתיקון מקדם הכוח, קיימות שלוש שיטות:

בנק קונדנסטורים
קונדנסטור סינכרוני
מתקדם פאזה

תיקון מקדם הכוח באמצעות בנק קונדנסטורים

הקונדנסטור או בנק הקונדנסטורים יכולים להיות מחוברים בערך קבוע או משתנה. הם מחוברים למנוע אינ덕טיבי, ללוח הפצה או לאספקה הראשית.

מתחם קפיצים מחובר בדלתא

delta connected capacitor bank

מתחם קפיצים מחובר בדלתא

P) והמתח הקו (VL) שווים.

$V_P = V_L$

∆) נתון כך:

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

בנק קONDENSADOREIM צמוד כוכב

התרשים המופיע למטה מציג בנק קONDENSADOREIM צמוד כוכב עם מטען תלת-פאזי.

בנק קONDENSADOREIM צמוד כוכב

בקשר כוכבי, היחס בין מתח פאזה (VP) למתח קו (VL) הוא:

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

הקיבולות של כל פאזה (CY) נתונה כ:

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

מהמשוואות לעיל:

$C_Y = 3 C_\Delta$

זה אומר שהקיבולות הנדרשת בהתחברות כוכב היא שלוש פעמים הקיבולות הנדרשת בהתחברות דלתא. בנוסף, המתח הפאזה בעבודה הוא 1/√3 מהמתח הקו.

לכן, הבנק הקיבולי המתחבר בדלתא הוא עיצוב טוב וזו הסיבה שבתחברות שלוש פאזה, הבנק הקיבולי המתחבר בדלתא משמש יותר ברשת.

תיקון גורם הכוח באמצעות קונדנסר סינכרוני

כאשר מנוע סינכרוני מופרז, הוא מקבל זרם מוביל והופך לקונדנסר. מנוע סינכרוני מופרז שפועל בתנאי עומס אפס ידוע כקונדנסר סינכרוני.

כאשר סוג המכשיר הזה מחובר מקביל לספק, הוא מתחבר לזרם מוביל. ומשפר את גורם החזק של המערכת. דיאגרמת ההתחברות של הקונדנסר הסינכרוני עם הספק מוצגת בתרשים שלהלן.

power factor correction using synchronous condenser

תיקון גורם החזק באמצעות קונדנסר סינכרוני

כאשר העומס מכיל רכיב ריאקטיבי, הוא שואב זרם מאחר מהמערכת. כדי להיטש לבו את הזרם, מכשיר זה משמש כדי לקחת זרם מוביל.

synchronous condenser phasor diagram

דיאגרמת פאזור של קונדנסר סינכרוני

לפני שהקונדנסר הסינכרוני מחובר, הזרם שנמשך על ידי העומס הוא IL וגורם החזק הוא фL.

כאשר הקונדנסר הסינכרוני מחובר, הוא לוקח זרם Im. במצב זה, הזרם התוצאה הוא I וגורם החזק הוא фm.

מדיאגרמת הפאזור, ניתן להשוות בין זוויות גורם החזק (фL ו-фm). ו-фm קטן מ-фL. לכן, cosфm גדול מ-cosфL.

שיטת שיפור גורם החזק מסוג זה נמצאת בשימוש בתחנות אספקה המוניות בשל היתרונות שלה המפורטים להלן.

העוצמה של הזרם המושך על ידי המנוע משתנה על ידי שינוי ההצתה השדהית.
קל להסיר תקלות שמתרחשות במערכת.
היציבות הטמפרטורתית של סלילת המנוע גבוהה. לכן, זו מערכת אמינה עבור זרמים קצרים.

משתנת מופע

מנוע האינדוקציה מושך זרם ריאקטיבי בשל זרם ההצתה. אם מקור אחר משמש לספק את זרם ההצתה, הסליל הסטטי יהיה חופשי מהזרם ההצתה. ומקדם הכוח של המנוע יכול לשפר.

הסדר הזה ניתן לבצע באמצעות משתנת המופע. משתנת המופע היא מצית AC פשוט המותקן על אותו ציר כמו המנוע ומחובר למעגל הרוטור של המנוע.

הוא מספק זרם הצתה למעגל הרוטור בתדירות החלקיה. אם תספק יותר זרם מצית מאשר נדרש, מנוע האינדוקציה יכול לפעול עם מקדם כוח מוביל.

ה недостаток единственного фазового усилителя заключается в том, что он не является экономически целесообразным для маломощных двигателей, особенно ниже 200 л.с.

תיקון מקדם כוח פעיל

תיקון מקדם כוח פעיל מספק שליטה יעילה יותר במקדם הכוח. בדרך כלל, הוא משמש בתכנון מתחזקי כוח מעל 100W.

סוג זה של מעגל תיקון מקדם כוח כולל אלמנטים מתחלפים בתדר גבוה כמו דיודה, SCR (מתגים אלקטרוניים של כוח). אלו הם אלמנטים פעילים. לכן, שיטה זו נקראת שיטת תיקון מקדם כוח פעיל.

