Cos фи в электродвигателе: Что такое «коэффициент мощности»?

Содержание

определение, физический смысл, расчеты, причины понижения

При оценке эффективности энергопотребления принимаются во внимание значения потребляемой электроэнергии и полной мощности, поставляемой электросетями. Потребляемая энергия определяется как активная мощность, которая идет на выполнение полезной механической работы, нагрева или освещения. При этом часть энергии затрачивается на трансформацию электрического тока отдельными элементами цепи (конденсаторами, катушками индуктивности, обмотками электродвигателей и т. д.) – так называемая реактивная составляющая. Для описания соотношения этих видов энергии вводят такое понятие, как коэффициент мощности.

  • Определение и физический смысл
  • Математические расчеты
  • Причины низкого коэффициента мощности
  • Коррекция коэффициента мощности

Определение и физический смысл

Коэффициент мощности (PF) определяется как отношение активной мощности (P) к полной (S). В проводниках переменного тока с постоянно меняющимися показателями последняя складывается из активной и реактивной (Q) мощностей, равняясь при этом произведению среднеквадратичных значений напряжения и силы тока. Для ее измерения используют внесистемную единицу вольт-ампер. Для простого выражения мощностного коэффициента используется процентное соотношение.

В физических расчетах для обозначения коэффициента мощности также используют «cos φ», имея в виду косинус сторон P/S в так называемом треугольнике мощностей, а также угол сдвига фаз напряжения и тока. Фазовый угол при этом может принимать значения от -1 до 1. Положительными величинами характеризуется рабочая мощность, отрицательными — энергия, вырабатываемая реактивными элементами.

Наличие в цепи реактивной составляющей при имеющемся расхождении тока и напряжения, а значит, и определенной величине коэффициента мощности, как правило, увеличивает нагрузку на источник энергии, что повышает теплоотдачу в проводниках и влечет за собой энергопотери. Значительное количество электроэнергии может теряться на подстанциях или в трансформаторных будках. Вместе с тем, при учете энергии, передаваемой конечному потребителю, в расчет принимается только активная мощность, потребляемая электрическими устройствами.

Математические расчеты

Являясь существенным параметром для цепей синусоидального тока, коэффициент мощности подлежит обязательному учету при разработке энергосистем. Для их корректного функционирования необходимо правильное определение этого параметра электроцепи. В противном случае велик риск избыточного энергопотребления, а также уменьшения коэффициента полезного действия электроприборов, включенных в неотрегулированную цепь.

Причиной же потерь электроэнергии могут служить низкие значения «косинуса фи». Будучи вызванным импульсной нагрузкой, недостаточный коэффициент мощности может стать причиной неправильного напряжения. Для цепей с непостоянными значениями силы тока (I) и напряжения (U) для вычисления ключевых параметров применяются следующие формулы:

Простейший расчет мощностного коэффициента можно показать на следующем примере. В цепь на 120 В включен электроприемник мощностью 1 кВт при силе тока в 1 А. В соответствии с вышеприведенными формулами, cos φ равняется: 1000 / 120 × 10 = 0,83, или же 83%.

Причины низкого коэффициента мощности

Учитывая все вышесказанное, можно сказать, что чем выше показатель PF, тем более эффективно используются базовые элементы сети, включая генераторы на электростанции, трансформаторы и линии электропередач. Если же мощностной коэффициент снижается, то на энерговырабатывающих станциях возрастают эксплуатационные затраты с необходимостью привлечения дополнительных источников электроэнергии.

Снижению же коэффициента мощности очень часто способствуют особенности эксплуатации оборудования на некоторых предприятиях. Так как активная работа тех или иных аппаратов в разных цехах то прекращается, то начинается снова, уровень рабочей мощности может непрерывно изменяться, следовательно, изменяются соотношение мощностей и «косинус фи».

Понижение PF непосредственно возникает из-за прерывистой работы электротехнического оборудования, включающего в себя реактивные детали. В их число входят:

  • асинхронные двигатели;

  • трансформаторы;

  • выпрямители переменного тока;

  • люминесцентные лампы с электромагнитными балластами и электронными пускорегуляторами;

  • электросварочные аппараты;

  • дуговые печи.

