Korekcija faktora snage: Što je to? (Formula circuit i banka kondenzatora)

Polje: Osnovna elektrotehnika

China

što je korekcija faktora snage

Što je korekcija faktora snage?

Korekcija faktora snage (poznata i kao PFC ili poboljšanje faktora snage) definirana je kao tehnika koja se koristi za poboljšanje faktora snage AC krugova smanjenjem reaktivne snage prisutne u krugu. Tehnike korekcije faktora snage ciljaju povećati učinkovitost kruga i smanjiti struju koju povlači optera.

Općenito, kondenzatori i sinhroni motori koriste se u krugovima kako bi se smanjili induktivni elementi (i stoga reaktivna snaga). Ove tehnike ne služe za povećanje količine prave snage, već samo za smanjenje aparentne snage.

Drugi način izražavanja, to smanjuje fazni pomak između napona i struje. Stoga, pokušava zadržati faktor snage blizu jedinice. Najekonomičnija vrijednost faktora snage je između 0,9 do 0,95.

Sada se postavlja pitanje, zašto je ekonomična vrijednost faktora snage 0,95 umjesto jediničnog faktora snage? Je li postoji neka nedostatak jediničnog faktora snage?

NE. Ne postoji nijedan nedostatak jediničnog faktora snage. No, teško i skupo je instalirati opremu za korekciju faktora snage sa jediničnim faktorom snage.

Stoga, električne državne preduzeće i kompanije za opskrbu snage pokušavaju postići faktor snage u rasponu od 0,9 do 0,95 kako bi se stvorila ekonomična sustav. I taj raspon je dovoljan za sustav snage.

Ako AC krug ima visoku induktivnu opteru, faktor snage može biti ispod 0,8. I onda povlači više struje iz izvora.

Oprema za korekciju faktora snage smanjuje induktivne elemente i struju povučenu iz izvora. To rezultira učinkovitim sustavom i sprječava gubitke električne energije.

Zašto je potrebna korekcija faktora snage?

U strujnim krugovima jednosmjernog toka, snaga potrošena na opteret (load) jednostavno se izračunava množenjem napona i struje. Struja je proporcionalna primjenjenom naponu. Stoga, potrošnja snage na otpornom opteretu linearna je.

U strujnim krugovima izmjenjivog toka, napon i struja su sinusne valove. Stoga, magnituda i smjer neprestano se mijenjaju. U određenom trenutku, potrošnja snage predstavlja umnožak napona i struje u tom trenutku.

Ako AC krug ima induktivna opterećenja poput zavojnice, čokotnih zavojnica, solenoida, transformatora; struja je izvan faze s naponom. U ovom stanju, stvarna potrošnja snage manja je od produkta napona i struje.

Zbog nelinearnih elemenata u AC krugovima, oni sadrže i otpornost i reaktanciju. Stoga, u ovom stanju, razlika faze između struje i napona važna je prilikom izračuna snage.

Za čisto otporno opterećenje, napon i struja su u fazi. Ali za induktivno opterećenje, struja zaostaje za naponom. I stvara se induktivna reaktancija.

U ovom stanju, korekcija faktora snage najviše je potrebna kako bi se smanjio utjecaj induktivnog elementa i poboljšao faktor snage kako bi se povećala učinkovitost sustava.

Formula za korekciju faktora snage

Pretpostavimo da je induktivno opterećenje spojeno s sustavom i radi na faktoru snage cosф1. Da bismo poboljšali faktor snage, trebamo spojiti opremu za korekciju faktora snage paralelno s opterećenjem.

Shema ove postavke prikazana je na sljedećem crtežu.

power factor correction example

Kondenzator pruža vodeći reaktivni sastav i smanjuje učinak zaostalnog reaktivnog sastava. Prije povezivanja kondenzatora, struja opterećenja je IL.

Kondenzator uzima struju IC koja predvodi napon za 90˚. A rezultirajuća struja sustava je Ir. Kut između napona V i IR smanjen je u usporedbi s kutom između V i IL. Stoga se faktor snage cosф2 poboljšao.

power factor correction phasor diagram

Dijagram fazora za korekciju faktora snage

Iz gornjeg dijagrama fazora, zaostali sastav sustava je smanjen. Stoga, kako bi se faktor snage promijenio od ф1 na ф2, struja opterećenja smanjena je za IRsinф2.

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

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

Kapacitet kondenzatora za poboljšanje faktora snage je;

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

Kolo za ispravljanje faktora snage

Tehnike ispravljanja faktora snage uglavnom koriste kondenzator ili banku kondenzatora i sinhronni kondenzator. Prema opremi koja se koristi za ispravljanje faktora snage, postoje tri metode;

Banka kondenzatora
Sinhronni kondenzator
Fazni naprednjak

Ispravljanje faktora snage pomoću banke kondenzatora

Kondenzator ili banka kondenzatora mogu biti spojeni kao fiksna ili varijabilna vrijednost kapacitansa. Spajaju se na induktivni motor, distribucijski panel ili glavnu napajnu.

