Korekcija faktorja moči: Kaj je to? (Formula, vezje in banki kondenzatorjev)

Kaj je popravilo koeficienta moči?

Popravilo koeficienta moči (tudi znano kot PFC ali izboljšanje koeficienta moči) je definirana kot tehnika, uporabljena za izboljšanje koeficienta moči AC krmil z zmanjševanjem reaktivne moči v krmilu. Tehnike popravila koeficienta moči imajo za cilj povečati učinkovitost krmila in zmanjšati tok, ki ga potrebuje obremenitev.

Splošno se v krmilih uporabljajo kondenzatorji in sinhroni motorji, da se zmanjšajo induktivni elementi (in s tem tudi reaktivna moč). Te tehnike niso namenjene povečanju količine resne moči, temveč le zmanjšanju prikazne moči.

Z drugimi besedami, zmanjšuje fazni zamik med napetostjo in tokom. Poskuša tako ohraniti koeficient moči blizu enote. Najbolj ekonomična vrednost koeficienta moči je med 0,9 in 0,95.

Vprašanje, zakaj je ekonomična vrednost koeficienta moči 0,95 namesto enote? Ali ima enota kakšne nedodatke?

NE. Ni nobenega nedodatka enotnega koeficienta moči. Vendar je težko in dragoceno namestiti opremo za enotno PFC.

Zato poskušajo podjetja za oskrbo s strmo in energijo doseči koeficient moči v obsegu 0,9 do 0,95, da bi ustvarili ekonomsko sistem. In ta obseg je dovolj dober za sistem s strmo.

Če ima AC krmilo visoko induktivno obremenitev, se lahko koeficient moči nahaja pod 0,8. In potrebuje več toka iz vira.

Oprema za popravilo koeficienta moči zmanjša induktivne elemente in tok, ki ga potrebuje vir. To prinaša učinkovit sistem in preprečuje izgubo električne energije.

Zakaj je potrebno popravilo koeficienta moči?

V tokokrogih je moč, ki se izgubi v obremenitvi, enostavno izračunana z množenjem napetosti in toka. Tok je sorazmeren s podano napetostjo. Zato je izguba moči v upornem obremenitvi linearna.

V nihanjuh krogih so napetost in tok sinusne valovne oblike. Sleda temu, da se njuna velikost in smer neprestano spreminjata. V določenem trenutku je izguba moči zmnožek napetosti in toka v tem trenutku.

Če ima nihanjski krog induktivna obremenitev, kot so navoji, čevlji, solenoidi, transformator, je tok zaradi faze odmaknjen od napetosti. V tej situaciji je dejanska izguba moči manjša od produkta napetosti in toka.

Zaradi nelinearnih elementov v nihanjskih krogih vsebujejo tako upor kot tudi reaktancno. Zato je pri izračunu moči pomembno upoštevati fazni razliko med tokom in napetostjo.

Pri čistem upornem obremenitvi sta napetost in tok v fazi. Pri induktivnem obremenitvi pa je tok zamaknjen za napetostjo. To ustvari induktivno reaktancno.

V tej situaciji je najbolj potrebna popravila faktorja moči, da se zmanjša učinek induktivnega elementa in izboljša faktor moči, kar poveča učinkovitost sistema.

Formula za popravilo faktorja moči

Predpostavimo, da je induktivno obremenitev povezana s sistemom in deluje na faktorju moči cosф1. Za izboljšanje faktorja moči moramo povezati opremo za popravilo faktorja moči vzporedno s to obremenitvijo.

Shema te postavitve je prikazana na spodnjem prikazu.

Kondenzator kondenzator zagotavlja napredujoč reaktivni sestavni del in zmanjša vpliv zaostalega reaktivnega sestavnega dela. Pred povezavo kondenzatorja je tok naložbe IL.

Kondenzator vzame tok IC, ki vodi napetost za 90˚. Rezultirajoči tok sistema je Ir. Kot med napetostjo V in IR je manjši v primerjavi z kotom med V in IL. Torej, faktor moči cosф2 se izboljša.

Iz zgornjega fazorskega diagrama je zmanjšan zaostali sestavni del sistema. Zato, da spremenimo faktor moči od ф1 na ф2, je tok naložbe zmanjšan za IRsinф2.