В активном режиме с почти полной нагрузкой электродвигатель, например, выдает достаточно большой cos φ. Однако этот показатель уменьшается по мере снижения мощности агрегата, притом что загруженность его реактивной части при неизменности электромагнитного тока практически остается на одном и том же уровне. Минимальных значений коэффициент мощности достигает при холостом режиме, находясь в диапазоне 0,1-0,3, в зависимости от основных характеристик электроприбора.

Ощутимое снижение PF наблюдается и в трансформаторных установках при активной загруженности менее чем на три четверти. При этом сохранение индуктивной составляющей ведет к увеличению полномощностной нагрузки.

Коррекция коэффициента мощности

Ввиду повышенной энергозатратности работы реактивных систем с нерезистивными нагрузками и в целях оптимизации энергопотребления проводят мероприятия по увеличению мощностного коэффициента. Коррекция «косинуса фи» в нужную сторону повышает пропускную способность электросистемы, оптимизируя энергопотери. Стабилизация энергопотребления предотвращает нежелательные падения напряжения в электросети, а значит, и критические сбои в работе оборудования. Кроме того, улучшение отношений мощностей способно сократить финансовые расходы на электроэнергию.

Разновидности коррекции

Непосредственной целью корректировки cos φ является приближение показателя значению 1. Это достигается с помощью компенсирующих устройств или путем сглаживания неравномерного потребления нагрузки. Процедура обязательно выполняется для цепей с импульсными стабилизаторами напряжения и трехфазных сетей, чтобы не допускать перегрузки нейтральной проводящей части.

Метод компенсации реактивной мощности предполагает включение в сеть реактивных компонентов обратного действия. Типичным корректирующим устройством при этом является конденсатор. Данный метод часто применяется на производственных предприятиях, использующих асинхронные электродвигатели. В целом, компенсационные мероприятия позволяют:

  • снизить нагрузку на электропередающие линии, трансформаторы и коммутаторы;

  • уменьшить искажение формы напряжения;

  • повысить качество электрической энергии в электроприборах;

  • сэкономить на плате за электроэнергию.

Индуктивные устройства являются обязательным оборудованием в промышленности. Одно из их электродинамических свойств — сохранение тока в неизменном состоянии. Так как такое действие провоцирует расхождение циклов U и I, оно должно компенсироваться емкостными устройствами, стремящимися сохранить напряжение. На производствах эту роль выполняют целые блоки конденсаторов (БК), а также синхронные двигатели различной конструкции.

Применение конденсаторных установок снижает потери действительной мощности до 0,3%. БК обладает рядом преимуществ, включая несложную регулировку мощностных параметров под изменяющиеся условия работы, надежную стабилизацию напряжения, простоту эксплуатации и недорогое обслуживание. Конденсаторные установки бывают разного типа, в зависимости от своего назначения. Высоковольтные компенсаторы (6-35 кВ) применяются на распределительных подстанциях, низковольтные батареи конденсаторов (0,4-0,6 кВ) служат для корректировки тока на нагрузках от производственных устройств. Высокое быстродействие БК позволяет компенсировать не только постоянное фазовое смещение, но и нелинейную мощность от индуктивных элементов.

Реактивная часть энергии также может уменьшаться за счет ее потребления синхронной машиной. Будучи подключенным к электросети, аппарат работает с опережающим cos φ, вырабатывая те параметры электроэнергии, которые нужны для поддержки напряжения в конкретный момент.

Помимо коррекции реактивной энергии, идущей от индуктивных аппаратов, также выполняется корректировка нелинейного потребления электрического тока. В случае непостоянных нагрузок в электросети реализуется схема активной или пассивной нормализации «косинуса фи». Для этого может быть использован «электрический реактор», представляющий собой обмотку с высокой степенью индуктивности. Такая катушка сглаживает неровное потребление энергии и выделяет необходимые для работы электроприборов гармоники.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Косинус φ и с чем его едят

Очень многих впервые столкнувшихся с электротехникой обывателей пугают страшные и непонятные аббревиатуры. Таких в данной сфере превеликое множество. В данной статье мы поподробнее остановимся на одной из таких аббревиатур. Итак, представляем вашему вниманию cos φ или по другому коэффициент мощности. Также вместо этой аббревиатуры можно увидеть символ λ . Отличие между ними в том, что если указано λ , значит значение будет выражено в процентах.