Fiksnog kapaciteta kondenzator je stalno povezan s sustavom. Varijabilni kapacitet kondenzatora mijenja količinu KVAR-a prema potrebama sustava.

Za korekciju faktora snage koristi se banka kondenzatora koja se povezuje s opterećenjem. Ako je opterećenje trofazno, banka kondenzatora može biti spojena u zvjezdano i delta spojenje.

Banka kondenzatora spojena u delta

Sljedeći dijagram strujnog kruga pokazuje banku kondenzatora spojenu u delta s trofaznim opterećenjem.

delta connected capacitor bank

Banka kondenzatora spojena u delta

Pronađimo jednadžbu kapacitansa po fazi kada je spojen u delta spojenje. U delta spojenju, fazna napetost (VP) i linijska napetost (VL) su jednake.

$V_P = V_L$

Kapacitet po fazi (C∆) daje se kao;

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

Kondenzatorska banka zvjezdasta vezana

Sljedeći dijagram strujne petlje prikazuje kondenzatorsku banku zvjezdasto vezanu s trofaznim opterećenjem.

Kondenzatorska banka zvjezdasto vezana

U zvjezdastoj vezi, odnos između fazonaponsa (VP) i linijenskog naponsa (VL) je:

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

Kapacitet po fazi (CY) daje se kao;

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

Iz gornjih jednadžbi;

$C_Y = 3 C_\Delta$

To znači da je kapacitet potreban za zvjezdano spajanje tri puta veći od kapaciteta potrebnog za trokutastu vezu. Također, radni fazni napon iznosi 1/√3 puta linijski napon.

Stoga je kondenzatorska banka u trokutastom spajanju dobar dizajn i to je razlog zašto se u trofaznom spajanju više koristi kondenzatorska banka u trokutastom spajanju u mreži.

Korekcija faktora snage pomoću sinkronog kondenzatora

Kada je sinkroni motor preopterećen, uzima vodeći strujni tok i ponaša se kao kondenzator. Preopterećeni sinkroni motor koji radi bez opterećenja naziva se sinkroni kondenzator.

Kada se ovaj tip stroja spoji paralelno s napajanjem, uzima vodeći strujni tok. I poboljšava faktor snage sustava. Shema spoja sinhronnog kondenzatora s napajanjem prikazana je na sljedećoj slici.

power factor correction using synchronous condenser

Popravak faktora snage pomoću sinhronnog kondenzatora

Kada opterećenje ima reaktivni komponent, uzima zaostajući strujni tok iz sustava. Da bi se neutralizirao struja, ovo uređajstvo koristi se za uzimanje vodećeg strujnog toka.

synchronous condenser phasor diagram

Fazorski dijagram sinhronnog kondenzatora

Prije spajanja sinhronnog kondenzatora, struja uzeta od strane opterećenja je IL i faktor snage je фL.

Kada se sinhronni kondenzator spoji, uzima struju Im. U tom stanju, rezultantna struja je I i faktor snage је фm.

Iz fazorskog dijagrama možemo usporediti oba kuta faktora snage (фL i фm). I фm manji је od фL. Stoga je cosфm veći od cosфL.

Ova metoda poboljšanja faktora snage koristi se na mjestima masovne dobave zbog sljedećih prednosti.

Jačina struje koju motor potroši mijenja se promjenom magnetske ekscitacije.
Lako je ukloniti greške koje se pojavljuju u sustavu.
Termalna stabilnost zavoja motora je visoka. Stoga je to pouzdan sustav za strujne krugove pri kratkom spoju.

Fazni napredak

Indukcijski motor potroši reaktivnu struju zbog struje ekscitacije. Ako se koristi drugi izvor za pružanje struje ekscitacije, zavoj statora slobodan je od struje ekscitacije. Tako se može poboljšati faktor snage motora.

Ova konfiguracija može se ostvariti korištenjem faznog napredu. Fazni napredak je jednostavan AC eksciter montiran na istom vratilu motora i povezan s rotor circuitom motora.

Pruža struju ekscitacije rotor circuitu na frekvenciji klizanja. Ako pružite više struje ekscitacije nego što je potrebno, indukcijski motor može raditi s vodećim faktorom snage.

Jedina nedostatak faznog napredu je da nije ekonomičan za male motore, posebno ispod 200 HP.

Aktivna korekcija faktora snage

Aktivna korekcija faktora snage pruža učinkovitiju kontrolu faktora snage. Općenito, koristi se u dizajnu napajanja za više od 100W.

