विद्युत गुणांक सुधार: यो के हो? (सूत्र, परिपथ र क्षमता बङ्कहरू)

फील्ड: मूलभूत विद्युत

China

शक्ति गुणांक सुधार क्या है

शक्ति गुणांक सुधार क्या है?

शक्ति गुणांक सुधार (जिसे PFC या शक्ति गुणांक सुधार भी कहते हैं) एक तकनीक है जो AC परिपथों में उपस्थित प्रतिक्रियात्मक शक्ति को कम करके शक्ति गुणांक को सुधारने के लिए प्रयोग की जाती है। शक्ति गुणांक सुधार तकनीकों का उद्देश्य परिपथ की दक्षता को बढ़ाना और लोड द्वारा खींची जाने वाली धारा को कम करना होता है।

आम तौर पर, कैपासिटर और संक्रमण इंजन परिपथों में प्रयोग किए जाते हैं ताकि प्रतिक्रियात्मक तत्व (और इसलिए प्रतिक्रियात्मक शक्ति) को कम किया जा सके। ये तकनीकें वास्तविक शक्ति की मात्रा को बढ़ाने के लिए नहीं, बल्कि सापेक्ष शक्ति को कम करने के लिए प्रयोग की जाती हैं।

दूसरे शब्दों में, यह वोल्टेज और धारा के बीच के चरण विस्थापन को कम करता है। इसलिए, यह शक्ति गुणांक को एकता के निकट रखने का प्रयास करता है। शक्ति गुणांक का सबसे आर्थिक मूल्य 0.9 से 0.95 के बीच होता है।

अब प्रश्न उठता है, यदि एकता शक्ति गुणांक का कोई असुविधा नहीं है, तो शक्ति गुणांक का आर्थिक मूल्य 0.95 क्यों है?

नहीं। एकता शक्ति गुणांक का कोई एकल असुविधा नहीं है। लेकिन एकता PFC उपकरणों को स्थापित करना कठिन और महंगा होता है।

इसलिए, उपयोगिता और विद्युत सप्लाई कंपनियाँ एक आर्थिक प्रणाली बनाने के लिए शक्ति गुणांक को 0.9 से 0.95 की सीमा में रखने का प्रयास करती हैं। और यह सीमा विद्युत प्रणाली के लिए पर्याप्त होती है।

यदि AC परिपथ में उच्च प्रतिक्रियात्मक लोड हो, तो शक्ति गुणांक 0.8 से नीचे हो सकता है। और यह स्रोत से अधिक धारा खींचता है।

शक्ति गुणांक सुधार उपकरण प्रतिक्रियात्मक तत्वों और स्रोत से खींची जाने वाली धारा को कम करते हैं। इससे प्रणाली दक्ष होती है और विद्युत ऊर्जा का नुकसान रोका जाता है।

शक्ति गुणांक सुधार की आवश्यकता क्यों है?

DC सर्किटहरूमा, लोडद्वारा दिएको शक्ति वोल्टेज र धारालाई गुणन गरेर गणना गरिन्छ। र धारा लगाएको वोल्टेजसँग समानुपातिक हुन्छ। अतएव, प्रतिरोधी लोडद्वारा दिएको शक्ति गुणन गरिन्छ।

AC सर्किटहरूमा, वोल्टेज र धारा चापाकारीय तरंगहरू हुन्छन्। अतएव, मान र दिशा निरन्तर परिवर्तन भइरहन्छ। विशेष क्षणमा, दिएको शक्ति त्यो क्षणको वोल्टेज र धाराको गुणनफल हुन्छ।

यदि AC सर्किटमा इन्डक्टिभ लोडहरू जस्तै; विन्डिङ, चोक कोइल, सोलेनोइड, ट्रान्सफोर्मर; धारा वोल्टेजबाट फेस बाहिर छ। यस परिस्थितिमा, वास्तविक दिएको शक्ति वोल्टेज र धाराको गुणनफलभन्दा कम छ।

AC सर्किटमा गैर-रेखीय तत्वहरूकारणले, यसमा दुवै प्रतिरोध र रिएक्टेन्स छन्। अतएव, यस परिस्थितिमा, शक्ति गणना गर्दा धारा र वोल्टेजको फेस अन्तर महत्वपूर्ण छ।