cos φ или коэффициент мощности указывает на наличие или отсутствие реактивной составляющей мощности у потребителя электрической энергии. При наличии такой составляющей переменный ток и напряжение не совпадают во времени по фазе. Ток или опережает напряжение или отстает от него, в зависимости от того, какая нагрузка — емкостная или индуктивная. Емкостная нагрузка возникает при наличии в электроустановке потребителя статических конденсаторов, выпрямителей и т. д. Индуктивная нагрузка возникает при наличии в электроустановке потребителя различных катушек, пускателей, электродвигателей. В общем, большинство электроустановок, которые находятся в пользовании потребителей приводят к возникновению реактивной мощности. Чем больше угол сдвига, тем больше доля реактивной энергии в электроустановке потребителя.

Для того, чтобы понять что такое коэффициент мощности, поговорим подробнее о том, что же это за мощность, из чего она состоит и как находится.

Итак, в цепи постоянного тока определить мощность потребителя не составляет большого труда. Зная напряжение и протекающий ток, мы просто умножаем эти величины.

В цепи переменного тока все немного сложнее. Как уже говорилось ранее, как правило, при синусоидальном переменном токе изменение напряжения и тока не совпадают во времени, то есть между ними происходит сдвиг по фазе. Только в частном случае, когда вся нагрузка полностью активная, напряжение и ток совпадают по фазе. При этом угол сдвига ( φ )=0°, следовательно cos 0° = 1. Получается, что вся энергия совершает полезную работу. Конечно это идеальный вариант. На самом деле, в подавляющем большинстве случаев электроприборы содержат в себе различные катушки, конденсаторы и т. д. В таких устройствах полная мощность раскладывается на активную и реактивную. Измеряется полная мощность в вольтамперах (ВА). Найти полную мощность можно путем умножения действующего значения напряжения на действующее значение тока.

Полная мощность определяет фактические нагрузки на систему электроснабжения, по этому пропускная способность линий электропередач, мощность трансформаторов, генераторов, стабилизаторов и т. д. указывается именно в вольтамперах, а не в ваттах.

В свою очередь полная мощность состоит из активной мощности ( Р ) и реактивной мощности ( Q ). Активная мощность – это та часть электрической энергии, которая расходуется непосредственно на совершение полезной работы (подогрев электроплиты, нагрев нити в лампе накаливания, вращение вала электродвигателя).

В этой формуле мы как раз и видим cos φ

Чем меньше угол сдвига между напряжением током, тем больше электрической энергии осуществляет полезную работу, то есть совершают нагрев воды в электрическом чайнике, или вращение вала электродвигателя. Повторимся еще раз, что в идеале угол сдвига φ = 0°, следовательно = 1. Однако, чаще всего для нормального функционирования электроустановок, в их составе присутствуют различные катушки, конденсаторы, обмотки. Характеристикой таких потребителей является реактивная мощность.

Реактивная мощность измеряется в вольтамперах реактивных (Вар). Данная энергия не совершает непосредственно полезную работу, но необходима для нормальной работы таких приборов, как пускатели, трансформаторы, электрические двигатели. Например, в работе трансформатора электрическая энергия с первичной обмотки передается на вторичную через электромагнитное поле. Для создания электромагнитного поля и используется реактивная энергия. При полностью индуктивной нагрузке (например, работа трансформатора в режиме холостого хода), угол сдвига фаз напряжения и тока равен 90° . Следовательно cos φ = cos = 90° = 0. Это означает, что активная мощность будет тоже равна нулю. Получается, что никакой полезной работы не производится. При этом, вследствие потерь в магнитопроводах, на нагрев, электрическая энергия все равно расходуется, значит расходуется сырье на электростанциях, нагружаются сети, трансформаторы и генераторы.

Условно считается, что потребители, которые имеют обмотки на магнитопроводах, то есть представляют собой индуктивность, потребляют положительную реактивную мощность. О приборах, в которых имеются конденсаторы, принято говорить, что они генерируют отрицательную реактивную мощность. Синхронные генераторы, двигатели, компенсаторы способны как производить, так и потреблять реактивную мощность, то есть они способны вести себя относительно электрической сети и как емкость и как индуктивность.

