Коэффициент мощности: Что это такое? (Формула, схема и конденсаторные батареи)

Өріс: Негізгі электротехника

China

what is power factor correction

Демдік коэффициентті жөндеу деген не?

Демдік коэффициентті жөндеу (немесе PFC немесе демдік коэффициентті жақсарту деп да аталады) - бұл токтардың реактивті күшін азайту арқылы АС схемаларының демдік коэффициентін жақсарту үшін қолданылатын ықтимал. Демдік коэффициентті жөндеу ықтималдары схеманың әсерділігін арттыру мен түзеткіштің алуындағы токты азайту мақсатын қадамқа қояды.

Жалпысынан, конденсаторлар және синхронды электрмоторлар схемаларда индуктивті элементтерді (сонымен қатар реактивті күшті) азайту үшін қолданылады. Бұл ықтималдар чындықта энергия мөлшерін арттыру үшін емес, тек көріністердік энергияны азайту үшін қолданылады.

Басқаша айтқанда, ол напряжение және токтың фазалық ауытқусын азайтады. Сондықтан, ол демдік коэффициентті біргеліктікке жақын ұстауға тырысады. Экономикалық демдік коэффициенттің ең ыңғайлы мәні 0,9-0,95 аралығында болады.

Енді сұрақ пайда болады: неге демдік коэффициенттің экономикалық мәні 0,95, оның орнына біргеліктік демдік коэффициент болмайды? Біргеліктік демдік коэффициентте қандай тең қымбаттылықтар бар?

ЖОҚ. Біргеліктік демдік коэффициентте қандай да бір қымбаттылықтар жоқ. Бірақ, біргеліктік PFC жабдықтарын орнату қиын және қымбат болады.

Сонымен, энергия қызметкерлері және энергия қамтамасыз ету компаниялары демдік коэффициентті 0,9-0,95 аралығында ұстау үшін тырысады, экономикалық система жасау үшін. Бұл аралық энергиялық системге ыңғайлы болады.

Егер АС схемасында қатты индуктивті түзеткіш болса, демдік коэффициент 0,8-ден төмен болуы мүмкін. Ол бастапқы источниктен көбірек ток алуда.

Демдік коэффициентті жөндеу жабдықтары индуктивті элементтерді және бастапқы источниктен алуындағы токты азайтады. Бұл нәтижеде әсерділі схема пайда болады және электр энергиясының жоюын тартады.

Неге демдік коэффициентті жөндеу қажет?

DC цептерде, жүк тағында жоюлған энергия напряжение мен ағымды көбейтіп есептеледі. Ағым қолданылған напряжеге пропорционалды. Сондықтан, сопротивление жүгінді жүктің энергиясының жоюлуы сызықты.

AC цептерде, напряжение мен ағым синусоидалық толқындар. Олардың өлшемі мен бағыты незауыт өзгереді. Белгілі бір уақытта, жоюлған энергия осы уақыттағы напряжение мен ағымдың көбейтіндісі болады.

Егер AC цепте индуктивті жүктілер, мисалы: обмотка, чоки спираль, соленоид, трансформатор болса, ағым напряжеге фазасында. Бұл жағдайда, нақты жоюлған энергия напряжение мен ағымдың көбейтіндісінен аз болады.

AC цептерде линейті емес элементтерінің барлығында, сопротивление және реактивті сопротивление бар. Сондықтан, бұл жағдайда, энергияны есептеу кезінде ағым мен напряжениң фазасы айырмашылығы маңызды.

Чисто сопротивление жүктің үшін, напряжение мен ағым фазасында. Бірақ индуктивті жүктің үшін, ағым напряжеге кешіреді. Бұл индуктивті реактивті сопротивление пайда етеді.

Бұл жағдайда, энергетикалық коэффициентті жақсарту өте маңызды, индуктивті элементтердің тағындысын азайту үшін және системаның үздігін жақсарту үшін.