शुद्ध प्रतिरोधी लोडको लागि, वोल्टेज र धाराहरू फेसमा छन्। तर इन्डक्टिभ लोडको लागि, धारा वोल्टेजबाट पछाडि रहन्छ। र यसले इन्डक्टिभ रिएक्टेन्स बनाउँछ।

यस परिस्थितिमा, शक्ति फेक्टर सुधार गर्न इन्डक्टिभ तत्वको प्रभाव घटाउन र शक्ति फेक्टरलाई बढाउन प्रणालीको दक्षता बढाउन आवश्यक छ।

शक्ति फेक्टर सुधार फार्मुला

एउटा इन्डक्टिभ लोडलाई प्रणालीसँग जोडिएको छ र यसले शक्ति फेक्टर cosф1 मा काम गर्छ। शक्ति फेक्टरलाई सुधार गर्न, हामीले लोडको साथ शक्ति फेक्टर सुधार उपकरणलाई समानान्तर जोड्नुपर्छ।

यस व्यवस्थाको सर्किट चित्र तल दिएको चित्रमा देखाइएको छ।

शक्ति फेक्टर सुधार उदाहरण

कैपेसिटर अगाडी रिएक्टिभ घटक प्रदान गर्छ र पछाडी रिएक्टिभ घटकको प्रभावलाई कम गर्छ। कैपेसिटर संयोजन गर्दै पहिले, लोड धारा IL हुन्छ।

कैपेसिटर IC धारा लिँदछ जसले 90˚ दिशामा वोल्टेजलाई अगाडि लिँदछ। र प्रणालीको परिणामी धारा Ir हुन्छ। V र IR बीचको कोण V र IL बीचको कोण भन्दा कम हुन्छ। त्यसैले, शक्ति गुणांक cosф2 सुधारिन्छ।

शक्ति गुणांक सुधार फेजर चित्रण

उपर्युक्त फेजर चित्रणबाट, प्रणालीको पछाडी घटक कम हुन्छ। त्यसैले, शक्ति गुणांकलाई ф1 बाट ф2 मा परिवर्तन गर्न, लोड धारा IRsinф2 द्वारा कम हुन्छ।

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

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

क्षमता सुधार गर्नको लागि केपेसिटरको क्षमता हुन्छ:

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

शक्ति गुणांक संशोधन परिपथ

शक्ति गुणांक संशोधन तकनीकहरू मुख्यतया केपेसिटर वा केपेसिटर बङ्क र सिंक्रोनस कंडेन्सर प्रयोग गर्दछन्। शक्ति गुणांक संशोधनको लागि प्रयोग गरिएका उपकरणानुसार तीन विधिहरू छन्;

केपेसिटर बङ्क
सिंक्रोनस कंडेन्सर
फेज अग्रदायी

केपेसिटर बङ्क प्रयोग गर्दा शक्ति गुणांक संशोधन

केपेसिटर वा केपेसिटर बङ्कलाई नियत वा परिवर्तनीय मानको क्षमतामा जोड्न सकिन्छ। यसलाई इन्डक्शन मोटर, वितरण पैनल, वा मुख्य आपूर्तिमा जोड्न सकिन्छ।

स्थिर मान केपेसिटर निरन्तर प्रणालीको साथ जोडिएको छ। चल मान केपेसिटन्सले प्रणालीको आवश्यकतामा आधारित KVARको मात्रा बदल्दछ।

शक्ति गुणांक सुधारको लागि, केपेसिटर बँक लोडसँग जोडिने प्रयोग गरिन्छ। यदि लोड तीन-फेज लोड हो भने, केपेसिटर बँकलाई स्टार र डेल्टा कनेक्शनमा जोड्न सकिन्छ।

डेल्टा कनेक्टेड केपेसिटर बँक

निम्न विद्युत परिपथ चित्र तीन-फेज लोडको साथ डेल्टा कनेक्टेड केपेसिटर बँक दिखाउँछ।

delta connected capacitor bank

डेल्टा कनेक्टेड केपेसिटर बँक

चलो डेल्टा कनेक्शनमा जोडिएको फेज प्रति केपेसिटरको समीकरण पत्ता लगाउँौ। डेल्टा कनेक्शनमा, फेज वोल्टेज (VP) र लाइन वोल्टेज (VL) बराबर हुन्छन्।

