Korekcija faktora snage: Šta je to? (Formula, kola i banka kondenzatora)

Polje: Osnovna elektronika

China

šta je korekcija faktora snage

Šta je korekcija faktora snage?

Korekcija faktora snage (takođe poznata kao PFC ili poboljšanje faktora snage) definisana je kao tehnika koja se koristi za poboljšanje faktora snage AC krugova smanjenjem reaktivne snage prisutne u krugu. Tehnike korekcije faktora snage imaju za cilj povećati efikasnost kruga i smanjiti struju koju potrošač povlači.

Opšteg govora, kondenzatori i sinhroni motori se koriste u krugovima da bi se smanjili induktivni elementi (i time reaktivna snaga). Ove tehnike se ne koriste za povećanje količine stvarne snage, već samo za smanjenje aparentne snage.

Drugim rečima, ona smanjuje fazni pomak između napona i struje. Stoga pokušava da održi faktor snage blizu jedinice. Najekonomičnija vrednost faktora snage je između 0.9 do 0.95.

Sada se postavlja pitanje, zašto je najekonomičnija vrednost faktora snage 0.95 umesto jediničnog faktora snage? Da li postoji neka nedostatak jediničnog faktora snage?

NE. Ne postoji nijedan nedostatak jediničnog faktora snage. Ali je teško i skupo instalirati opremu za jediničnu korekciju faktora snage.

Stoga električne kompanije i dobavljači snage pokušavaju da dostignu faktor snage u opsegu od 0.9 do 0.95 kako bi napravili ekonomični sistem. I ovaj opseg je dovoljan za sisteme snabdevanja strujom.

Ako AC krug ima visok induktivni opterećenje, faktor snage može biti ispod 0.8. I onda potrošač povlači više struje iz izvora.

Oprema za korekciju faktora snage smanjuje induktivne elemente i struju koju potrošač povlači iz izvora. To rezultira u efikasnijem sistemu i sprečava gubitke električne energije.

Zašto je potrebna korekcija faktora snage?

U DC kruzima, snaga potrošena od strane opterećenja jednostavno se izračunava množenjem napona i struje. Struja je proporcionalna primenjenom naponu. Stoga, potrošnja snage od strane otpornog opterećenja je linearna.

U AC kruzima, napon i struja su sinusne talase. Zato, amplituda i smer neprestano menjaju. U određenom trenutku, potrošnja snage predstavlja proizvod napona i struje u tom trenutku.

Ako AC krug ima induktivna opterećenja poput: vijak, čokot, solenoid, transformator; struja je van faze sa naponom. U ovim uslovima, stvarna potrošnja snage je manja od proizvoda napona i struje.

Zbog nelinearnih elemenata u AC kruzima, oni sadrže i otpornost i reaktanciju. Stoga, u ovim uslovima, razlika u fazi između struje i napona je važna prilikom izračunavanja snage.

Za čisto otporno opterećenje, napon i struja su u fazi. Ali za induktivno opterećenje, struja zakasne u odnosu na napon. I to stvara induktivnu reaktanciju.

U ovim uslovima, korekcija faktora snage je najpotrebnija kako bi se smanjio efekat induktivnog elementa i poboljšao faktor snage kako bi se povećala efikasnost sistema.

Formula za korekciju faktora snage

Pretpostavimo da je induktivno opterećenje povezano sa sistemom i operiše na faktor snage cosф1. Da bi se poboljšao faktor snage, potrebno je povezati opremu za korekciju faktora snage paralelno sa opterećenjem.

Shema ove konfiguracije prikazana je na sledecoj slici.

power factor correction example

Kondenzator pruža vodeći reaktivni komponent i smanjuje efekat zaostajućeg reaktivnog komponenta. Pre povezivanja kondenzatora, struja opterećenja je IL.

Kondenzator uzima struju IC koja vodi naponu za 90˚. Rezultujuća struja sistema je Ir. Ugao između napona V i IR je smanjen u odnosu na ugao između V i IL. Stoga, faktor snage cosф2 se poboljšava.

power factor correction phasor diagram

Dijagram fazora za korekciju faktora snage

Iz gornjeg dijagrama fazora, zaostajući komponent sistema se smanjuje. Dakle, kako bi se faktor snage promenio sa ф1 na ф2, struja opterećenja se smanjuje za IRsinф2.

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

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

Kapacitet kondenzatora za poboljšanje faktora snage je;

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

Korekcija fakora snage

Tehnike korekcije faktora snage uglavnom koriste kondenzator ili banku kondenzatora i sinkronni kondenzator. Prema opremi koja se koristi za korekciju faktora snage, postoje tri metode;

Banka kondenzatora
Sinkronni kondenzator
Fazni naprednik

Korekcija faktora snage pomoću banke kondenzatora

Kondenzator ili banka kondenzatora može biti povezana kao fiksna ili promenljiva vrednost kapacitansa. Povezuje se na indukcijski motor, distribucijski panel ili glavnu snabdevačku mrežu.