Kapacitivna kapaciteta za izboljšanje faktorja moči je;

Šema za korekcijo faktorja moči

Tehnike korekcije faktorja moči predvsem uporabljajo kondenzator ali skupino kondenzatorjev in sinkronni kondenzator. Glede na opremo, ki se uporablja za korekcijo faktorja moči, obstajajo tri metode;

• Skupina kondenzatorjev

• Sinkronni kondenzator

• Fazni napredujevalnik

Korekcija faktorja moči z uporabo skupine kondenzatorjev

Kondenzator ali skupina kondenzatorjev se lahko poveže kot fiksna ali spremenljiva vrednost kapacitance. Povezan je s indukcijskim motorjem, distribucijskim pultom ali glavnim oskrbovanjem.

Fiksna vrednost kondenzatorja je neprekinjeno povezana z sistemom. Spremenljiva vrednost kapacitance spreminja količino KVAR glede na potrebe sistema.  

Za popravilo faktorja moči se uporablja banka kondenzatorjev, ki se poveže z obremenitvijo. Če je obremenitev trofazna obremenitev, lahko banka kondenzatorjev poveže kot zvezda in delta povezava.

Banka kondenzatorjev s delta povezavo

Spodnji shematski prikaz pokazuje banko kondenzatorjev s delta povezavo in trofazno obremenitev.

Najdemo enačbo kapacitance po fazi, ko je povezana z delta povezavo. Pri delta povezavi sta fazna napetost (VP) in črtna napetost (VL) enaki.

Kapacitanca po fazi (C∆) je dana kot;

Kondenzatorska banka z zvezdasto povezavo

Spodnji shematični diagram prikazuje kondenzatorsko banko z zvezdasto povezavo in trofaznim obremenitvijo.

V zvezdasti povezavi je odnos med faznim naponom (VP) in črtnim naponom (VL) naslednji:

Kapaciteta na fazo (CY) je podana kot;

Iz zgornjih enačb sledi;

To pomeni, da je kapaciteta, ki jo potrebujemo v zvezni vezavi, trikrat večja od kapacitete, ki jo potrebujemo v trikotniški vezavi. Prav tako je operativna fazna napetost 1/√3 krat večja od črtevne napetosti.

Zato je trikotniška vezava kondenzatorjev dober dizajn in zato se v trifozi sistemu pogosteje uporabljajo trikotniško vezane kondenzatorje.

Popravljanje faktorja moči z sinhronnim kondenzatorjem

Ko je sinhronni motor preobogaten, prevzame vodilni tok in se obnaša kot kondenzator. Sinhronni motor, ki teče brez optične naloge, se imenuje sinhronni kondenzator.

Ko ta vrsta stroja povežemo vzporedno z oskrbo, vodi naprejjošči tok. To izboljša faktor moči sistema. Povezna shema sinhronnega kondenzatorja z oskrbo je prikazana na spodnji sliki.

Ko ima obremenitev reaktivni komponent, potiska zaostal tok iz sistema. Za izenačenje toka se ta naprava uporablja za prevzem naprejjoščega toka.

Pred povezavo sinhronnega kondenzatorja je tok, ki ga potise obremeni, IL, in faktor moči je фL.

Ko je sinhronni kondenzator povezan, prevzame tok Im. V tej situaciji je rezultirajoči tok I in faktor moči je фm.

Iz fazorskega diagrama lahko primerjamo oba kota faktorja moči (фL in фm). In фm je manjši od фL. Torej je cosфm večji od cosфL.

Ta metoda izboljševanja faktorja moči se uporablja na velikih oskrbnih postajah zaradi naslednjih prednosti.

• Velikost toka, ki ga vleče motor, se spreminja z varičevanjem magnetnega vzbuževanja.

• Težave, ki se pojavijo v sistemu, je enostavno odstraniti.

• Termalna stabilnost vinčev motorja je visoka. Zato je to zaupanja vreden sistem za tokove pri kratkem zaprtju.

Fazni napreduvalnik

Indukcijski motor vleče reaktivni tok zaradi vzbuževalnega toka. Če za vzbuževalni tok uporabimo drugo vir, je vinčev statorja brez vzbuževalnega toka. In faktor moči motorja se lahko izboljša.

Ta postavitev je mogoča s pomočjo faznega napreduvalnika. Fazni napreduvalnik je preprost AC vzbuževalnik, nameščen na istem vratilu kot motor in povezan s rotorjem motorja.

Pruža vzbuževalni tok rotorju na frekvenci klizanja. Če zagotovite več vzbuževalnega toka, kot je potrebno, se indukcijski motor lahko upravlja na vodilni faktor moči.

Edina slabost faznega napreduvalnika je, da ni ekonomičen za male motore, posebno pod 200 HP.

Aktivna korekcija faktorja moči

Aktivna korekcija faktorja moči omogoča bolj učinkovito nadziranje faktorja moči. Običajno se uporablja v projektiranju napajal za več kot 100W.

