Jaudas faktora labojums: Kas tas ir? (Formula, shēma un kondensatoru grupas)

Lauks: Pamata elektrotehnika

China

kas ir jaudas faktora korekcija

Kas ir jaudas faktora korekcija?

Jaudas faktora korekcija (arī pazīstama kā PFC vai Jaudas Faktora Uzlabošana) tiek definēta kā metode, kas tiek izmantota, lai uzlabotu AC šķēršņu jaudas faktoru, samazinot šķēršņa reaktivās jaudas daudzumu. Jaudas faktora korekcijas metodes mērķis ir paaugstināt šķēršņa efektivitāti un samazināt slodzes iegūto strāvu.

Parasti šķēršņos tiek izmantoti kondensatori un sinkronie dzinēji, lai samazinātu induktīvos elementus (un tādējādi arī reaktivās jaudas daudzumu). Šīs metodes netiek izmantotas, lai palielinātu patieso jaudu, bet tikai, lai samazinātu aparento jaudu.

Citiem vārdiem sakot, tā samazina fāzes nobīde starp spriegumu un strāvu. Tā mēģina uzturēt jaudas faktoru tuvāk vienībai. Visizdevīgākais jaudas faktora vērtības intervāls ir no 0,9 līdz 0,95.

Tagad rodas jautājums, kāpēc visizdevīgākā jaudas faktora vērtība ir 0,95, nevis vienības jaudas faktors? Vai vienības jaudas faktoram ir kādas trūkumi?

NĒ. Vienības jaudas faktoram nav neviena trūkuma. Tomēr ir grūti un dārgi instalēt vienības PFC aprīkojumu.

Tāpēc enerģijas nodrošinātāju un elektrosniedzēju uzņēmumi mēģina panākt, lai jaudas faktors būtu intervālā no 0,9 līdz 0,95, lai radītu izdevīgu sistēmu. Un šis intervāls ir pietiekami labs elektrosistēmai.

Ja AC šķēršnis ir ar augstu induktīvo slodzi, jaudas faktors var būt zemāks par 0,8. Tas iegūst lielāku strāvu no avota.

Jaudas faktora korekcijas aprīkojums samazina induktīvos elementus un strāvu, ko iegūst no avota. Tas rezultē efektīvākā sistēmā un novērš elektriskās enerģijas zudumu.

Kāpēc nepieciešama jaudas faktora korekcija?

Uzārāmstrāžas tīklos, slodzes izsakotais jauda vienkārši aprēķināts, reizinot spriegumu un strāvu. Un strāva ir proporcionāla piemērotajam spriegumam. Tādēļ, pretestības slodzes izsakotais jauda ir lineāra.

Alternātsprieguma tīklos, spriegums un strāva ir sinusoidālās vērtības. Tādējādi, to lielums un virziens nemainīgi mainās. Konkrētā laika momentā izsakotais jauda ir šī laika momenta sprieguma un strāvas reizinājums.

Ja alternātsprieguma tīklā ir induktīvās slodzes, piemēram, vinču apvijumi, čauk spuldzes, elektromagnēti, transformator; tad strāva ir neiespaidota ar spriegumu. Šajā stāvoklī, faktiski izsakotais jauda ir mazāks par sprieguma un strāvas reizinājumu.

Tā kā alternātsprieguma tīklā ir gan pretestība, gan reaktance, šajā stāvoklī, strāvas un sprieguma fāzes atšķirība ir svarīga, aprēķinot jaudu.

Purā pretestības slodzei, spriegums un strāva ir fāzē. Bet induktīvā slodzei, strāva atpaliek no sprieguma. Tas rada induktīvo reaktance.

Šajā stāvoklī, jaudas faktora korekcija ir visvairāk nepieciešama, lai samazinātu induktīvā elementa ietekmi un uzlabotu jaudas faktoru, lai palielinātu sistēmas efektivitāti.

Jaudas Faktora Korekcijas Formula

Apcerēsim, ka sistēmai ir savienots induktīvs slodzes elements, kas darbojas ar jaudas faktoru cosф1. Lai uzlabotu jaudas faktoru, mums jāsavieno jaudas faktora korekcijas ierīce paralēli ar slodzi.

