A teljesítménytényező növelése szinuszos áramkörökben

A legtöbb modern villamosenergia-fogyasztó terhelése induktív, amelynek áramai elmaradnak a forrásfeszültségtől. Tehát az indukciós motorokhoz transzformátorok, hegesztőgépek és más meddőáram szükséges ahhoz, hogy az elektromos gépekben forgó mágneses mezőt, a transzformátorokban pedig váltakozó mágneses fluxust hozzanak létre.

Az ilyen fogyasztók aktív teljesítménye az adott áram- és feszültségértékeknél a cosφ-től függ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

A teljesítménytényező csökkenése az áramerősség növekedéséhez vezet.

Koszinusz phi különösen nagymértékben csökken, ha a motorok és transzformátorok alapjáraton vagy nagy terhelés alatt állnak. Ha a hálózat meddőáramú, akkor a generátor, a transzformátor alállomások és a hálózatok teljesítménye nincs teljesen kihasználva. A cosφ csökkenésével jelentősen nőnek energiaveszteség elektromos készülékek vezetékeinek és tekercseinek fűtésére.

Például, ha a valós teljesítmény állandó marad, akkor cosφ= 1-nél 100 A-es árammal látjuk el, majd cosφ 0,8-ra csökkenésével és azonos teljesítmény mellett 1,25-szörösére nő az áramerősség a hálózatban (I = Innetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Veszteségek a fűtési hálózat vezetékein és egy generátor (transzformátor) tekercsei Pload = I2nets x Rnets arányosak az áram négyzetével, azaz 1,252 = 1,56-szorosára nőnek.

Cosφ= 0,5 esetén az azonos aktív teljesítményű hálózatban az áramerősség 100 / 0,5 = 200 A, és a hálózat veszteségei 4-szeresére (!) nőnek. Növekszik hálózati feszültségveszteségekami megzavarja a többi felhasználó normál működését.

A felhasználó mérője minden esetben ugyanannyi elfogyasztott aktív energiát jelez időegységenként, de a második esetben a generátor az elsőnél kétszeres árammal táplálja a hálózatot. A generátor terhelését (termikus üzemmód) nem a fogyasztók aktív teljesítménye határozza meg, hanem a kilovolt-amperben megadott összteljesítmény, azaz a feszültség szorzata áramerősségátfolyik a tekercseken.

Ha az Rl vonal vezetékeinek ellenállását jelöljük, akkor a benne lévő teljesítményveszteség a következőképpen határozható meg:

Ezért minél nagyobb a felhasználó, annál kisebb az áramveszteség a vezetékben, és annál olcsóbb a villamos energia átvitele.

A teljesítménytényező azt mutatja meg, hogy a forrás névleges teljesítményét hogyan használják fel. Tehát a vevő 1000 kW φ= 0,5 melletti ellátásához a generátor teljesítményének S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, cosφ = 1 C = 1000 kVA mellett kell lennie.

Ezért a teljesítménytényező növelése növeli a generátorok teljesítmény-kihasználását.

A teljesítménytényező (cosφ) növelésére elektromos berendezéseket használnak meddőteljesítmény kompenzáció.

A teljesítménytényező növelése (a φ szög csökkentése – az áram és a feszültség fáziseltolása) a következő módokon érhető el:

1) kis terhelésű motorok cseréje kisebb teljesítményű motorokra,

2) feszültség alatt

3) az üresjárati motorok és transzformátorok lekapcsolása,

4) speciális kiegyenlítő eszközök beépítése a hálózatba, amelyek a vezető (kapacitív) áram generátorai.

Ebből a célból szinkron kompenzátorokat - szinkron túlgerjesztett villanymotorokat - speciálisan az erős regionális alállomásokon telepítenek.

Szinkron kompenzátorok

Az erőművek hatásfokának növelésére a leggyakrabban használt kondenzátortelepeket az induktív terheléssel párhuzamosan kapcsolják (2. a ábra).

Rizs. 2 Kondenzátorok bekapcsolása meddőteljesítmény kompenzációhoz: a — áramkör, b, c — vektordiagramok

A cosφ kompenzálására több száz kVA-ig használhatók az elektromos berendezésekben koszinusz kondenzátorok… 0,22 és 10 kV közötti feszültségre gyártják.

A kondenzátor kapacitása, amely a cosφ meglévő cosφ1 értékről a szükséges cosφ2 értékre növeléséhez szükséges, a diagramból határozható meg (2. b, c ábra).

A vektordiagram felépítésénél a forrásfeszültség vektorát veszik kezdeti vektornak. Ha a terhelés induktív, akkor az Az1 áramvektor lemarad a φ1Aza feszültségvektor szögétől, amely irányában egybeesik a feszültséggel, az áram reaktív összetevője pedig 90 ° -kal elmarad tőle (2. b ábra).

Miután a kondenzátortelepet csatlakoztattuk a felhasználóhoz, az Az áramerősséget az Az1 és az Az° C vektorok geometriai összegeként határozzuk meg... Ebben az esetben a kapacitív áramvektor 90 ° -kal megelőzi a feszültségvektort (2. ábra, c) . Ez a φ2 <φ1 vektordiagramot mutatja, azaz. a kondenzátor bekapcsolása után a teljesítménytényező cosφ1-ről cosφ2-re nő

Egy kondenzátor kapacitása az áramok vektordiagramjával számítható ki (2. c. ábra) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Tekintettel arra, hogy P = UI, felírjuk a kondenzátor kapacitását C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

A gyakorlatban a teljesítménytényezőt általában nem 1,0-ra, hanem 0,90-0,95-re növelik, mivel a teljes kompenzációhoz további kondenzátorok beszerelése szükséges, ami gyakran gazdaságilag nem indokolt.