בטיקון מקדם כוח פסיבי, האלמנטים הריאקטיביים כמו קבל ואינדקטור המשמשים במעגל הם בלתי מבוקרים. מכיוון שמעגל תיקון מקדם כוח פסיבי אינו משתמש באף יחידת שליטה ואלמנטים מתחלפים.

בשל האלמנטים המתחלפים והיחידת השליטה המשמשים במעגל, עלות ומורכבות המעגל מגברות בהשוואה למעגל תיקון מקדם כוח פסיבי.

השרטוט של המעגל להלן מראה את האלמנטים הבסיסיים של מעגל תיקון מקדם כוח פעיל.

correction of active power factor

כדי לשלוט בפרמטרים של המעגל, משתמשים ביחידה שליטה במעגל. היא מודדת את המתח והזרם הקלט. והיא מתקינה את זמן הפעולה והמחזור ההפעלה במתח וזרם פאזה.

ה-שיקוף L נשלט על ידי מתג מצב מוצק Q. יחידת השליטה משמשת לשליטה (ON ו-OFF) במתג מצב מוצק Q.

כאשר המתג נמצא במצב ON, זרם השיקוף עולה ב-∆I+. המתח על השיקוף משנה קוטב ושחרר לאגור אנרגיה דרך דיודה D1 אל המטען.

כאשר המתג נמצא במצב OFF, זרם השיקוף יורד ב-∆I–. השינוי הכולל במהלך מחזור אחד הוא ∆I = ∆I+ – ∆I–. זמן ה-ON וה-OFF של המתג נשלט על ידי יחידת השליטה על ידי שינוי מחזור ההפעלה.

בבחירת מחזור פעולה נכון, ניתן לקבל את הצורה הנדרשת של הזרם למטען.

איך לקבוע את גודל תיקון מקדם החשמל?

לקביעת גודל תיקון מקדם החשמל, יש לחשב את דרישת הכוח הגיאומטרי (KVAR). ואנו מתחברים לגודל הזה של קיבוליות למערכת כדי לעמוד בדרישת הכוח הגיאומטרי.

ישנן שתי דרכים למצוא את דרישת KVAR.

שיטת מכפיל הטבלה
שיטת חישוב

כפי שהשם מרמז, בשיטת מכפיל הטבלה, ניתן למצוא באופן ישיר קבוע מכפלה מהטבלה. ניתן למצוא באופן ישיר את KVAR הנדרש על ידי הכפלת הקבוע עם הכוח הקלט.

table multiplier method

שיטת המכפיל בטבלה

בשיטה החישובית, עלינו לחשב את המכפיל כמתואר בדוגמה הבאה.

דוגמה:

מנוע אינדוקציה בעוצמה של 10 קילוואט יש לו מקדם עוצמה של 0.71 מאוחר. אם אנו צריכים להפעיל מנוע זה עם מקדם עוצמה של 0.92, מה תהיה הגודל של הקונדנסטור?

עוצמה קלט = 10 קילוואט
מקדם עוצמה אפקטיבי (cos фA) = 0.71
מקדם עוצמה נדרש (cos фR) = 0.92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

הכוח הדרוש בקילו ור הוא כוח קלט x קבוע הכפלה

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

לכן, נדרש כוח ריאקטיבי של 5.658 KVAR כדי לשפר את מקדם הכוח מ-0.71 ל-0.92. הקונדנסטור המחובר למערכת הוא בעל קיבולת של 5.658 KVAR.

יישומים של תיקון מקדם הכוח

במערכת חשמל, מקדם הכוח משחק תפקיד חשוב ביותר באיכות והנהלה של המערכת. הוא קובע את יעילות אספקת החשמל.

בלי תיקון מקדם הכוח, המטען מושך זרם בעוצמה גבוהה מהמקור. זה מגביר את ההפסדים ומחיר האנרגיה החשמלית. ציוד תיקון מקדם הכוח מנסה להפוך את גלי הזרם והמתח לפאזה. זה יציג את יעילות המערכת.
ברשת ההעברה, מקדם הכוח גבוה הוא הכרחי. בזכות מקדם הכוח הגבוה, ההפסדים של קו ההעברה נמוכים ומגבירים את בקרת המתח.
מנוע האינ덕ציה הוא ציוד נפוץ בתעשייה. כדי למנוע חימום ולהגביר את יעילות המנוע, משתמשים בקונדנסטורים כדי להפחית את השפעת הכוח הריאקטיבי.
ציוד תיקון מקדם הכוח מפחית את ייצור החום בכבלים, מתגים, גנרטורים, טרנספורמרים וכדומה.
בזכות יעילות גבוהה של הרשת, יש צורך לייצר פחות אנרגיה. זה מפחית את פליטת הפחמן לאטמוספירה.
ירידה משמעותית במתח מתקבלת על ידי שימוש בציוד תיקון מקדם הכוח עם המערכת.

הצהרה: שמרו על המקור, מאמרים טובים ראויים לחלוקה, במקרה של הפרת זכויות יוצרים אנא צאו קשר למחיקה.

תנו טיפ לעודדו את המחבר!

נושאים:

מערכות חשמל

העברת מידע

אודות מומחים

Electrical4u

China