Šīs kompozīcijas shēma ir attēlota zemāk redzamajā diagrammā.

power factor correction example

Kondensators piegādā virzīto reaktivo komponentu un samazina atpaliekošo reaktīvo komponentu ietekmi. Pirms kondensatora savienojuma, slodzes strāva ir IL.

Kondensators ņem IC strāvu, kas ved spriegumu par 90˚. Un sistēmas rezultātā gūtā strāva ir Ir. Leņķis starp spriegumu V un IR ir samazināts salīdzinājumā ar leņķi starp V un IL. Tādējādi, jaudas faktors cosф2 ir uzlabots.

power factor correction phasor diagram

Jaudas faktora korekcijas fāzvektora diagramma

No augstāk minētās fāzvektora diagrammas, sistēmas atpaliekošais komponents ir samazināts. Tādējādi, lai mainītu jaudas faktoru no ф1 uz ф2, slodzes strāva tiek samazināta par IRsinф2.

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

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

Kondensatora kapacitāte, lai uzlabotu jaudas faktoru, ir;

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

Jaudas faktora korekcijas shēma

Jaudas faktora korekcijas tehnoloģijas bieži izmanto kondensatorus vai kondensatoru bankas un sinhrono kondenzators. Atkarībā no ierīčiem, kas tiek izmantoti, lai korektētu jaudas faktoru, ir trīs metodes;

Kondensatoru banka
Sinhronais kondenzators
Fāzes paātrinātājs

Jaudas faktora korekcija, izmantojot kondensatoru banku

Kondensators vai kondensatoru banka var tikt savienots ar fiksētu vai mainīgu kapacitātes vērtību. Tas tiek pieslēgts indukcijas dzinējam, distribūcijas paneļam vai galvenajai piegādei.

Fikss vērtības kondensators ir nepārtraukti savienots ar sistēmu. Mainīgā vērtības kondensators maina KVAR daudzumu saskaņā ar sistēmas prasībām.

Lai korektētu jaudas faktoru, kondensatoru banku savieno ar slodzi. Ja slodze ir trīs fāzes slodze, kondensatoru banku var savienot kā zvaigznē un delta savienojumā.

Delta Savienota Kondensatoru Banka

Apakšā esošā shēma parāda delta savienoto kondensatoru banku ar trīs fāžu slodzi.

delta connected capacitor bank

Delta Savienota Kondensatoru Banka

Atrastim vienādojumu katrai fāzei, kad tā ir savienota delta savienojumā. Delta savienojumā fāzes spriegums (VP) un līnijas spriegums (VL) ir vienādi.

$V_P = V_L$

Katras fāzes kapacitance (C∆) tiek dota kā;

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

Starpunkta savienojuma kondensatoru bānks

Apakšā esošajā shēmā ir parādīts starpunkta savienojuma kondensatoru bānks ar trīs fāžu slodzi.

Starpunkta savienojuma kondensatoru bānks

Starpunkta savienojumā, fāzes sprieguma (VP) un līnijas sprieguma (VL) attiecība ir:

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

Fazas kapacitātivitāte (CY) ir dota kā;

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

No šīm vienādojumiem;

$C_Y = 3 C_\Delta$

Tas nozīmē, ka zvaigznainajā savienojumā nepieciešamā kapacitātivitāte ir trīs reizes lielāka nekā deltādā savienojumā. Turklāt darba fāzes spriegums ir 1/√3 reizes mazāks nekā līnijas spriegums.

Tātad, delta savienojuma kondensatoru bānks ir labs dizains un tāpēc trīsfāzes savienojumā delta savienojuma kondensatoru bānks tiek vairāk izmantots tīklā.

Jaudas faktora labošana izmantojot sinhrono kondensatoru

Kad sinhronais dzinējs tiek pārnestīts, tas pieņem virziena strāvu un uzvedās kā kondensators. Pārnestītais sinhronais dzinējs, kas strādā bez iebraukuma, pazīstams kā sinhronais kondensators.