Примерное значение cos φ для различных электроустановок переменного тока : 0,05-0,1 – трансформаторы в режиме холостого хода; до 1 – для нагревательных приборов и ламп накаливания; для асинхронных электродвигателей 0,7-0,9 при номинальной нагрузке. С уменьшением нагрузки электродвигателя cos φ уменьшается.

Для того, чтобы уменьшить влияние реактивной мощности на электросеть, прибегают к искусственному завышению cos φ . Для этого непосредственно у потребителя электрической энергии устанавливаются батареи статических конденсаторов. Более подробно на способах компенсации реактивной энергии можно будет ознакомиться в следующих статьях.

Cos Phi и реактивная мощность

к обзору Информационные документы Последствия плохого cos-phi

Что такое Cos Phi?

Что означает Cos Phi ? Cos Phi указывает, сколько энергии потерял во время « транспортировки » мощности. Отношение фактической мощности к кажущейся мощности есть Cos Phi. Ток не совпадает по фазе с напряжением. Это вызывает реактивную мощность.

Снижение реактивной мощности

В дополнение к фактической мощности кабели, линии и трансформаторы должны также передавать реактивную мощность. Реактивная мощность – это потеря энергии. Если вы хотите использовать инфраструктуру более эффективно или находитесь на пределе своих возможностей подключения, интересно уменьшить реактивную мощность, чтобы вы могли по-прежнему » вырасти » без расширения вашей установки. Возможно, вам также придется доплачивать оператору сети за транспортируемую реактивную мощность.

Что такое реактивная мощность? от источника к потребителю.Энергия состоит из активной энергии (Pw) и реактивной энергии (Pb).Активная энергия преобразуется в механическую энергию (двигатель), свет (лампа) или тепловую энергию (тепло или охлаждение).Реактивная энергия используется для поддержания магнетизма трансформаторов, балластов и газоразрядных ламп, в результате чего ток и напряжение не совпадают по фазе.

Фазовый сдвиг — Отслеживание тока

При индуктивной нагрузке ток «прыгает» по напряжению. Степень скачка тока в зависимости от напряжения обозначается буквой phi или буквой Φ . Phi – это угол между напряжением и током. В дополнение к фазовому сдвигу реактивная мощность в некоторых случаях также может быть вызвана загрязнением сети ( гармоники ).

 

Фазовый сдвиг напряжение-ток cos phi

Ощутимая энергия

На приведенном ниже рисунке показано, что имеет значение только активная энергия, фактическая мощность (пиво). Реактивная мощность не преобразуется в содержательную энергию (пена). Если сложить пиво и пену, то получится минимальный размер стакана. В энергетике, если сложить фактическую мощность и реактивную мощность, мы получим минимальную требуемую мощность электрической инфраструктуры. Чем больше реактивная мощность, тем больше требуется меди, трансформатора и присоединительной мощности.

Компенсация ослепляющей мощности

Рабочий коэффициент cosΦ

Отношение активной мощности к полной мощности представляет собой коэффициент мощности или косинус фи (cosΦ). Cos Phi можно улучшить с помощью компенсации Cos Phi. Cos Phi рассчитывается следующим образом:

 

Рабочий коэффициент = Pw / Ps = cosΦ (bij 50 Гц)

Реактивная мощность, генерируемая гармониками Светодиодное освещение вызывает все большее гармоническое загрязнение. Гармоническое загрязнение вызывает дополнительную реактивную мощность.

Что такое гармоника?

Гармоника – это частота, кратная основной частоте. Основная частота — это самая низкая (естественная) частота, которую система демонстрирует естественным образом. Собственная частота системы — это частота, которую система может демонстрировать естественным образом. Подробнее о высших гармониках.