Энергетикалық коэффициентті жақсарту формуласы

Индуктивті жүкті системамен байланыстырып, cosφ₁ энергетикалық коэффициентімен жұмыс істейді. Энергетикалық коэффициентті жақсарту үшін, бізге жүктің параллельіне энергетикалық коэффициентті жақсарту құралын байланыстыру керек.

Бұл компоновканың схемасы төмендегі суретте көрсетілген.

power factor correction example

Конденсатор түзеткіш реактивті компонентты ұсынады және кешірулі реактивті компоненттің әсерін азайтады. Конденсаторды қосу алдында, жүктік ағымы IL.

Конденсатор IC ағымын 90˚ басқатылған напрямдандыратын. Системаның нәтижелік ағымы Ir. Напрям V мен IR арасындағы бұрыш, V мен IL арасындағы бұрышқа қарағанда азаяды. Сондықтан, күш факторы cosф2 жақсартылады.

power factor correction phasor diagram

Күш факторын түзету фазор диаграммасы

Жоғарыда берілген фазор диаграммасынан, системаның кешірулі компоненті азайады. Сондықтан, күш факторын ф1 ден ф2 ге өзгертуде, жүктік ағымы IRsinф2 арқылы азайады.

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

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

Конденсатордың индуктивтілігін жақсарту үшін қолданылатын индуктивтілік:

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

Коэффициентти жақсарту схемасы

Коэффициентті жақсарту ықтималдары негізінен конденсатор немесе конденсаторлық банк мен синхронды конденсатор қолданылады. Коэффициентті жақсарту үшін қолданылатын жабдыққа байланысты үш ықтимал тәсіл бар:

Конденсаторлық банк
Синхронды конденсатор
Фазаны арттыру құрылғысы

Конденсаторлық банк арқылы коэффициентті жақсарту

Конденсатор немесе конденсаторлық банк салыстырылған немесе өзгертуге болатын индуктивтілік ретінде қосылуы мүмкін. Ол индукторлық электр моторына, распределитель панелясына же бастапқы жүктөрдің берілгеніне қосылады.

Тұрақты мәнді конденсатор тұрақты түрде жүйесімен байланыстырылады. Айнымалы мәнді конденсатор системаның талаптарына қарай КВАР санын өзгертеді.

Күш коэффициентін дұрыс ету үшін конденсатор банкіні нагрузкаға қосылады. Егер нагрузка үш фазалы болса, конденсатор банкі зулапта немесе дельта байланысымен қосылуы мүмкін.

Дельта байланысымен қосылған конденсатор банкі

Төмендегі схема дельта байланысымен қосылған конденсатор банкінің үш фазалы нагрузка мен бірге қосылуын көрсетеді.

delta connected capacitor bank

Дельта байланысымен қосылған конденсатор банкі

Дельта байланысында фазалық напряжение (VP) және линиялық напряжение (VL) тең болады.

$V_P = V_L$

Фазалық конденсатордың (C∆) мәні мынадай беріледі;

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

Түйсіз байланысқа қосылған конденсатор банкі

Төмендегі схема түйсіз байланысқа қосылған конденсатор банкінің және үш фазалы жүктің суретін көрсетеді.

Түйсіз байланысқа қосылған конденсатор банкі

Түйсіз байланыста, фазалық напряжение (VP) мен линиялық напряжение (VL) арасындағы байланыс:

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

Фазалық емдік (CY) мына түрде беріледі;

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

Жоғарыдағы теңдеулерден;

$C_Y = 3 C_\Delta$

Бұл оның, жұлдыздық байланыстында қажет болатын емдік дельта байланыстында қажет болатын емдіктен үш есе артық екендігін көрсетеді. Сондай-ақ, иштеп шығаратын фазалық напряжение линиялық напряжменін 1/√3 есебіне тең.