Kad šāda veida ierīce tiek savienota paralēli ar elektrosūtījumu, tā pieņem ievedošu strāvu un uzlabo sistēmas jaudas faktoru. Sinhrona kondensatora savienojuma diagramma ar elektrosūtījumu ir atspoguļota zemāk redzamajā attēlā.

power factor correction using synchronous condenser

Jaudas faktora labošana, izmantojot sinhrono kondensatoru

Kad slodze ir reaktivs komponents, tā pieņem aizvadošu strāvi no sistēmas. Lai neutralizētu strāvi, šī ierīce tiek izmantota, lai pieņemtu ievedošu strāvi.

synchronous condenser phasor diagram

Sinhrona kondensatora fazors diagramma

Pirms sinhrona kondensatora savienošanas, slodzes pieņemtais strāvas apjoms ir IL, un jaudas faktors ir фL.

Kad sinhrona kondensators tiek savienots, tas pieņem strāvas apjomu Im. Šajā stāvoklī rezultātā iegūstama strāva I, un jaudas faktors ir фm.

No fazoras diagrammas mēs varam salīdzināt abus jaudas faktora leņķus (фL un фm). Un фm ir mazāks nekā фL. Tādējādi, cosфm ir lielāks nekā cosфL.

Šāda veida jaudas faktora uzlabošanas metode tiek izmantota liela apjoma piegādes stacijās, tāpēc ka tā piedāvā zemāk minētos priekšrocības.

Motora uzņemtā strāvas lielums tiek mainīts, mainot lauka izrautāju.
Sistēmā radušās kļūdas ir viegli novērst.
Motora vijumu termiskā stabilitāte ir augsta. Tādējādi tā ir uzticama sistēma īssaites strāvām.

Fāzes paātrinātājs

Induktīvais motors uzņem reaktivu strāvu dēļ izrautāja strāvas. Ja izmanto citu avotu, lai nodrošinātu izrautāja strāvu, statora vijums ir brīvs no izrautāja strāvas. Un motora jaudas faktors var tikt uzlabots.

Šo ierīkojumu var veikt, izmantojot fāzes paātrinātāju. Fāzes paātrinātājs ir vienkāršs AC izrautājs, kas montēts uz tāda paša šķidruma, kāds ir motoram, un savienots ar motora rotora vijumu.

Tas nodrošina izrautāja strāvu rotora vijumam slidošanas frekvencē. Ja nodrošināt vairāk izrautāja strāvas, nekā nepieciešams, induktīvais motors var darboties ar vadību pie priekšā esošajā jaudas faktorā.

Fāzes paātrinātāja vienīgais trūkums ir tas, ka tas nav ekonomisks mazos motorus, īpaši zem 200 HP.

Aktīvā jaudas faktora korekcija

Aktīvā jaudas faktora korekcija nodrošina efektīvāku jaudas faktora kontrolēšanu. Parasti tā tiek izmantota enerģijas piegādes dizainā virzienā, kas pārsniedz 100W.

Šāda veida jaudas faktora korekcijas shēma sastāv no augstfrekvences pārslēguma elementiem, piemēram, diodēm, SCR (elektronisko jaudas slēdžu). Šie elementi ir aktīvi elementi. Tādēļ šis paņēmiens sauc par aktīvo jaudas faktora korekciju.

Pasīvā jaudas faktora korekcijā shēmā tiek izmantoti reaktīvie elementi, piemēram, kondensatori un induktori, kas nav kontrolēti. Pasīvā jaudas faktora korekcijas shēmā netiek izmantoti nekādi kontrolēšanas vienības un pārslēguma elementi.

Tā kā shēmā tiek izmantoti augstfrekvences pārslēguma elementi un kontrolēšanas vienība, šīs shēmas izmaksas un sarežģītība palielinās salīdzinājumā ar pasīvo jaudas faktora korekcijas shēmu.

Zemāk redzamā shēma parāda aktīvās jaudas faktora korekcijas shēmas pamatelementus.

aktīvais jaudas faktora labošana

Aktīvais jaudas faktora labošana

Lai kontrolētu šķērsošanas parametrus, šķērsojumā tiek izmantots kontroles vienības elements. Tas mēra ieejas spriegumu un strāvu. Un tas pielāgo pārslēguma laiku un pieaugumu fāzes spriegumā un strāvā.

Induktors L tiek kontrolēts ar siltsprieguma slēdzi Q. Kontroles vienība tiek izmantota, lai kontrolētu (IESLĒGT un IZSLĒGT) siltsprieguma slēdzi Q.

Kad slēdzis ir IESLĒGTS, induktora strāva palielinās par ∆I+. Spriegums uz induktora maina polaritāti un atdod enerģiju caur diodu D1 uz slodzes.

Kad slēdzis ir IZSLĒGTS, induktora strāva samazinās par ∆I–. Kopējais maiņas periods vienā ciklā ir ∆I = ∆I+ – ∆I–. Slēdzis IESLĒGTS un IZSLĒGTS laiks tiek kontrolēts ar kontroles vienību, mainot pieaugumu.

Pareizi izvēloties pieaugumu, mēs varam iegūt vēlamo strāvas formu uz slodzes.

Kā noteikt jaudas faktora labošanas izmēru?

Lai noteiktu jaudas faktora labošanas izmēru, mums jāaprēķina reaktivās jaudas (KVAR) nepieciešamība. Un mēs savienojam šāda izmēra kapacitanci ar sistēmu, lai apmierinātu reaktivās jaudas prasības.

Ir divi veidi, kā atrast KVAR prasības.

Tabulas reizinātāju metode
Aprēķina metode

Kā nosaukums liecina, tabulas reizinātāju metodē mēs varam tieši atrast reizinātāja konstanti no tabulas. Mēs varam tieši atrast nepieciešamo KVAR, reizinot konstanti ar ieejas jaudu.

table multiplier method

Tabulas reizinātāja metode

Aprēķinu metodē mums jāaprēķina reizinātājs, kā parādīts zemāk minētajā piemērā.

Piemērs:

Ja 10 kW indukcijas dzinējam ir spēka faktors 0,71 atpalikšanā, un mēs vēlamies darbināt šo dzinēju ar spēka faktoru 0,92, cik liela būs kondensatora izmēra?

Ievades spēks = 10 kW
Faktiskais spēka faktors (cos фA) = 0,71
Nepieciešamais spēka faktors (cos фR) = 0,92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

Nepieciešamā KVAR = Ievades jauda x Multiplier Constant

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Tātad, lai uzlabotu jaudas faktoru no 0,71 līdz 0,92, nepieciešams 5,658 KVAR reaktivā jauda. Un kondensators, kas savienots ar sistēmu, ir ar kapacitāti 5,658 KVAR.

Spēka faktora korekcijas pielietojumi

Enerģijas sistēmas tīklā spēka faktors spēlē visnozīmīgāko lomu sistēmas kvalitātes un pārvaldības ziņā. Tas nosaka enerģijas piegādes efektivitāti.

Bez spēka faktora korekcijas, slodze izvelk lielu strāvas magnitūdu no avota. Tas palielina zudējumus un elektriskās enerģijas izmaksas. Spēka faktora korekcijas aprīkojums mēģina padarīt strāvas un sprieguma formas vienādus fāzes. Tas palielinās sistēmas efektivitāti.
Transports tīklā nepieciešams augsts spēka faktors. Augstais spēka faktors samazina transmisijas līniju zudējumus un uzlabo sprieguma regulāciju.
Indukcijas dzinējs ir plaši izmantots aprīkojums rūpniecībā. Lai izvairītos no pārmērīga sildīšanās un uzlabotu dzinēja efektivitāti, tiek izmantoti kondensatori, lai mazinātu reaktivās jaudas ietekmi.
Spēka faktora korekcijas aprīkojums samazina siltuma ģenerēšanu kabeļos, pārslēgumu aparātos, alternatoros, transformatoros utt.
Augstā tīkla efektivitāte liek mums radīt mazāk enerģijas. Tas samazina oglekļa emisijas atmosfērā.
Izmantojot spēka faktora korekcijas aprīkojumu ar sistēmu, būtiski samazinās sprieguma pazemināšanās.

Paziņojums: Cienījam oriģinālu, labas raksti vērts koplietošanas, ja ir tiesību pārkāpums, lūdzu, sazinieties, lai to dzēst.

Dodot padomu un iedrošināt autoru

Tēmas:

Elektroapgādes sistēmas

Pārraide

Par ekspertiem

Electrical4u

China