Fiksna vrednost kondenzatora je neprekidno povezana sa sistemom. Promenljiva vrednost kapacitansa menja količinu KVAR-a u skladu sa potrebama sistema.

Za korekciju faktora snage, banka kondenzatora se koristi za povezivanje sa opterećenjem. Ako je opterećenje trofazno, banka kondenzatora može biti povezana kao zvezda i delta veza.

Delta povezana banka kondenzatora

Dati dijagram strujne petlje pokazuje deltapovezanu banku kondenzatora sa trofaznim opterećenjem.

delta connected capacitor bank

Deltapovezana banka kondenzatora

Neka pronađemo jednačinu kondenzatora po fazi kada je povezan deltavom vezom. U deltavoj vezi, fazna naponska razlika (VP) i linijska naponska razlika (VL) su jednake.

$V_P = V_L$

Kapacitet po fazi (C∆) je dat kao;

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

Kondenzatorska banka sa zvezdastim spojem

Sledeći dijagram kola pokazuje kondenzatorsku banku sa zvezdastim spojem i trofaznu opterećenju.

Kondenzatorska banka sa zvezdastim spojem

U zvezdastom spoju, odnos između fazne napona (VP) i linijskog napona (VL) je;

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

Kapacitet po fazi (CY) dat je kao;

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

Iz navedenih jednačina;

$C_Y = 3 C_\Delta$

To znači da kapacitet potreban za zvezdastu vezu iznosi tri puta veći kapacitet od onog potrebnog za deltasti vezu. Takođe, radna fazna napona iznosi 1/√3 puta linijski napon.

Stoga, banka kondenzatora vezana deltastom vezom predstavlja dobro dizajnirano rešenje i to je razlog zašto se u trofaznom sistemu češće koristi banka kondenzatora vezana deltastom vezom.

Korekcija faktora snage pomoću sinkronog kondenzatora

Kada je sinkroni motor preopterećen, uzima vodeći tok i ponaša se kao kondenzator. Preopterećeni sinkroni motor koji radi bez opterećenja naziva se sinkroni kondenzator.

Kada se ovakav tip mašine poveže paralelno sa snabdevanjem, uzima vodeći tok i poboljšava faktor snage sistema. Shema povezivanja sinkronog kondenzatora sa snabdevanjem prikazana je na sledećoj slici.

power factor correction using synchronous condenser

Poboljšanje faktora snage korišćenjem sinkronog kondenzatora

Kada opterećenje ima reaktivni komponent, ono uzima zaostajući tok iz sistema. Da bi se neutralizovao tok, ovo uređenje se koristi da uzme vodeći tok.

synchronous condenser phasor diagram

Fazorski dijagram sinkronog kondenzatora

Pre povezivanja sinkronog kondenzatora, tok koji opterećenje uzima je IL a faktor snage je фL.

Kada se sinkroni kondenzator poveže, on uzima tok Im. U ovom stanju, rezultujući tok je I a faktor snage је фm.

Iz fazorskog dijagrama možemo uporediti oba ugla faktora snage (фL i фm). A фm је manji od фL. Stoga, cosфm je veći od cosфL.

Ovaj metod poboljšanja faktora snage koristi se u mestačkim postajama snabdevanja zbog sledećih prednosti.

Jačina struje koju motor potroši se menja variranjem polja ekscitacije.
Lako je ukloniti greške koje se javljaju u sistemu.
Termalna stabilnost zavojnice motora je visoka. Stoga je to pouzdan sistem za strujne krugove prekida.

Fazni naprednik

Indukcijski motor potroši reaktivnu struju zbog struje ekscitacije. Ako se koristi drugi izvor da pruži struju ekscitacije, zavojnica statora slobodna je od struje ekscitacije. Tako se može poboljšati faktor snage motora.

Ova aranžman može se ostvariti korišćenjem faznog naprednika. Fazni naprednik je jednostavan AC eksciter montiran na istom vratilu kao i motor i povezan sa rotor circuitom motora.

On pruža struju ekscitacije rotor circuitu na frekvenciji klizanja. Ako pružite više struje ekscitacije nego što je potrebno, indukcijski motor može raditi sa faktorom snage na vodeće strani.

Jedina nedostatak faznog naprednika jeste što nije ekonomičan za male motore, posebno ispod 200 HP.

Aktivna korekcija faktora snage

Aktivna korekcija faktora snage pruža efikasniju kontrolu faktora snage. Obično se koristi u dizajnu napajanja za više od 100W.

Ovaj tip korekcije faktora snage sastoji se od visokofrekventnih prekidača poput dioda, SCR (elektronskih prekidača snage). Ovi elementi su aktivni elementi. Zbog toga je ovaj metod nazvan aktivnom korekcijom faktora snage.