Активный фильтр

Отношение активной мощности к кажущейся на всех частотных компонентах является коэффициентом мощности. Если более высокие гармоники в сети напряжения вызывают проблемы или увеличивают полную мощность, лучше всего использовать активный фильтр. Мы объясним это более подробно в нашем White Paper по активным фильтрам  Мы расскажем вам об этом подробнее. Коэффициент мощности рассчитывается следующим образом:

Коэффициент мощности = Pw / Ps (для всех частотных составляющих)

Последствия плохого Cos-Phi

  • Перегрузка и перегрев электроустановки.
  • Значение соединения с оператором сети больше, чем необходимо.
  • Процент нагрузки на комнату, стойку или цепь.
  • Непреднамеренное отключение автоматических выключателей установки и, следовательно, процессов.
  • Штраф от энергетической компании и более высокий счет за электроэнергию, чем необходимо.
  • Большой счет за электроэнергию.

Компенсация Cos Phi — Снижение реактивного тока

Улучшение cos-phi или снижение реактивного тока вскоре обретает смысл. Кроме того, компенсация cos-phi имеет ряд положительных побочных эффектов:

  • Компенсация незначительных прерываний и переходных процессов, что повышает надежность.
  • Более оптимальное использование пропускной способности соединения.
  • Компенсация переменных нагрузок.
  • Фильтрация гармоник (до 5-й и 7-й, выше активной фильтрации).
  • Сильное сокращение выбросов CO².

Где компенсировать слепой ток?

Компенсация нагрузки

Децентрализованная компенсация (т.е. установка компенсации cos-phi на нагрузке) обычно рекомендуется для потребителей с индивидуальной нагрузкой более 25 кВт, которые почти постоянно работают, таких как большие вентиляторы, молотковые мельницы и трансформаторы с относительно стабильной нагрузкой.

Компенсация на главном распределителе

Централизованная компенсация (т.е. установка компенсации на главном распределителе) рекомендуется при изменении нагрузки. В таких случаях почти всегда выбирается автоматически управляемый компенсационный банк.

Децентрализованная и централизованная компенсация cos-phi

 

Подробнее о снижении реактивной мощности читайте в нашем техническом документе0021

В стандартных ситуациях мы всегда рекомендуем использовать настроенные банки компенсации для компенсации Cos Phi. Эти компенсационные батареи отфильтровывают гармоники и защищают сигнал TF энергетической компании от коротких замыканий.

1. Нерегулируемый, настроенный компенсационный блок (с катушками)

Нерегулируемый, настроенный компенсационный блок часто используется для двигателей с относительно большой мощностью и сетевых трансформаторов с относительно стабильной нагрузкой.

2. Регулируемая компенсационная батарея с настройкой

Мы рекомендуем блок регулируемой компенсации с регулировкой для ситуаций, когда компенсация является централизованной, а нагрузка может меняться. Емкость регулируемого компенсационного банка точно соответствует требуемому объему компенсационной емкости с использованием контроллера Janitza  Prophi. Таким образом предотвращается избыточная компенсация, и комплект можно применять повсеместно.

3. Блок компенсации с тиристорным управлением с настройкой

Блоки компенсации с тиристорным управлением используются в ситуациях, когда нагрузка быстро меняется, например, сварочные линии, подъемные системы, краны и машины для литья под давлением. Тиристоры переключаются быстро и точно при переходе тока через ноль. Это означает, что нагрузка контролируется быстро и точно, предотвращая недостаточную или чрезмерную компенсацию.

. компенсация cos-phi, вы можете значительно сэкономить. Неправильное применение этой компенсации может привести к таким проблемам, как чрезмерная или недостаточная компенсация, проблемы с энергокомпанией или перегрузка, повреждение или даже пожар. Вот почему мы даем вам хороший совет, в котором важны следующие вопросы:

1.

В какой среде применяется компенсация Cos-Phi?

  • Промышленность
  • Офис
  • Чистая перерабатывающая промышленность

2. Можно ли отложить компенсацию?

  • Физическое место для размещения компенсации.
  • Влага и грязь плохо влияют на компенсацию.
  • В комнате не должно быть слишком жарко.

3. Есть ли место на распределителе для подключения компенсации?

  • Для подключения компенсации требуются три фазы и одна земля.
  • Учитывайте правильное применение номиналов предохранителей и сечений компенсационных кабелей.

4. Какой трансформатор следует использовать для компенсации?