Ovaj tip korekcije faktora snage sastoji se od visokofrekventnih prekidača poput dioda, SCR (prekidača elektroničke snage). Ovi elementi su aktivni elementi. Zbog toga se ovaj metod naziva aktivnom korekcijom faktora snage.

U pasivnoj korekciji faktora snage, reaktivni elementi poput kondenzatora i duhača koji se koriste u šemu nisu kontrolirani. Pasivna korekcija faktora snage ne koristi kontrolne jedinice niti prekidače.

Zbog visokofrekventnih prekidača i kontrolnih jedinica koristljenih u šemi, troškovi i složenost šeme su veći u usporedbi s pasivnom korekcijom faktora snage.

Sljedeća shematska prikaz pokazuje osnovne elemente aktivne korekcije faktora snage.

aktivna korekcija faktora snage

Aktivna korekcija faktora snage

Za kontrolu parametara kruga koristi se kontrolna jedinica u krugu. Mjeri ulazni napon i struja. I prilagođava vrijeme prekidača i faktor ispunjenja u faznom naponu i strujama.

Induktor L kontrolira solid-state switch Q. Kontrolna jedinica koristi se za upravljanje (UKLJUČENJE i ISKLJUČENJE) solid-state switcha Q.

Kada je prekidač UKLJUČEN, struja induktora povećava se za ∆I+. Napon na induktor promijeni polaritet i oslobađa energiju putem diode D1 prema opterećenju.

Kada je prekidač ISKLJUČEN, struja induktora smanji se za ∆I–. Ukupna promjena tijekom jednog ciklusa je ∆I = ∆I+ – ∆I–. Vrijeme UKLJUČENJA i ISKLJUČENJA prekidača kontrolira se od strane kontrolne jedinice mijenjanjem faktora ispunjenja.

Pravilnim izborom faktora ispunjenja, možemo dobiti željeni oblik struje prema opterećenju.

Kako odrediti veličinu korekcije faktora snage?

Da bismo odredili veličinu korekcije faktora snage, potrebno je izračunati potrebu za reaktivnom snagom (KVAR). I spajamo tu veličinu kapacitansa s sustavom kako bismo zadovoljili potrebu za reaktivnom snagom.

Postoje dva načina da se utvrdi potreba za KVAR-om.

Metoda množitelja tablice
Metoda izračuna

Kao što naziv sugerira, u metodi množitelja tablice, možemo direktno pronaći konstantu množitelja iz tablice. Možemo direktno pronaći potreban KVAR množenjem konstante s ulaznom snagom.

table multiplier method

Metoda tabličnog množitelja

U metodi izračuna, moramo izračunati množitelj kako je prikazano u sljedećem primjeru.

Primjer:

Indukcijski motor snage 10 kW ima faktor snage od 0,71 sa zakasnjivanjem. Ako trebamo pokrenuti taj motor s faktorom snage 0,92, kolika će biti veličina kondenzatora?

Ulazna snaga = 10 kW
Stvarni faktor snage (cos фA) = 0,71
Potreban faktor snage (cos фR) = 0,92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

Potrebni KVAR = Ulazna snaga x Konstanta množitelja

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Stoga, potrebna je reaktivna snaga od 5,658 KVAR kako bi se koeficijent snage poboljšao s 0,71 na 0,92. I kondenzator spojen s sustavom ima kapacitet od 5,658 KVAR.

Primjene korekcije koeficijenta snage

U mreži električnog sustava, koeficijent snage igra najvažniju ulogu u kvaliteti i upravljanju sustavom. Određuje učinkovitost opskrbe strujom.

Bez korekcije koeficijenta snage, opterećenje povlači visoku veličinu struje iz izvora. To povećava gubitke i troškove električne energije. Oprema za PFC pokušava uskladiti talase struje i napona. To će povećati učinkovitost sustava.
U prijenosnoj mreži, potreban je visok koeficijent snage. Zbog visokog koeficijenta snage, smanjuju se gubitci prijenosne linije i poboljšava se regulacija napona.
Indukcijski motor je široko korištena oprema u industriji. Da bi se spriječilo pretjerano zagrijavanje i poboljšala učinkovitost motora, koriste se kondenzatori kako bi se umanjio utjecaj reaktivne snage.
Oprema za PFC smanjuje generiranje topline u kabelima, prekidačima, generatorima, transformatorima itd.
Zbog visoke učinkovitosti mreže, treba generirati manje energije. To smanjuje emisiju ugljičnog dioksida u atmosferu.
Pad napona značajno se smanjuje korištenjem opreme za PFC s sustavom.

Izjava: Poštovanje originala, dobre članke vrijede podijeliti, ako postoji kršenje autorskih prava molim kontaktirajte za brisanje.

Daj nagradu i ohrabri autora

Teme:

Energetske sustave

Prijenos

O stručnjacima

Electrical4u

China