U pasivnoj korekciji faktora snage, reaktivni elementi poput kondenzatora i induktora koji se koriste u kolu su nekontrolisani. Pasivni kolo korekcije faktora snage ne koriste nijednu kontrolnu jedinicu ni prekidače.

Zbog korišćenja visokofrekventnih prekidača i kontrolne jedinice u kolu, cena i složenost kola su veće u poređenju sa pasivnim kolima korekcije faktora snage.

Sledeći dijagram pokazuje osnovne elemente aktivnog kola korekcije faktora snage.

aktivna korekcija faktora snage

Aktivna korekcija faktora snage

Za kontrolu parametara kruga koristi se kontrolni jedinica u krugu. Mjeri ulaznu naponsku i strujnu veličinu. I prilagođava vrijeme prekidača i faktor ispunjenja u fazi naponske i strujne veličine.

Indukcija L kontrolira se čvrstotijelom prekidačem Q. Kontrolna jedinica koristi se za upravljanje (UKLJUČENJE i ISKLJUČENJE) čvrstotijelog prekidača Q.

Kada je prekidač UKLJUČEN, struja indukcije povećava se za ∆I+. Napona na indukciji mijenja polaritet i oslobađa energiju putem diode D1 na opterećenje.

Kada je prekidač ISKLJUČEN, struja indukcije smanjuje se za ∆I–. Ukupna promjena tokom jednog ciklusa iznosi ∆I = ∆I+ – ∆I–. Vrijeme UKLJUČENJA i ISKLJUČENJA prekidača kontrolira se kontrolnom jedinicom mijenjanjem faktora ispunjenja.

Pravim odabirom faktora ispunjenja, možemo dobiti željeni oblik struje na opterećenje.

Kako odrediti veličinu korekcije faktora snage?

Da bismo odredili veličinu korekcije faktora snage, potrebno je izračunati potrebu za reaktivnom snagom (KVAR). I spajamo tu veličinu kapacitansa sa sistemom kako bismo zadovoljili potrebu za reaktivnom snagom.

Postoje dva načina da se utvrdi potreba za KVAR-om.

Metoda množitelja iz tablice
Metoda izračuna

Kao što naziv kaže, u metodi množitelja iz tablice, direktno možemo pronaći konstantu množitelja iz tablice. Direktno možemo pronaći potreban KVAR množenjem konstante sa ulaznom snagom.

metoda tabličnog množitelja

Metoda tabličnog množitelja

U metodi izračunavanja, potrebno je izračunati množitelj kao što je prikazano u sledećem primeru.

Primer:

Indukcijski motor od 10 kW ima faktor snage od 0,71 sa zakasnenjem. Ako treba da se ovaj motor pokreće sa faktorom snage od 0,92, kolika će biti veličina kondenzatora?

Ulazna snaga = 10 kW
Stvarni faktor snage (cos фA) = 0,71
Potreban faktor snage (cos фR) = 0,92

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

$\phi_1 = 44.765^\circ$

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

$\phi_2 = 23.073^\circ$

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

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

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

Potrebni KVAR = Ulazna snaga x Konstanta množitelja

$KVAR = 10 \times 0.5658$

$KVAR = 5.658$

Dakle, potrebna je reaktivna snaga od 5.658 KVAR kako bi se koeficijent snage poboljšao sa 0.71 na 0.92. Kapacitor povezan s sistemom ima kapacitet od 5.658 KVAR.

Primene korekcije koeficijenta snage

U mreži napajanja, koeficijent snage igra najvažniju ulogu u kvalitetu i upravljanju sistemom. On određuje efikasnost opskrbe strujom.

Bez korekcije koeficijenta snage, opterećenje crpi veliku struju iz izvora. To povećava gubitke i troškove električne energije. Oprema za korekciju koeficijenta snage pokušava da uskladi talase struje i napon. To će povećati efikasnost sistema.
U mreži prenosa, visok koeficijent snage je neophodan. Zbog visokog koeficijenta snage, gubitci prenosnih linija se smanjuju i poboljšava regulacija napona.
Indukcijski motori su široko korišćena oprema u industriji. Da bi se izbeglo pregrejavanje i poboljšala efikasnost motora, koriste se kondenzatori kako bi se umanjio uticaj reaktivne snage.
Oprema za korekciju koeficijenta snage smanjuje generisanje toplote u kablama, prekidačima, alternatorima, transformatorima itd.
Zbog visoke efikasnosti mreže, potrebno je generisati manje energije. To smanjuje emisiju ugljičnog dioksida u atmosferu.
Pad napona značajno se smanjuje korišćenjem opreme za korekciju koeficijenta snage u sistemu.

Izjava: Poštovati original, dobre članke vredno je deliti, ako postoji kršenje autorskih prava molim da se obrisu.

Dajte nagradu i ohrabrite autora

Teme:

Sistemi snabdevanja električnom energijom

Transmisija

О експертима

Electrical4u

China