$V_P = V_L$

फेज प्रति केपेसिटन्स (C∆) निम्न अनुसार दिइएको छ;

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

तारा संयोजित कैपेसिटर बँक

निम्न विद्युत परिपथ चित्रलेख एक तीन फेज लोडसहित तारा संयोजित कैपेसिटर बँक दर्शाउँछ।

तारा संयोजित कैपेसिटर बँक

तारा संयोजनमा फेज वोल्टेज (VP) र लाइन वोल्टेज (VL) बीचको सम्बन्ध छ:

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

प्रत्येक फेजको क्षमता (CY) निम्न रूपमा दिइन्छ;

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

उपर्युक्त समीकरणबाट;

$C_Y = 3 C_\Delta$

यसको अर्थ यो हो कि स्टार कनेक्सनमा आवश्यक क्षमता डेल्टा कनेक्सनमा आवश्यक क्षमताको तीन गुना हुन्छ। र यसको अलावा, प्रचालन फेज वोल्टेज लाइन वोल्टेजको १/√३ गुना हुन्छ।

त्यसैले, डेल्टा-कनेक्ट भाँडार एक राम्रो डिझाइन हुन्छ र यसको कारण, तीन-फेज कनेक्सनमा डेल्टा-कनेक्ट भाँडार नेटवर्कमा बढी प्रयोग हुन्छ।

सिंक्रोनस कंडेन्सर प्रयोग गरी शक्ति गुणाङ्क सुधार

जब सिंक्रोनस मोटर ओवर-एक्साइटेड हुन्छ भने यसले लीडिङ्ग विद्युत लिन्छ र क्षमता जस्तै व्यवहार गर्छ। नो-लोड स्थितिमा चलिरहेको ओवर-एक्साइटेड सिंक्रोनस मोटरलाई सिंक्रोनस कंडेन्सर भनिन्छ।

यदि यस प्रकारको मशीनलाई सप्लाईसँग समान्तर जोडिन्छ भने यसले एउटा अग्रणी विद्युत धारा लिँच्छ। र यसले प्रणालीको शक्ति गुणाङ्क सुधार गर्छ। निम्न चित्रमा संकेंद्रित एकसाथ विद्युत को सहित सम्बन्धित चित्र देखाइएको छ।

power factor correction using synchronous condenser

संकेंद्रित एकसाथ विद्युतबाट शक्ति गुणाङ्क सुधार

जब लोडमा एक प्रतिक्रियात्मक घटक हुन्छ भने यसले प्रणालीबाट एक पछाडी धारा लिँच्छ। धारालाई न्यूत्रल गर्न यस उपकरणलाई एक अग्रणी धारा लिनको लागि प्रयोग गरिन्छ।

synchronous condenser phasor diagram

संकेंद्रित एकसाथ विद्युतको फेझर आरेख

संकेंद्रित एकसाथ विद्युतलाई जोड्ने आगे लोडले लिने धारा IL र शक्ति गुणाङ्क फाइL हुन्छ।

संकेंद्रित एकसाथ विद्युतलाई जोडिने गर्दा यसले धारा Im लिन्छ। यस परिस्थितिमा नतिजात्मक धारा I र शक्ति गुणाङ्क फाइm हुन्छ।

फेझर आरेखबाट हामी दुई शक्ति गुणाङ्क कोण (फाइL र फाइm) तुलना गर्न सक्छौं। र फाइm फाइL भन्दा कम छ। त्यसैले cosफाइm cosफाइL भन्दा ठूलो छ।

यस प्रकारको शक्ति गुणाङ्क सुधार विधि निम्न फाइदाहरूको कारण बल्क सप्लाई स्टेशनहरूमा प्रयोग गरिन्छ।

मोटर द्वारा खींचे गए विद्युत प्रवाह की मात्रा को क्षेत्र प्रेरण बदलकर बदला जाता है।
प्रणाली में होने वाली दोषों को दूर करना आसान है।
मोटर वाइंडिंग की थर्मल स्थिरता उच्च है। इसलिए, यह छोटे सर्किट करंट के लिए एक विश्वसनीय प्रणाली है।

फेज अड्वान्सर

प्रेरण विद्युत प्रवाह के कारण इंडक्शन मोटर द्वारा ऋणात्मक विद्युत प्रवाह खींचा जाता है। यदि प्रेरण विद्युत प्रवाह के लिए एक अन्य स्रोत का उपयोग किया जाता है, तो स्टेटर वाइंडिंग प्रेरण विद्युत प्रवाह से मुक्त हो जाता है। और मोटर की पावर फैक्टर सुधारी जा सकती है।

यह व्यवस्था फेज अड्वान्सर का उपयोग करके की जा सकती है। फेज अड्वान्सर एक साधारण AC एक्साइटर है, जो मोटर के उसी शाफ्ट पर स्थापित होता है और मोटर के रोटर सर्किट से जुड़ा होता है।

यह स्लिप फ्रिक्वेंसी पर रोटर सर्किट को प्रेरण विद्युत प्रवाह प्रदान करता है। यदि आप आवश्यक से अधिक एक्साइटर विद्युत प्रवाह प्रदान करते हैं, तो इंडक्शन मोटर लीडिंग पावर फैक्टर पर संचालित किया जा सकता है।

फेज अड्वान्सर का एकमात्र दोष यह है कि यह 200 HP से कम शक्ति के छोटे मोटरों के लिए आर्थिक रूप से लाभदायक नहीं है।

सक्रिय पावर फैक्टर संशोधन

सक्रिय पावर फैक्टर संशोधन अधिक कुशल पावर फैक्टर नियंत्रण प्रदान करता है। आमतौर पर, यह 100W से अधिक शक्ति की आपूर्ति डिजाइन में उपयोग किया जाता है।

इस प्रकार का पावर फैक्टर संशोधन सर्किट डायोड, SCR (पावर इलेक्ट्रोनिक्स स्विच) जैसे उच्च आवृत्ति स्विचिंग तत्वों से युक्त होता है। ये तत्व सक्रिय तत्व होते हैं। इसलिए, इस विधि का नाम सक्रिय पावर फैक्टर संशोधन विधि रखा गया है।

पसिव पावर फैक्टर संशोधन में, सर्किट में उपयोग किए जाने वाले क्षमता और इंडक्टर जैसे ऋणात्मक तत्व नियंत्रित नहीं होते हैं। पसिव पावर फैक्टर संशोधन सर्किट में कोई नियंत्रण इकाई और स्विचिंग तत्व नहीं उपयोग किया जाता है।

सर्किट में उच्च स्विचिंग तत्व और नियंत्रण इकाई के उपयोग के कारण, सर्किट की लागत और जटिलता पसिव पावर फैक्टर संशोधन सर्किट की तुलना में बढ़ जाती है।

नीचे दिए गए सर्किट आरेख में सक्रिय पावर फैक्टर संशोधन सर्किट के मूल तत्व दिखाए गए हैं।

सक्रिय विद्युत कारक सुधारणा

सर्किट पैरामिटरहरूलाई नियन्त्रण गर्न, सर्किटमा एउटा नियन्त्रण युनिट प्रयोग गरिन्छ। यो इनपुट वोल्टेज र करेन्ट माप्छ। र यो फेज वोल्टेज र करेन्टमा स्विचिङ समय र ड्युटी साइकल फेरवाउँछ।

इन्डक्टर L लाई सोलिड-स्टेट स्विच Q द्वारा नियन्त्रण गरिन्छ। नियन्त्रण युनिटले सोलिड-स्टेट स्विच Q को (ON र OFF) नियन्त्रण गर्दछ।

जब स्विच ON हुन्छ, त्यस पछि इन्डक्टर करेन्ट ∆I+ बढ्छ। इन्डक्टरमा वोल्टेज पोलारिटी उल्टा हुन्छ र डायोड D1 द्वारा लोडमा ऊर्जा संचित गर्न छोडिन्छ।

जब स्विच OFF हुन्छ, त्यस पछि इन्डक्टर करेन्ट ∆I– घट्छ। एक चक्रमा पुरा परिवर्तन ∆I = ∆I+ – ∆I– हुन्छ। स्विचको ON र OFF समय नियन्त्रण युनिटले ड्युटी साइकल फेराउँदै नियन्त्रण गर्दछ।

ड्युटी साइकलको योग्य चयन गर्दै, हामी लोडमा आवश्यक करेन्टको आकार पाउँछ।

विद्युत कारक सुधारणाको आकार कसरी निर्धारण गर्ने?

विद्युत कारक सुधारणाको आकार निर्धारण गर्न, हामी अभिक्रियात्मक शक्ति (KVAR)को आवश्यकता गणना गर्नुपर्छ। र हामी त्यो आकारको क्षमता सिस्टेमसँग जोड्दछौं जसले अभिक्रियात्मक शक्ति आवश्यकता पूरा गर्ने।

KVARको आवश्यकता पाउनका दुई तरिका छन्।

टेबल गुणक विधि
गणना विधि

नाममा दिइएको गरी, टेबल गुणक विधिमा, हामी टेबलबाट सधैं गुणक निश्चित गर्न सक्छौं। हामी इनपुट शक्ति र गुणक गुणन गरेर आवश्यक KVAR पाउन सक्छौं।

table multiplier method

टेबल मल्टीप्लायर विधि

गणना विधि मा, हामी निम्न उदाहरण देखि मल्टीप्लायर को गणना गर्नुपर्छ।

उदाहरण:

१०-किलोवाट को इंडक्शन मोटरको पावर फ़क्टर ०.७१ लगत हुन्छ। यदि हामी यस मोटरलाई ०.९२ को पावर फ़क्टरमा चलाउन चाहेको छौं, क्षमता को आकार कति हुन्छ?

इनपुट पावर = १०किलोवाट
वास्तविक पावर फ़क्टर (cos φA) = ०.७१
आवश्यक पावर फ़क्टर (cos φR) = ०.९२

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

आवश्यक KVAR = इनपुट शक्ति x गुणक स्थिरांक

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

त्यसैले, ०.७१ बाट ०.९२ मा पावर फेक्टर सुधार गर्न ५.६५८ किलोवार रिएक्टिभ पावर आवश्यक छ। र प्रणालीसँग जोडिएको कपासिटरमा ५.६५८ किलोवार कपासिटन्स छ।

पावर फेक्टर सुधारको अनुप्रयोगहरू

पावर सिस्टम नेटवर्कमा, पावर फेक्टर नेटवर्कको गुणस्तर र प्रबंधनमा सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ। यो पावर सप्लाइको कार्यकारिता निर्धारण गर्छ।

पावर फेक्टर सुधार न हुने भएको लागि, लोडले स्रोतबाट उच्च राशिमा विद्युत धारा लिन्छ। यो नुकसान र विद्युत ऊर्जाको लागत बढाउँछ। पीएफसी उपकरण धारा र वोल्टेज लेखापट्टको फेसमा बनाउनको प्रयास गर्छ। यो प्रणालीको कार्यकारिता बढाउँदछ।
प्रसारण नेटवर्कमा, उच्च-पावर फेक्टर आवश्यक छ। उच्च-पावर फेक्टरको कारण, प्रसारण लाइनको नुकसान घट्यो र वोल्टेज विनियमन सुधार भइँछ।
आउटर मोटर औद्योगिक क्षेत्रमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिने उपकरण हो। ओभरहीटिङ रोक्न र मोटरको कार्यकारिता सुधार गर्न, कपासिटरहरूले रिएक्टिभ पावरको प्रभाव न्यूनीकरण गर्ने काम गर्छन्।
पीएफसी उपकरणले केबल, स्विचगियर, अल्टरनेटर, ट्रान्सफार्मर आदिमा उत्पन्न हुने ताप घटाउँदछ।
नेटवर्कको उच्च कार्यकारिताको कारण, हामीले थोरै ऊर्जा उत्पादन गर्नुपर्छ। यसले वातावरणमा कार्बन उत्सर्जन घटाउँछ।
पीएफसी उपकरणको प्रयोगले वोल्टेज ड्राप बहुतै घटाउँदछ।

थप: अस्ली लेखलाई सम्मान गर्नुहोस्, राम्रो लेखहरू साझा गर्ने लायक छन्, यदि उल्लंघन छ भने डिलिट गर्न योजना गर्नुहोस्।

लेखकलाई टिप दिनुहोस् र प्रोत्साहन दिनुहोस्

विषयहरू:

विद्युत प्रणालीहरू

प्रसारण

विशेषज्ञहरूको बारेमा

Electrical4u

China