Effektfaktorkorreksjon: Hva er det? (Formel, sirkuit og kondensatorbanker)

Hva er effektfaktorkorreksjon?

Effektfaktorkorreksjon (også kjent som PFC eller forbedring av effektfaktor) defineres som en teknikk brukt for å forbedre effektfaktoren i AC-kretser ved å redusere den reaktive effekten i kretsen. Målet med effektfaktorkorreksjonsteknikker er å øke effektiviteten i kretsen og redusere strømforbruket til belastingen.

Generelt brukes kondensatorer og synkronmotorer i kretser for å redusere de induktive elementene (og dermed den reaktive effekten). Disse teknikkene brukes ikke for å øke mengden virkelig effekt, bare for å redusere den synlige effekten.

Med andre ord, reduserer det faseskiftet mellom spennings og strøm. Så forsøker det å holde effektfaktoren nær enhet. Den mest økonomiske verdien av effektfaktoren ligger mellom 0,9 til 0,95.

Nå oppstår spørsmålet, hvorfor er den økonomiske verdien av effektfaktoren 0,95 i stedet for enhetsverdien av effektfaktoren? Er det noen ulemper med enhetsverdien av effektfaktoren?

NEI. Det er ikke en eneste ulempe med enhetsverdien av effektfaktoren. Men det er vanskelig og kostbart å installere enhets-PFC-utstyr.

Derfor prøver nettverksselskap og strømforsyningsbedrifter å sette effektfaktoren i et område på 0,9 til 0,95 for å skape et økonomisk system. Og dette området er godt nok for et strømsystem.

Hvis AC-kretsen har en høy induktiv last, kan effektfaktoren ligge under 0,8. Og den trekker mer strøm fra kilden.

Effektfaktorkorreksjonsutstyr reduserer induktive elementer og strømforbruk fra kilden. Dette resulterer i et effektivt system og forebygger tap av elektrisk energi.

Hvorfor trengs effektfaktorkorreksjon?

I DC-sirkuit, er effekten som forbrukes av en last enkelt regnet ut ved å multiplisere spenning og strøm. Og strømmen er proporsjonal med den påførte spenningen. Derfor er effektforbruket av den resistive lasten lineært.

I AC-sirkuit, er spenning og strøm sinusformete bølger. Dermed endrer størrelse og retning seg kontinuerlig. På et bestemt tidspunkt, er effekten som forbrukes en multiplikasjon av spenning og strøm på det tidspunktet.

Hvis et AC-sirkuit har induktive laster som; vikling, chowk spoler, solenoide, transformator; er strømmen ut av fase med spenningen. I denne situasjonen, er den faktiske effekten som forbrukes mindre enn produktet av spenning og strøm.

På grunn av ikke-lineære elementer i AC-sirkuit, inneholder det både motstand og reaktans. Derfor, i denne situasjonen, er fasen forskjellen mellom strøm og spenning viktig når man regner ut effekten.

For ren resistiv last, er spenning og strøm i fase. Men for induktiv last, følger strømmen etter spenningen. Og dette skaper induktiv reaktans.

I denne situasjonen, er korrigerende effektfaktor mest nødvendig for å redusere effekten av det induktive elementet og forbedre effektfaktoren for å øke systemets effektivitet.

Formel for effektfaktorkorreksjon

La oss anta at en induktiv last er koblet til systemet og opererer med effektfaktor cosф1. For å forbedre effektfaktoren, må vi koble effektfaktorkorreksjonutstyr parallelt med lasten.

Kretsdiagrammet for denne oppsettet vises nedenfor.

Kondensatoren leverer en førende reaktiv komponent og reduserer effekten av en etterløpande reaktiv komponent. Før kondensatoren kobles til, er laststrømmen IL.

Kondensatoren tar strøm IC som fører spenning med 90˚. Og det resulterende strømmålet i systemet er Ir. Vinkelen mellom spenningen V og IR er redusert sammenlignet med vinkelen mellom V og IL. Dermed blir effektforholdet cosф2 forbedret.

Fra ovenstående fasordiagram ser vi at den etterløpande komponenten i systemet er redusert. For å endre effektforholdet fra ф1 til ф2, reduseres laststrømmen med IRsinф2.

Kapasitansen til kondensator for å forbedre effektfaktoren er;

Kretser for effektfaktorkorreksjon

Metoder for effektfaktorkorreksjon bruker hovedsakelig kondensator eller kondensatorbank og synkron kondenser. Avhengig av utstyr som brukes for å korrigere effektfaktoren, finnes det tre metoder;

• Kondensatorbank

• Synkron kondenser

• Faseforanlegg

Effektfaktorkorreksjon ved hjelp av kondensatorbank

Kondensator eller kondensatorbank kan kobles som fast eller variabel kapasitans. Den kobles til en induksjonsmotor, distribusjonspanel eller hovedstrømforsyning.

Den faste verdien kondensator er kontinuerlig koblet til systemet. En variabel verdien kapasitans varierer mengden KVAR i henhold til systemets behov.  

For effektfaktorkorreksjon brukes kondensatorbanken for å koble til belastningen. Hvis belastningen er en tre-fase belastning, kan kondensatorbanken kobles som stjerne- og deltaforbindelse.

Delta-koblet kondensatorbank

Følgende kretsdiagram viser delta-koblet kondensatorbank med en tre-fase belastning.

La oss finne ligningen for kondensator per fase når den er koblet i deltakonfigurasjon. I deltakonfigurasjon er fasespennings (VP) og linjespenning (VL) like.

Kapasitansen per fase (C∆) er gitt som:

Kondensatorbank med stjernekobling

Følgende kretsdiagram viser en kondensatorbank med stjernekobling og en tre-fase belastning.

I stjernekoblingen er forholdet mellom fase spenning (VP) og linjespenning (VL) som følger:

Kapasitansen per fase (CY) er gitt som;

Fra de ovennevnte ligningene;

Dette betyr at kapasitansen som kreves i stjernetilkoblingen er tre ganger større enn kapasitansen som kreves i deltillikoblingen. Dessuten er driftsfasevoltage 1/√3 ganger linjespenningen.

Derfor er en deltillikoblede kondensatorbank et godt design, og det er grunnen til at deltillikoblede kondensatorbanker brukes mer i nettverket i tre-fase forbindelser.

Korreksjon av effektfaktor ved bruk av synkron kondensator

Når en synkron motor overføres, tar den ledende strøm og oppfører seg som en kondensator. En overført synkron motor som kjører uten last, kalles for en synkron kondensator.

Når denne typen maskin kobles parallelt til strømforsyningen, tar den en ledende strøm. Dette forbedrer kraftfaktoren i systemet. Koblingsdiagrammet for synkron kondensator med strømforsyning er vist i figuren nedenfor.

Når belastningen har en reaktiv komponent, trekker den en etterløpende strøm fra systemet. For å neutralisere strømmen, brukes denne enheten for å ta en ledende strøm.

Før synkron kondensatoren kobles, er strømmen som belastningen trekker IL og kraftfaktoren er фL.

Når synkron kondensatoren kobles, tar den strøm Im. I denne situasjonen er den resulterende strømmen I, og kraftfaktoren er фm.

Fra fasordiagrammet kan vi sammenligne begge kraftfaktorvinkler (фL og фm). Og фm er mindre enn фL. Dermed er cosфm større enn cosфL.

Denne typen metode for forbedring av kraftfaktor brukes på store strømforsyningsstasjoner på grunn av følgende fordeler.

• Størrelsen på strømmen som motoren trenger, endres ved å variere feltets oppladning.

• Det er lett å fjerne feil som oppstår i systemet.

• Termisk stabilitet i motorvindingen er høy. Derfor er det et pålitelig system for kortslutningsstrømmer.

Fasefremmover

Induksjonsmotor trenger reaktiv strøm på grunn av oppladningsstrøm. Hvis en annen kilde brukes for å gi oppladningsstrøm, blir statorvinding fri for oppladningsstrøm. Og effektfaktoren til motoren kan forbedres.

Denne oppsettet kan gjøres ved hjelp av fasefremmover. Fasefremmover er en enkel AC-opplader montert på samme akse som motoren og koblet til rotorsirkuitet av motoren.

Den gir oppladningsstrøm til rotorsirkuitet ved glippfrekvens. Hvis du gir mer oppladerstrøm enn nødvendig, kan induksjonsmotoren drives med ledende effektfaktor.

Den eneste ulempe med fasefremmover er at den ikke er økonomisk for små motorer, spesielt under 200 HP.

Aktiv effektfaktorkorreksjon

Aktiv effektfaktorkorreksjon gir mer effektiv effektfaktorkontroll. Generelt brukes den i strømforsyningsdesign for over 100W.