Ta vrsta korekcije faktorja moči sestoji iz viškofrekvenčnih preklapljalnih elementov, kot so dioda, SCR (preklapljalne elektronike). Ti elementi so aktivni elementi. Zato se ta metoda imenuje aktivna korekcija faktorja moči.

Pri pasivni korekciji faktorja moči se v vezju uporabljajo nekontrolirani reaktivni elementi, kot so kondenzatorji in dušeni členi. Pasivna korekcija faktorja moči ne uporablja nobenih kontrolnih enot ali preklapljalnih elementov.

Zaradi uporabe viškofrekvenčnih preklapljalnih elementov in kontrolnih enot je strošek in kompleksnost vezja pri aktivni korekciji faktorja moči višja v primerjavi z pasivno korekcijo faktorja moči.

Spodnja shema prikazuje osnovne elemente vezja za aktivno korekcijo faktorja moči.

Za nadzor parametrov kruga se uporablja enota za nadzor v krugu. Meri vhodno napetost in tok. In prilagaja čas vklopa in dolžino impulza v fazni napetosti in toku.

Induktor L je nadziran z tranzistorjem Q. Enota za nadzor se uporablja za nadzirati (VKLOP in IZKLOP) tranzistorja Q.

Ko je ključ VKLJUČEN, se tok skozi induktor poveča za ∆I+. Napetost na induktorju obrne polarnost in sprošča energijo preko diode D1 na optro.

Ko je ključ IZKLJUČEN, se tok skozi induktor zmanjša za ∆I–. Skupna sprememba v enem ciklu je ∆I = ∆I+ – ∆I–. Čas VKLOPA in IZKLOPA ključa nadzira enota za nadzor s spreminjanjem dolžine impulza.

S pravilnim izbirom dolžine impulza lahko dobimo želeno obliko toka na optro.

Kako določiti velikost korekcije faktorja moči?

Za določitev velikosti korekcije faktorja moči moramo izračunati potrebo po reaktivni moči (KVAR). In povežemo to velikost kapacitance s sistemom, da bi zadovoljili povpraševanje po reaktivni moči.

Obstajata dva načina za ugotavljanje potrebe po KVAR.

• Metoda množitelja iz tabele

• Razčlenitvena metoda

Kot ime nakazuje, pri metodi množitelja iz tabele lahko neposredno najdemo konstanto množitelja iz tabele. Neposredno lahko najdemo zahtevan KVAR z množenjem konstante z vhodno močjo.

V metodi računanja moramo izračunati množitelj, kot je prikazano v spodnjem primeru.

Primer:

Indukcijski motor z močjo 10 kW ima faktor moči 0,71. Če želimo, da ta motor deluje z faktorjem moči 0,92, kakšna bo velikost kondenzatorja?

Vhodna moč = 10 kW
Dejanski faktor moči (cos фA) = 0,71
Zahtevani faktor moči (cos фR) = 0,92

Zahtevani KVAR = Vhodna moč x Konstanta množitelja

Torej, za izboljšanje faktorja moči s 0,71 na 0,92 je potrebna reaktivna moč 5,658 KVAR. In kondenzator, povezan z sistemom, ima kapacitivnost 5,658 KVAR.

Uporaba popravka faktorja moči

V omrežju električne energije igra faktor moči ključno vlogo pri kakovosti in upravljanju sistema. Določa učinkovitost oskrbe z energijo.

• Brez popravka faktorja moči obremenitev izvzema visok tok iz vira. To poveča izgube in stroške električne energije. Oprema za popravek faktorja moči poskuša postaviti valni oblik toka in napetosti v fazi. To bo povečalo učinkovitost sistema.

• V prenosnem omrežju je potreben visok faktor moči. Zaradi visokega faktorja moči se zmanjšajo izgube prenosnih črt in izboljša regulacija napetosti.

• Indukcijski motori so široko uporabljeni opremi v industriji. Za izogibanje pregrevanju in izboljšanje učinkovitosti motorja se uporabljajo kondenzatorji, da zmanjšajo učinek reaktivne moči.

• Oprema za popravek faktorja moči zmanjša generiranje toplote v kabelih, preklopnih napravah, alternatorjih, transformatorjih itd.

• Zaradi visoke učinkovitosti omrežja moramo generirati manj energije. To zmanjša izpust CO2 v atmosfero.

• Padec napetosti značilno zmanjša z uporabo opreme za popravek faktorja moči v sistemu.

Izjava: Spoštujte original, dobre članke je vredno deliti, v primeru kršitve avtorskih pravic se obrnite za odstranitev.