Сонымен, дельта байланысты конденсаторлық банка жақсы құрылым болып саналады және бұл себептен, үшфазалық байланыста дельта байланысты конденсаторлық банка тікелей түрде көбірек қолданылады.

Синхронды конденсатор арқылы коэффициентти түзету

Синхронды моторды өте әрекетті түрде қозғаса, ол алдын ала ток алды және конденсатор сияқты құрылым ретінде әрекет етеді. Негізгі жүйеде жұмыс істемейтін өте әрекетті синхронды мотор синхронды конденсатор деп аталады.

Бұл түрдегі машина қоғамдық электр энергиясымен параллель түрде қосылғанда, ол опережаулы ағымды қабылдайды және системаның күш коэффициентін жақсартады. Синхронды конденсатор мен қоғамдық электр энергиясының байланыс схемасы төмендегі суретте көрсетілген.

power factor correction using synchronous condenser

Синхронды конденсаторды пайдаланып күш коэффициентін жақсарту

Жүк реактивті компонентке ие болса, ол системадан опережаулы ағымды қабылдайды. Ағымды нейтрализациялау үшін, бұл құрылғы опережаулы ағымды қабылдау үшін қолданылады.

synchronous condenser phasor diagram

Синхронды конденсатордың фазор диаграммасы

Синхронды конденсатор қосылғаннан бұрын, жүктің қабылдайтын ағымы IL және күш коэффициенті фL.

Синхронды конденсатор қосылғанда, ол Im ағымын қабылдайды. Бұл шартта, нәтижелік ағым I және күш коэффициенті фm.

Фазор диаграммасынан, біз екеуінің де күш коэффициенттерінің (фL және фm) салыстыра аламыз. Фm фL -ден кіші. Сондықтан, cosфm cosфL-ден үлкен.

Бұл түрдегі күш коэффициентін жақсарту ықтималылығы, төмендегі жеңілдетулерінің себепті массалық қамқорлық станцияларында қолданылады.

Мотордың тұрғызылған ағымының өлшемі магниттік тездеу әрекетімен өзгертіледі.
Жүйеде пайда болған жабандылықтарды жою оңай.
Мотор басқаруының термиялық стабилділігі жоғары. Сондықтан, бұл кысыл шарлау ағымдары үшін иесіз жүйе болып табылады.

Фаза қозғалтқыш

Индукциялық мотор әрекеттік ағымдың себеп болған реактивті ағымды тартады. Егер басқа бір деректер меншіктісі әрекеттік ағымды беру үшін қолданылса, статор басқаруы әрекеттік ағымдан азайтылады. Сонымен, мотордың күш факторы жақсартылады.

Бұл арнайы құрылым фаза қозғалтқыш арқылы іске қосылады. Фаза қозғалтқыш - мотордың бірдей шеңберіне қосылған және мотордың ротор цепісіне байланыстырылған ең жақсы АҚ әрекеттік агрегаты.

Ол ротор цепісіне салыстыру арқылы әрекеттік ағымды береді. Егер қажеттінен көп әрекеттік ағым берсеңіз, индукциялық мотор басқаруы бастапқы күш факторымен іске қосылады.

Фаза қозғалтқыштың ең ғана артықшылығы - бұл 200 HP-ден төмен деңгейде қолдану үшін экономикалық емес.

Активті күш факторын дұрыстыру

Активті күш факторын дұрыстыру әрекеттік элементтер (диод, SCR) қолданылатын жоғары дауысмен жүйелерді қолдану арқылы жасалады. Бұл әдіс активті күш факторын дұрыстыру әдісі деп аталады.

Пассивті күш факторын дұрыстыруда, конденсатор және индуктор сияқты реактивті элементтер байқауланбайды. Пассивті күш факторын дұрыстыруда әрекетті элементтер немесе байқау элементтері қолданылмайды.

Арқылы қолданылатын жоғары дауысмен жүйелер мен әрекетті элементтер пассивті күш факторын дұрыстыру қолданылғандағы құны мен қиындығы артық.