  • Сколько кВА трансформатор?
  • Какое напряжение короткого замыкания трансформатора (в % на заводской табличке)?
  • Есть ли параллельные трансформаторы?

5. Какая нагрузка на установку должна быть компенсирована?

  • Быстро меняющиеся нагрузки? (аппарат точечной сварки, кран), затем тиристорная компенсация.
  • Сильно ли загрязнена сеть? (регуляторы частоты, импульсный источник питания и др. сварочное оборудование)

6. Какова частота текущего сигнала тональной частоты?

  • Сколько Гц составляет сигнал TF? Ваш сетевой оператор знает ответ на этот вопрос.

7. Легко ли подключить контроллер?

  • Один трансформатор тока требуется для Контроллер Janitza . Можно ли это использовать?
  • Можно ли закоротить трансформатор тока ?
  • Существует ли безопасное измерительное напряжение?

Таблица — рейтинги предохранителей и поперечные сечения кабеля

Диаметр кабеля PFC, рейтинг предохранителей (для 400 В/50 Гц) сетки

Vermogen In KVAR

767

Vermogen In KVAR

767676767676767676767

.

 Номинальный номер в A Диаметр кабеля и NYY-J мм² Значение предохранителя HRC
5 7 4x 2,5 16
7,5 10 4x 4 20
10 14 4x 4 25
12,5 18 4x 6 35
15 22 4x 6 35
17,5 25 4x 10 50
20 29 4x 10 50
25 36 4x 16 63
30 43 4x 16 80
37,5 54 4x 25 100
50 72 3x 35/16 125
55-65 79-94 3x 35/16 160
70-85 101-123 3x 70/35 200
86-100 124-145 3x 95/50 250
101-125 146-181 3x 120/70 250
126-160 182-231 2x 3x 70/35 315
161-180 233-260 2x 3x 95/50 400
181-200 261-289 2x 3x 120/70 400
201-250 290-361 2x 3x 150/70 500
251-300 362-434 2x 3x 185/95 600

 

Диаметры кабелей подходят только для указанных емкостей конденсаторов

 

Подробнее о технических документах

Трехфазные электрические двигатели.

Коэффициент мощности в зависимости от индуктивной нагрузки

Коэффициент мощности системы электроснабжения переменного тока определяется как отношение полная мощность , где

  • Активная (реальная или истинная) мощность измеряется в ваттах ( Вт ) и представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением системы, выполняющей полезную работу
  • Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА) и представляет собой произведение напряжения в системе переменного тока на весь ток, протекающий в ней. Это векторная сумма активной и реактивной мощности
  • Реактивная мощность измеряется в реактивных вольт-амперах ( ВАР ). Реактивная мощность — это мощность, накапливаемая и отводимая асинхронными двигателями, трансформаторами и соленоидами
  • Активная, реактивная и полная мощность

Реактивная мощность необходима для намагничивания электродвигателя, но не выполняет никакой работы. Реактивная мощность, требуемая индуктивными нагрузками, увеличивает количество полной мощности и требуемую подачу в сеть от поставщика электроэнергии к системе распределения.

Увеличение реактивной и полной мощности приведет к снижению коэффициента мощности — PF .

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности обычно определяют — PF — как косинус фазового угла между напряжением и током — или » COSφ «:

PF = COS φ

, где

PF = коэффициент мощности

φ = Фафический угол между Voltage и Current
φ = фазовый угол между Voltage и Current
φ = Фафический угол между Voltage и Current
= Фафический угол. по IEEE и IEC представляет собой отношение между приложенной активной (действительной) мощностью — и полной мощностью , и в общем случае может быть выражено как:0517

, где

PF = коэффициент мощности

P = Active (True OR) Power (Watts)

S = Active). VA (Watts)

16 S = Active).

Низкий коэффициент мощности является результатом индуктивных нагрузок, таких как трансформаторы и электродвигатели. В отличие от резистивных нагрузок, создающих тепло за счет потребления киловатт, индуктивные нагрузки требуют протекания тока для создания магнитных полей для выполнения желаемой работы.

