Creșterea factorului de putere în circuitele de curent sinusoidal

Majoritatea consumatorilor moderni de energie electrică au o natură inductivă a sarcinii, ai cărei curenți sunt în urmă cu tensiunea sursei. Deci, pentru motoarele cu inducție, transformatoare, aparate de sudat iar alt curent reactiv este necesar pentru a crea un câmp magnetic rotativ în mașinile electrice și un flux magnetic alternativ în transformatoare.

Puterea activă a unor astfel de consumatori la valorile date de curent și tensiune depinde de cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

O scădere a factorului de putere duce la o creștere a curentului.

Cosinus phi este redusă în special atunci când motoarele și transformatoarele sunt la ralanti sau sub sarcină mare. Dacă rețeaua are curent reactiv, puterea generatorului, a stațiilor de transformare și a rețelelor nu este utilizată pe deplin. Pe măsură ce cosφ scade, acestea cresc semnificativ pierdere de energie pentru încălzirea firelor și bobinelor dispozitivelor electrice.

De exemplu, dacă puterea reală rămâne constantă, este asigurată cu un curent de 100 A la cosφ= 1, apoi cu cosφ în scădere la 0,8 și aceeași putere, curentul din rețea crește de 1,25 ori (I = Rețea x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Pierderi pe firele rețelei de încălzire și înfășurările unui generator (transformator) Pload = I2nets x Rnets sunt proporționale cu pătratul curentului, adică cresc de 1,252 = 1,56 ori.

La cosφ= 0,5, curentul în rețea cu aceeași putere activă este egal cu 100 / 0,5 = 200 A, iar pierderile în rețea cresc de 4 ori (!). Este în creștere pierderile de tensiune ale rețeleicare perturbă funcționarea normală a altor utilizatori.

Contorul utilizatorului raportează în toate cazurile aceeași cantitate de energie activă consumată pe unitatea de timp, dar în al doilea caz, generatorul alimentează rețeaua cu un curent de 2 ori mai mare decât cel din primul. Sarcina generatorului (modul termic) este determinată nu de puterea activă a consumatorilor, ci de puterea totală în kilovolt-amperi, adică produsul tensiunii prin amperajcurgând prin bobine.

Dacă notăm rezistența firelor liniei Rl, atunci pierderea de putere în aceasta poate fi determinată după cum urmează:

Prin urmare, cu cât utilizatorul este mai mare, cu atât mai puține pierderi de putere în linie și cu atât transportul electricității este mai ieftin.

Factorul de putere arată cum este utilizată puterea nominală a sursei. Deci, pentru a furniza receptorului 1000 kW la φ= 0,5 puterea generatorului ar trebui să fie S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, iar la cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Prin urmare, creșterea factorului de putere crește utilizarea energiei generatoarelor.

Pentru creșterea factorului de putere (cosφ) se folosesc instalații electrice compensarea puterii reactive.

Creșterea factorului de putere (reducerea unghiului φ — defazarea curentului și tensiunii) poate fi realizată în următoarele moduri:

1) înlocuirea motoarelor slab încărcate cu motoare de putere mai mică,

2) sub tensiune

3) deconectarea motoarelor și transformatoarelor inactiv,

4) includerea în rețea a dispozitivelor speciale de compensare, care sunt generatoare de curent de conducere (capacitiv).

În acest scop, compensatoarele sincrone - motoare electrice sincrone supraexcitate - sunt instalate special la substații regionale puternice.

Compensatoare sincrone

Pentru a crește eficiența centralelor electrice, cele mai utilizate bănci de condensatoare sunt conectate în paralel cu sarcina inductivă (Fig. 2 a).

Orez. 2 Pornirea condensatoarelor pentru compensarea puterii reactive: a — circuit, b, c — diagrame vectoriale

Pentru a compensa cosφ în instalațiile electrice de până la câteva sute de kVA se folosesc condensatoare cosinus… Sunt produse pentru tensiuni de la 0,22 la 10 kV.

Capacitatea condensatorului necesară pentru a crește cosφ de la valoarea existentă cosφ1 la cosφ2 necesar poate fi determinată din diagramă (Fig. 2 b, c).

Când se construiește o diagramă vectorială, vectorul de tensiune sursă este luat ca vector inițial. Dacă sarcina este inductivă, atunci vectorul curent Az1 rămâne în urmă unghiului vectorului de tensiune φ1Aza coincide în direcția cu tensiunea, componenta reactivă a curentului Azp rămâne în urmă cu 90 ° (Fig. 2 b).

După conectarea băncii de condensatoare la utilizator, curentul Az este determinat ca o sumă geometrică a vectorilor Az1 și Az° C... În acest caz, vectorul de curent capacitiv precede vectorul de tensiune cu 90 ° (Fig. 2, c) . Aceasta arată diagrama vectorială φ2 <φ1, adică. după pornirea condensatorului, factorul de putere crește de la cosφ1 la cosφ2

Capacitatea unui condensator poate fi calculată folosind o diagramă vectorială a curenților (Fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Având în vedere că P = UI, scriem capacitatea condensatorului C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

În practică, factorul de putere este de obicei crescut nu la 1,0, ci la 0,90 - 0,95, deoarece compensarea completă necesită instalarea suplimentară a condensatoarelor, ceea ce adesea nu este justificat din punct de vedere economic.