Төмендегі схема активті күш факторын дұрыстыру құрылымының негізгі элементтерін көрсетеді.

жұмысқа қосылатын күш факторының жоюы

Жұмысқа қосылатын күш факторының жоюы

Контур параметрлерін басқару үшін контурде басқару блогы қолданылады. Ол енгізілетін напряжение мен төмен ағымды өлшейді. Сондықтан фазадағы напряжение мен ағымдың коммутация уақыты мен істектілік коэффициентін реттейді.

Індуктор L сәйкес заттардың шығуымен Q басқарылады. Басқару блогы сәйкес затты (ӨНІМДІ және ӨНІМСІЗ) басқарады.

Шығу ӨНІМДІ болғанда, індуктордың ағымы ∆I+ артады. Індуктордағы напряжение полярлығын қайта орналастырып, энергияны D1 диод арқылы жүкке негізделеді.

Шығу ӨНІМСІЗ болғанда, індуктордың ағымы ∆I– азайады. Бір циклдеғі жалпы өзгеріс ∆I = ∆I+ – ∆I–. Шығудың ӨНІМДІ және ӨНІМСІЗ уақыты басқару блогы арқылы істектілік коэффициентін өзгертіп басқарады.

Дұрыс істектілік коэффициентін таңдап, жүкке берілетін ағымдың қажетті формасын алуға болады.

Есептеу күш факторының жоюының өлшемдерін қалай анықтауға болады?

Күш факторының жоюының өлшемдерін анықтау үшін реактивті күш (KVAR) талаптарын есептеу керек. Сонымен қатар, реактивті күш талаптарын қанағаттандыру үшін системамен бірге қосылатын конденсатордың өлшемдерін анықтаймыз.

KVAR талаптарын анықтау үшін екі ықтимал жолы бар.

Таблица көбейткіш ықтималы
Есептеу ықтималы

Аталғанынан басқа, таблица көбейткіш ықтималында, міндетті көбейткіш тұрақтысын таблицадан табуға болады. Енгізілетін күшпен көбейткіш тұрақтысын көбейтіп, қажетті KVAR-ды табуға болады.

table multiplier method

Кестелі көбейткіш әдісі

Есептеу әдісінде, төмендегі мысалда көрсетілгендей көбейткішті есептеу керек.

Мысал:

10 кВт индуктивті электрмоторының күш факторы 0,71 болған. Егер бұл электрмоторының күш факторын 0,92-ге дейін арттыру керек болса, конденсатордың өлшемі қандай болады?

Жеткізілетін күш = 10 кВт
Настық күш факторы (cos фA) = 0,71
Талап етілетін күш факторы (cos фR) = 0,92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

Талап етілетін КВАР = Енгізілген энергия × Коэффициент

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Сонымен, құбылыс көрсеткішін 0,71-ден 0,92-ге жетілдіру үшін 5,658 КВАР реактивті күш қажет. Системаға қосылған конденсатордың құбылысы 5,658 КВАР.

Құбылыс көрсеткішін жетілдіру тәсілдері

Электр энергиясы жүйесінде құбылыс көрсеткіші сістеманың сапасы мен басқаруында ең маңызды рөл атқарады. Ол энергия қамтамасыз ету нәтижелілігін анықтайды.

Құбылыс көрсеткішін жетілдірмей туралы болғанда, жүк источниктен үлкен шаманың ағынын тартады. Бұл энергия қытымдарын және құнын арттырады. PFC (Power Factor Correction) жабдықтары ағым және напряжение графикасын фазада қоян. Бұл сістеманың нәтижелілігін арттырады.
Передача тармыхында жоғары құбылыс көрсеткіші қажет. Жоғары құбылыс көрсеткіші передача линиясының қытымдарын азайтады және напряжение регуляциясын жақсартады.
Индукция электр动机无法生成答案，请稍后重试~