Коэффициент мощности является важным показателем в электрических системах переменного тока, поскольку

  • общий коэффициент мощности менее 1 указывает на то, что поставщику электроэнергии необходимо обеспечить большую генерирующую мощность, чем требуется на самом деле
  • искажение формы волны тока, которое способствует снижению коэффициента мощности, вызванные искажением формы волны напряжения и перегревом нейтральных кабелей трехфазных систем

Международные стандарты, такие как IEC 61000-3-2, были установлены для контроля искажения формы волны тока путем введения ограничений на амплитуду гармоник тока.

Пример — коэффициент мощности

Промышленное предприятие потребляет 200 А при 400 В , а питающий трансформатор и резервный ИБП рассчитаны на 400 В x 200 А = 80 кВА .

Если коэффициент мощности — PF — из нагрузок — 0,7 — только

80 KVA × 0,7

= 56 кВт

из реальной силы. Если коэффициент мощности близок к 1 (чисто резистивная цепь), система питания с трансформаторами, кабелями, распределительным устройством и ИБП может быть значительно меньше.

  • Любой коэффициент мощности меньше 1  означает, что проводка цепи должна пропускать больший ток, чем это было бы необходимо при нулевом реактивном сопротивлении в цепи, чтобы передать такое же количество (истинной) мощности на резистивную нагрузку.
Conductor Cross-Section vs. Power Factor

Required cross-section area of ​​conductor with lower power factor:

Power Factor 1 0. 9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3
Cross-Section 1 1.2 1.6 2.04 2.8 4.0 6.3 11.1

Низкий коэффициент мощности является дорогостоящим и неэффективным, и некоторые коммунальные предприятия могут взимать дополнительную плату, если коэффициент мощности ниже 0,95 . Низкий коэффициент мощности снизит пропускную способность электрической системы, увеличивая ток и вызывая падение напряжения.

«Опережающие» или «отстающие» коэффициенты мощности

Коэффициент мощности обычно указывается как «опережающий» или «отстающий», чтобы показать знак фазового угла.

  • При чисто резистивной нагрузке ток и напряжение меняют полярность ступенчато, и коэффициент мощности будет равен 1 . Электрическая энергия течет в одном направлении по сети в каждом цикле.
  • Индуктивные нагрузки — трансформаторы, двигатели и обмотки — потребляют реактивную мощность, при этом форма волны тока отстает от напряжения.
  • Емкостные нагрузки — батареи конденсаторов или подземные кабели — генерируют реактивную мощность, причем фаза тока опережает напряжение.

Индуктивные и емкостные нагрузки накапливают энергию в магнитных или электрических полях в устройствах во время частей циклов переменного тока. Энергия возвращается обратно в источник питания в течение остальных циклов.

В системах с главным образом индуктивной нагрузкой – как правило, на промышленных предприятиях с большим количеством электродвигателей – запаздывающее напряжение компенсируется батареями конденсаторов.

Коэффициент мощности для трехфазного двигателя

Полная мощность, требуемая индуктивным устройством, таким как двигатель или аналогичный, состоит из нерабочая мощность, вызванная током намагничивания, необходимая для работы устройства (измеряется в киловарах, кВАр)

Коэффициент мощности трехфазного электродвигателя может быть выражен как:

PF = P / [(3) 1/2 U I]                   (2)

where

PF = power factor

P = power applied (W, watts)

U = voltage (V)

I = current (A, amps)

— or alternatively:

P = (3) 1/2 U I PF 

   =   (3) 1/2 U I cos φ                  (2b)

U, l и cos φ обычно указываются на паспортной табличке двигателя.

Типичные коэффициенты мощности мощности

Power
(HP) 		Скорость
(RPM) 		Power Factor (COS φ ) Патрон 1/2 загрузки 3/4 загрузки полная загрузка
0 — 5 1800 0.15 — 0.20 0.5 — 0.6 0.72 0.82 0.84
5 — 20 1800 0.15 — 0.20 0.5 — 0.6 0.74 0.84 0.86
20 — 100 1800 0.15 — 0.20 0.5 — 0.6 0.79 0.86 0.89
100 — 300 1800 0.15 — 0.20 0.5 — 0.6 0.81 0.88 0.91
  • 1 hp = 745. 7 W

Power Factor by Industry

Typical un-improved power factors:

7 6

Industry Power Factor
Brewery 75 — 80
Cement 75 — 80
Chemical 65 — 75
Electro-chemical 65 — 75
Foundry 75 — 80
Forging 70 — 80
Hospital 75 — 80
Производство, машины 60 — 65
Производство, покраска 65 — 70
Металлообработка

76

Mine, coal 65 — 80
Office 80 — 90
Oil pumping 40 — 60
Plastic production 75 — 80
Stamping 60 — 70
Сталелитейные заводы 65 — 80
Текстиль 35 — 60

4 Факторы Силы0005

  • снижение счетов за электроэнергию — предотвращение штрафа за низкий коэффициент мощности со стороны энергоснабжающей компании
  • увеличение мощности системы — можно добавлять дополнительные нагрузки без перегрузки системы
  • улучшение рабочих характеристик системы за счет снижения потерь в линии — за счет меньшего тока
  • улучшение рабочие характеристики системы за счет усиления напряжения – предотвращение чрезмерного падения напряжения

Коррекция коэффициента мощности с помощью конденсатора

1,7393

9083,1,73

Capacitor correction factor
Power factor before improvement (cosΦ) Power factor after improvement (cosΦ) 
1. 0 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,90
0,50
0,50 77777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777779н.0276

1.48 1.44 1.40 1.37 1.34 1.30 1.28 1.25
0.55 1.52 1.38 1.32 1.28 1.23 1.19 1.16 1.12 1.09 1.06 1.04
0.60 1.33 1.19 1.13 1.08 1.04 1.01 0.97 0.94 0.91 0.88 0.85
0. 65 1.17 1.03 0.97 0.92 0.88 0.84 0.81 0.77 0.74 0.71 0.69
0.70 1.02 0.88 0.81 0.77 0.73 0.69 0.66 0.62 0.59 0.56 0.54
0.75 0.88 0.74 0.67 0.63 0.58 0.55 0.52 0.49 0.45 0.43 0.40
0.80 0.75 0.61 0.54 0.50 0.46 0.42 0.39 0.35 0.32 0.29 0.27
0.85 0.62 0.48 0.42 0.37 0. 33 0.29 0.26 0.22 0.19 0.16 0.14
0.90 0.48 0.34 0.28 0.23 0.19 0.16 0.12 0.09 0.06 0.02
0.91 0.45 0.31 0.25 0.21 0.16 0.13 0.09 0.06 0.02
0.92 0.43 0.28 0.22 0.18 0.13 0.10 0.06 0.03
0.93 0.40 0.25 0.19 0.15 0.10 0.07 0.03
0.94 0.36 0.22 0. 16 0.11 0.07 0.04
0.95 0.33 0.18 0.12 0.08 0.04
0.96 0.29 0.15 0.09 0.04
0.97 0.25 0.11 0.05
0,98 0,20 0,06
0.99 0.14
Example — Improving power factor with capacitor

An electrical motor with power 150 kW has power factor before improvement cosΦ = 0,75 .

Для требуемого коэффициента мощности после улучшения cosΦ = 0,96 — поправочный коэффициент конденсатора равен 0,58 .

Требуемая мощность кВАр может быть рассчитана как

C = (150 кВт) 0,58

  = 87 кВАр коррекция асинхронных двигателей примерно до 95% коэффициента мощности.

Мощность асинхронного двигателя
(л.с.) 		Номинальная скорость двигателя (об/мин)
3600 1800 1200
Capacitor Rating
(KVAR) 		Reduction of Line Current
(%) 		Capacitor Rating
(KVAR) 		Reduction of Line Current
(%) 		Capacitor Rating
(KVAR) 		Reduction of Line Current
(%)
3 1. 5 14 1.5 23 2.5 28
5 2 14 2.5 22 3 26
7.5 2.5 14 3 20 4 21
10 4 14 4 18 5 21
15 5 12 5 18 6 20
20 6 12 6 17 7.5 19
25 7.5 12 7.5 17 8 19
30 8 11 8 16 10 19
40 12 12 13 15 16 19
50 15 12 18 15 20 19
60 18 12 21 14 22.

Опубликовано

в

от

admin

Метки:

Комментарии

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *