|
Навигация:
Топ: Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного… Техника безопасности при работе на пароконвектомате: К обслуживанию пароконвектомата допускаются лица, прошедшие технический минимум по эксплуатации оборудования… История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации…
Интересное: Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются… Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы. Наиболее распространенные виды рака: Раковая опухоль — это самостоятельное новообразование, которое может возникнуть и от повышенного давления…
Дисциплины:
|
В большинстве случаев электрические цепи содержат как активное, так и реактивное сопротивления. u = Uм ⋅ sin ωt, то ток в цепи i = Iм ⋅ sin(ωt — φ). Мгновенная мощность цепи p = u ⋅ i = Uмsinωt ⋅ Iм ⋅ sin(ωt — φ) = Uм ⋅ Iм [sinωt ⋅ sin (ωt — φ)] = UI [2 sinωt ⋅ sin (ωt — φ)]. Выражение, стоящее в квадратных скобках, можно на основа-кии тригонометрической формулы представить как разность косинусов [cos φ — cos (2ωt — φ)]. Таким образом, p = UI [cos φ — cos (2ωt — φ)] = UI ⋅ cos φ — UI cos (2ωt — φ). Среднее значение мгновенной мощности за период равно UI ⋅ cos φ, так как среднее значение cos (2ωt — φ) за период равно нулю. Следовательно, активная мощность цепей переменного тока определяется в общем случае формулой Р = UI ⋅ cos φ. Множитель cos φ называют коэффициентом мощности. Учитывая, что U = I ⋅ z, а соs φ = r/z, получаем P = I ⋅ z ⋅ I ⋅ r/z = I2r. Активная мощность измеряется в ваттах (вт) или в киловаттах (квт). Произведение Р ⋅ t называется активной энергией и измеряется в вт⋅сек или в квт⋅ч: 1 квт⋅ч = 3600 вт⋅сек (дж). Активная энергия, потребляемая электрической цепью, полностью преобразуется в тепло в активном сопротивлении этой цепи и обратно к источнику не возвращается. Если величины сторон треугольника сопротивлений (рис. 165, а) умножить на величину I2 (рис. 165, б), то получим треугольник мощностей (рис. 165, в). Все стороны этого треугольника, показанного отдельно на рис. 166, представляют собой мощности. Катет, прилегающий к углу φ, представляет собой известную нам активную мощность Р: P = I2 ⋅ r = UI ⋅ cos φ. Активная мощность в цепях переменного тока преобразуется в тепло. В двигателях переменного тока большая часть активной мощности превращается в механическую мощность, остальная часть также преобразуется в тепло. Катет, лежащий против угла φ, есть реактивная мощность Q: Q = I2x = UI ⋅ sin φ. Реактивная мощность обусловлена наличием магнитных и электрических полей в электрических цепях. Как уже указывалось, реактивная мощность характеризует интенсивность обмена энергией между источником, с одной стороны, и магнитными и электрическими полями — с другой. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (вар) или киловольт-амперах реактивных (квар). Гипотенуза треугольника мощностей представляет собой полную мощность S: S = I2z = UI, или S = √(P2 + Q2). Она измеряется в вольт-амперах (ва) или киловольт-амперах (ква). Величина полной мощности, равная произведению U⋅I, определяет основные габариты (наибольшие размеры) генераторов и трансформаторов. Таким образом, чем больше значения U и I, на которые рассчитываются генераторы и трансформаторы, тем больше должны быть их размеры. Рассмотрим электрическую цепь, показанную на рис. 167, в которую входят индуктивное и активное сопротивления и измерительные приборы — амперметр, вольтметр и ваттметр. Об устройстве ваттметра будет подробно рассказано далее (см. главу одиннадцатую). 1. Если подключить эту цепь к постоянному напряжению U = 120 в, то, поскольку индуктивное сопротивление xL при постоянном токе будет равно нулю, в цепи остается одно активное сопротивление r и тогда I = U/r = 120/24 = 5 a. Амперметр покажет ток 5 а. Мощность Р = IU = 5 ⋅ 120 = 600 вт, или P = I2r = 25 ⋅ 24 = 600 вт. Ваттметр покажет 600 вт. Показание ваттметра, включенного в цепь постоянного тока, равно произведению показаний вольтметра и амперметра. 2. Подключим ту же цепь к переменному напряжению U = 120 в. В этом случае z = √(r2 + xL2) = √(242 + 182) = √900 = 30 ом. Ток в цепи I = U/z = 120/30 = 4 a. Амперметр покажет ток 4 а. Подсчитаем мощность, идущую на нагрев: Р = I2r = 42 ⋅ 24 = 384 вт. Действительно, активная мощность, потребляемая цепью, равна P = U ⋅ I ⋅ cos φ = 120 ⋅ 4 24/30 = 384 вт. Показание ваттметра в этом случае будет 384 вт. Полная мощность S = U ⋅ I = 120 ⋅ 4 = 480 ва. Следовательно, генератор, питающий эту цепь, отдает полную мощность S = 480 ва. Отсюда видно, что цепь переменного тока, содержащая наряду с активным сопротивлением индуктивное, из всей получаемой ею энергии только часть расходует на тепло. А остальная часть — реактивная энергия — то поступает в цепь от генератора и запасается в магнитном поле катушки, то возвращается обратно генератору.
§ 75. Коэффициент мощности («косинус фи») Коэффициентом мощности, или «косинусом фи» (cos φ), цепи называется отношение активной мощности к полной мощности.
или cos φ = P/S = P/UI = P/√(P2 + Q2). В общем случае активная мощность меньше полной мощности, т. Только в случае чисто активной нагрузки, когда вся мощность является активной, числитель и знаменатель этой дроби равны между собой, и поэтому коэффициент мощности равен единице. Чем большую часть полной мощности составляет активная мощность, тем меньше числитель отличается от знаменателя дроби и тем ближе коэффициент мощности к единице. Величину cos φ можно косвенно определить по показаниям ваттметра, вольтметра и амперметра: cos φ = P/UI. Коэффициент мощности можно также измерить особым прибором — фазометром. Пример 14. Амперметр показывает ток 10 а, вольтметр — 120 в, ваттметр — 1 квт. Определить cos φ потребителя: S = IU = 10 ⋅ 120 = 1200 ва, cos φ = P/S = 1000/1200 = 0,83. Пример 15. Определить активную мощность, отдаваемую генератором однофазного переменного тока в сеть, если вольтметр на щите генератора показывает 220 в, амперметр — 20 а и фазометр — 0,8: Р = IU cos φ = 20 ⋅ 220 ⋅ 0,8 = 3520 вт = 3,52 квт. Полная мощность S = IU = 20 ⋅ 220 = 4400 ва = 4,4 ква. Пример 16. Вольтметр, установленный на щитке электродвигателя, показывает 120 в, амперметр — 450 а, ваттметр — 50 квт. Определить z, r, xL, S, cos φ, Q: z = U/I = 120/450 = 0,267 ом. Так как Р = I2 ⋅ r, то r = Р/I2 = 50000/4502 = 0/247 ом; xL = √(z2 — r2) = √(0,2672 — 0,2472) = √0,01 = 0,1 ом; S = IU = 450 ⋅ 120 = 54000 ва = 54 ква; cos φ = Р/S = 50000/54000 = 0,927; Q = √(S2 — Р2) = √(540002 — 500002) = √416000000 = 20396 вар = 20,396 квар. Из построения треугольников сопротивлений, напряжений и мощностей для определенной цепи видно, что эти треугольники подобны один другому, так как их стороны пропорциональны. Пример 17. Определить z, xL, U, Uа, UL, S, Р, Q, если I = 6 а, r = 3 ом, cos φ = 0,8 и ток отстает по фазе от напряжения. Из треугольника сопротивлений известно, что cos φ = r/z, отсюда z = r/cos φ = 3/0,8 = 3,75 ом; U = I ⋅ z = 6 ⋅ 3,75 = 22,5 в; xL = √(z2 — r2) = √(3,752 — 32) = √(14,06 — 9) = √5,06 = 2,24 ом; Uа = Ir = 6 ⋅ 3 = 18 в; UL = IxL = 6 ⋅ 2,24 = 13,45 в; S = IU = 6 ⋅ 22,5 = 135 ва, или P = I2r = 36 ⋅ 3 = 108 вт; Р = IU cos φ = 6 ⋅ 22,5 ⋅ 0,8 = 108 вт; Q = IUL = 6 ⋅ 13,45 = 81 вар, или Q = √(S2 — P2) = √(1352 — 1082) = √6561 = 81 вар, или Q = I2xL = 62 ⋅ 2,24 = 81 вар. Основными потребителями электрической энергии являются электрические двигатели, машины и электронагревательные устройства. Все они потребляют активную мощность, которую преобразуют в механическую работу и тепло. Электрические двигатели потребляют также реактивную мощность. Последняя, как известно, совершает колебательное движение от источника к двигателю и обратно. У ламп и электрических печей сопротивления S = Р и cos φ = 1. У электрических двигателей S = √(P2 + Q2) и cos φ меньше 1. При неизменной передаваемой активной мощности Р величина нагрузочного тока обратно пропорциональна значению cos φ: I = P/U⋅cosφ Это означает, что при тех же значениях активной мощности Р и напряжения U нагрузочный ток электрических двигателей больше, чем у электрических ламп. Если, например, коэффициент мощности электрического двигателя равен 0,5, то он потребляет в 2 раза больший ток, чем электрическая печь сопротивления той же мощности Р. Потери мощности на нагрев проводов линии пропорциональны квадрату тока (ΔР = I2r). Таким образом, при cos φ = 0,5 потери мощности в линии, по которой энергия передается потребителям, больше в 4 раза, чем при cos φ = 1. Кроме того, генераторы и трансформаторы будут загружены током в 2 раза больше и в этом случае требуется примерно в 2 раза большее сечение проводов для обмоток. Отсюда видно, какое важное значение имеет величина cos φ в электроэнергетических установках. Для повышения коэффициента мощности промышленных установок, на которых преобладающая часть потребителей — электрические двигатели, параллельно им включают конденсаторы, т. е. добиваются резонанса токов, при котором cos φ близок к 1.
Задачи для самостоятельного решения 1. Определить частоту переменного тока, получаемого от генератора с 24 полюсами, при 250 оборотах ротора в минуту. 2. Двадцатиполюсный генератор переменного тока дает ток частоты 50 гц. Определить число оборотов ротора генератора в минуту. 3. Определить число полюсов генератора переменного тока, если скорость вращения ротора генератора равна 300 об/мин, а частота 50 гц. 4. Катушка включена в сеть однофазного переменного тока напряжением 120 в; э.д.с. самоиндукции равна 100 в. Чему равно активное падение напряжения? 5. Что покажет вольтметр, включенный на зажимы обмотки электромагнита, если индуктивное сопротивление обмотки равно 6 ом, активное сопротивление 8 ом, а ток, протекающий по виткам обмотки, равен 5 а? 6. Когда катушку включили в сеть постоянного тока напряжением 120 в, амперметр показал ток 4 а; когда ту же катушку включили в сеть переменного тока напряжением 380 в, амперметр показал 5 а. Определить полное, активное и индуктивное сопротивления катушки. 7. Два проводника с активным сопротивлением 6 и 5 ом и индуктивным сопротивлением 3 и 8 ом включены последовательно. Какое напряжение нужно приложить, чтобы в цепи проходил ток 4 а? 8. По проводнику с активным сопротивлением 7 ом и индуктивным сопротивлением 5 ом проходит ток 6 а. 9. Однофазный электродвигатель, включенный в сеть 120 в, потребляет ток 2 а. Коэффициент мощности двигателя 0,85. Определить активную и полную мощности, забираемые двигателем из сети, 10. На распределительном щите установлены три прибора: амперметр, вольтметр и ваттметр. Показание амперметра 40 а, вольтметра 110 в, ваттметра 4 квт. Определить z, r, xL, S, cos φ, Q, UL, Ua, если известно, что нагрузка имеет индуктивный характер. 11. Определить ток, потребляемый однофазным двигателем мощностью 5 квт, если он включен в сеть 120 в, а его коэффициент мощности равен 0,8. 12. На электростанции установлен генератор однофазного переменного тока мощностью 200 ква, напряжением 100 в. Определить активную мощность, отдаваемую генератором в сеть, при коэффициентах мощности 1; 0,8; 0,6; 0,4; 0,2. Найти также величину нагрузочного тока при этих значениях cos φ. 13. Через индукционную катушку с cos φ = 0,3 проходит переменный ток в 10 а. Ваттметр, измеряющий мощность катушки, показал 250 вт. Определить напряжение на зажимах катушки, ее полное, активное и индуктивное сопротивления. 14. Индуктивная катушка включена в сеть постоянного тока напряжением 12 в и потребляет ток 8 а. Тот же ток катушка потребляет при включении в сеть переменного тока напряжением 20 в. Определить активное, индуктивное и полное сопротивления катушки; полную, активную и реактивную мощности. 15. Показания приборов: амперметра — 20 а, вольтметра — 120 в, фазометра — 0,8. Определить S, p, Q, z, r, xL, UL, Ua. 16. Полезная мощность на валу однофазного двигателя 10 л. с., к.п.д. двигателя 85%, cos φ = 0,8, напряжение 220 в. Определить мощность генератора, питающего этот двигатель, если энергия передается по линии длиной 50 м, выполненной медным проводом сечением 16 мм2. Индуктивным сопротивлением проводов линии можно пренебречь. 17. Показания приборов: амперметра — 8 а, вольтметра — 220 в, активное сопротивление катушки равно 15 ом. Определить Р, S, Q, z, xL, cos φ, UL, Ua потребителя. 18. На паспорте однофазного двигателя написано: U = 120 в, I = 5 а, cos φ = 0,8. Определить активное, индуктивное и полное сопротивления обмотки двигателя. 19. В сеть однофазного тока включена катушка с сердечником из мягкой стали. В цепь катушки включены приборы: вольтметр, амперметр и ваттметр. Показание амперметра 5 а, вольтметра 120 в и ваттметра 200 вт. Активное сопротивление катушки 2 ом. Определить коэффициент мощности катушки, величину э.д.с. самоиндукции, потерю мощности в обмотке катушки, а также в сердечнике. 20. Дроссельная катушка (т. е. катушка со стальным сердечником) с коэффициентом мощности 0,2, включенная в сеть 60 в, потребляет ток 3 а. Активное сопротивление катушки 2 ом. Определить величину э.д.с., индуктируемой в катушке, потерю мощности в обмотке и в сердечнике.