Denne typen effektfaktorkorreksjonssirkuit består av høyfrekvente skivelementer som dioder, SCR (effektelektroniske skruer). Disse elementene er aktive elementer. Derfor kalles denne metoden aktiv effektfaktorkorreksjon.

I passiv effektfaktorkorreksjon brukes reaktive elementer som kondensatorer og spoler i sirkuitet uten kontroll. Som passiv effektfaktorkorreksjonssirkuit ikke bruker noen kontroleenhet eller skivelementer.

På grunn av de høyfrekvente skivelementene og kontroleenheter som brukes i sirkuitet, øker kostnaden og kompleksiteten av sirkuitet sammenlignet med passiv effektfaktorkorreksjonssirkuit.

Følgende sirkuitskjema viser de grunnleggende elementene i et aktivt effektfaktorkorreksjonssirkuit.

For å kontrollere kretsparametrene, brukes en kontrollenhet i kretsen. Den måler inngangsspenningen og strømmen. Og den justerer slukketidspunktet og tidsforholdet i fase-spenning og -strøm.

Spenningsinduktoren L styres av fasttilstands-bryter Q. Kontrollenheten brukes for å kontrollere (PÅ og AV) fasttilstands-bryteren Q.

Når bryteren er PÅ, øker induktorstrommen med ∆I+. Spenningen over induktoren reverserer polariteten og slipper ut energi via dioden D1 til belastningen.

Når bryteren er AV, minker induktorstrommen med ∆I–. Total endring under et sirkelgang er ∆I = ∆I+ – ∆I–. Tiden for PÅ og AV for bryteren styres av kontrollenheten ved å endre tidsforholdet.

Ved riktig valg av tidsforhold, kan vi få ønsket form på strømmen til belastningen.

Hvordan bestemme størrelsen på effekt faktor korreksjon?

For å bestemme størrelsen på effekt faktor korreksjon, må vi regne ut behovet for reaktiv effekt (KVAR). Og vi kobler denne størrelsen av kapasitans til systemet for å møte behovet for reaktiv effekt.

Det finnes to måter å finne KVAR-behovet på.

• Tabellmultiplikator-metode

• Beregning-metode

Som navnet antyder, kan vi i tabellmultiplikator-metoden direkte finne en multiplikatorkonstant fra en tabell. Vi kan direkte finne det nødvendige KVAR ved å multiplisere konstanten med inngangseffekten.

I beregningsmetoden må vi regne ut multiplikatoren som vist i eksemplet nedenfor.

Eksempel:

En induksjonsmotor på 10 kW har en effektfaktor på 0,71 forsinket. Hvis vi ønsker å kjøre denne motoren med en effektfaktor på 0,92, hva vil størrelsen på kondensatoren være?

Inngangseffekt = 10 kW
Faktisk effektfaktor (cos φA) = 0,71
Ønsket effektfaktor (cos φR) = 0,92

Nødvendig KVAR = Inngangseffekt x Multiplikasjonskonstant

Derfor er 5,658 KVAR reaktiv effekt nødvendig for å forbedre effektfaktoren fra 0,71 til 0,92. Og kondensatoren koblet til systemet har en kapasitans på 5,658 KVAR.

Anvendelser av effektfaktorkorreksjon

I et strømsystemspenn, spiller effektfaktoren en viktig rolle for kvaliteten og administrasjonen av systemet. Den bestemmer effektiviteten av strømforsyningen.

• Uten effektfaktorkorreksjon trekker belastningen en høy strømstyrke fra kilden. Dette øker tapene og kostnaden for elektrisk energi. PFC-utstyr prøver å gjøre strøm- og spenningbølgetider i fase. Dette vil øke systemets effektivitet.

• I overføringsnettverket er en høy effektfaktor nødvendig. På grunn av høy effektfaktor, minker tapene i overføringslinjen og forbedrer spenningreguleringen.

• Induksjonsmotorer er vidt brukte utstyr i industri. For å unngå overoppvarming og forbedre motorers effektivitet, brukes kondensatorer for å mildne effekten av reaktiv effekt.

• PFC-utstyr reduserer varmegenerering i kabler, brytere, alternatorer, transformatorer, osv.

• På grunn av høyere effektivitet i nettverket, trenger vi å generere mindre energi. Dette reduserer karbonutslipp til atmosfæren.

• Spenningsfall reduseres betraktelig ved bruk av PFC-utstyr i systemet.

Erklæring: Respektér den opprinnelige, gode artikkel verdt deling, hvis det er overtredelse kontakt slett.