Контрольные вопросы 1. Как получается переменный ток? 2. Дайте определения основным параметрам переменного тока и напишите выражения (формулы): · Переменный ток · Мгновенное значение переменного · Действующее значение переменного тока · Период · Частота · Угловая скорость · Сдвиг по фазе 3. Как определить частоту, если известно число полюсов и скорость вращения ротора генератора переменного тока? 4. Охарактеризуйте основные параметры электрической цепи переменного тока при включении в нее катушки индуктивности, емкости и резистора. 5. Что называется коэффициентом мощности? 6. Как измерить активную и полную мощности переменного тока? 7. Каким путем можно повысить «косинус фи» до 1? 8. Что называется резонансом напряжений? Перечислите основные характеристики резонанса напряжения. 9. Что называется резонансом токов? Перечислите основные характеристики резонанса тока.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни… Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции… Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого… Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)… |
К такого рода цепям относятся, в частности, двигатели переменного тока, трансформаторы и другие устройства. В этих цепях между напряжением U и током I существует сдвиг фаз φ. Если к цепи приложено синусоидальное напряжение
В самом деле, величина тока I определяет необходимое по условиям нагрева сечение проводов генераторов и трансформаторов, а число витков обмоток, их изоляция, а также размеры магнитопроводов пропорциональны величине напряжения U.
Но в самой цепи только активная мощность Р = 384 вт безвозвратно преобразуется в тепло.
е. у этой дроби числитель меньше знаменателя, и поэтому коэффициент мощности меньше единицы.
Из каждого треугольника можно найти «косинус фи» цепи, как показано на рис. 168. Этим можно воспользоваться для решения самых разнообразных задач.
Параллельно первому проводнику включен второй проводник с сопротивлением r = 2 ом и хL = 4 ом. Определить ток во втором проводнике.
Влияние коэффициента мощности на электрическую сеть переменного тока
Площадь поперечного сечения кабеля линии электропередач, обмоток электрической машины и трансформатора, а также других электротехнических аппаратов и приборов выбираются исходя из значения тока (проверка на нагрев), протекающего в проводнике. Каждая электроустановка имеет свое номинальное напряжение, которое нельзя не превышать, ни занижать, для нормальной ее работы.
Соответственно значения тока будет прямо пропорционально значению полной мощности S. Энергия, которая преобразуется из электрической в другие ее виды (тепловую, механическую и другие) и используется для выполнения полезной работы, будет пропорциональна активной энергии и соответствующей ей активной мощности Р.
Известно, что между мощностями переменного напряжения существует определенная зависимость:
Входящий в первое выражение cos φ имеет название коэффициент мощности. Он показывает, какую часть от полной мощности S будет составлять активная мощность Р:
Предположим, что Р электроустановки, значение которой в основном зависит от мощности электроприемников, величина постоянная. Теперь выясним, к чему приведет изменения коэффициента мощности cos φ.
Из приведенных выше формул следует, что при увеличении cos φ будет снижаться S. При этом Р = const. Из чего следует, что данное явление может происходить только за счет снижения реактивной мощности Q. Уменьшение S приводит к снижению линейного тока Iл.
Снижение Iл повлечет за собой снижение потерь в ЛЭП, обмотках трансформаторов и электрических машин, а также другого электрооборудования.
Также отсюда выплывает и следующий вывод, раз значение линейного тока Iл снижается, то возможно уменьшение поперечного сечения токоведущих частей. В отношении трансформаторов и электродвигателей данное явление влечет за собой снижение веса, габаритов, стоимости.
В действующей электроустановке повышение коэффициента мощности позволит увеличить количество электроприемников при существующих площадях поперечного сечения, которые могут быть подключены к данной сети.
Как видим, повышение cos φ положительно скажется на работе электрической цепи переменного напряжения.
Известно, что большая часть электроприемников переменного тока потребляет помимо активной еще и индуктивную (реактивную) мощность. И самый главный потребитель – асинхронный электродвигатель. Значительную часть потребляют и трансформаторы, применяемые в различных установках.
Индуктивная мощность потребляется и электрическими аппаратами, такими как магнитные пускатели, реле, контакторы, электромагниты и прочие.
Для уменьшения реактивной мощности рекомендовано:
- Не завышать мощность асинхронных электродвигателей;
- Избегать недогрузки электродвигателей;
- Максимально сокращать время работы трансформаторов и электродвигателей в режиме холостого хода;
Но довольно часто коэффициент мощности оказывается недостаточно высоким в промышленных электросетях, даже не смотря на предпринятые выше меры. Для его повышения прибегают к подключению к электросети специальных компенсирующих устройств, таких как конденсаторные батареи, тиристорные компенсаторы и синхронные компенасторы. Последние в настоящее время практически нигде не применяются и активно модернизируются на тиристорные компенсаторы. Батареи конденсаторов обычно соединяют в треугольник, как показано на рисунке ниже:
При подключении компенсирующего устройства общий cos φ сети повышается, но у электроприемников он остается прежним.
Чтобы максимально снизить сечение токоведущих частей от подстанции к электроприемнику, компенсирующие устройства стараются разместить как можно ближе к потребителю.
Рассмотрим небольшой пример
К трехфазной сети (рисунок выше) с линейным напряжением Uл = 220 В подключены два трехфазных электроприемника. У первого потребителя электроэнергии известно Р1 = 10 кВт и cos φ = 0,7. У второго rф = 6 Ом, ХLФ = 8 Ом. Нагрузка симметричная.
Необходимо определить мощности, токи, cos φ электроустановки из двух приемников. Найти емкость, токи и мощность батареи конденсаторов для поддержания cos φ = 0,95. Определить токи и мощности электроустановки из двух электроприемников и батареи конденсаторов.
Решение
Для первого электроприемника:
Полное сопротивление и ток фазы второго приемника:
Отсюда следует:
Теперь можем вычислить мощности всей электроустановки:
Линейный ток и cos φ электроустановки из двух потребителей электроэнергии:
Мощность электроустановки, состоящей из электроприемников и конденсаторной батареи:
Линейные токи электроустановки и батареи конденсаторов:
Фазные токи и сопротивление фазы батареи конденсаторов:
Емкость одной фазы и всей конденсаторной батареи:
Понимание коэффициента мощности — Laurens Electric Cooperative
Коэффициент мощности — это мера того, насколько эффективно вы используете электроэнергию.
Различные виды энергии работают, чтобы обеспечить нас электрической энергией. Вот что делает каждый.
Рабочая мощность – «истинная» или «реальная» мощность, используемая во всех электроприборах для выполнения работы по нагреву, освещению, движению и т. д. Мы выражаем ее в кВт или киловаттах. Распространенными типами резистивных нагрузок являются электрическое отопление и освещение.
Индуктивной нагрузке, такой как двигатель, компрессор или балласт, также требуется реактивная мощность для создания и поддержания магнитного поля для работы. Мы называем эту нерабочую мощность кВАр или киловольт-ампер-реактивная.
В каждом доме и офисе есть резистивные и индуктивные нагрузки. Соотношение между этими двумя типами нагрузок становится важным по мере добавления индуктивного оборудования. Рабочая мощность и реактивная мощность составляют полную мощность, которая называется кВА, киловольт-ампер. Мы определяем полную мощность по формуле кВА2 = кВ*А.
Идя еще дальше, коэффициент мощности (PF) представляет собой отношение рабочей мощности к полной мощности, или формула PF = кВт / кВА.
Высокий PF приносит пользу как потребителю, так и коммунальному предприятию, в то время как низкий PF указывает на плохое использование электроэнергии.
Вот пример.
Операция штамповки стали выполняется при 100 кВт (рабочая мощность), а измеритель полной мощности регистрирует 125 кВА. Чтобы найти коэффициент мощности, разделите 100 кВт на 125 кВА, чтобы получить коэффициент мощности 80 %. Это означает, что только 80 % поступающего тока совершает полезную работу, а 20 % тратится на нагрев проводников. Поскольку Laurens Electric должна обеспечивать потребности всех клиентов как в кВт, так и в кВА, чем выше PF, тем эффективнее становится наша распределительная система.
Улучшение коэффициента мощности может максимизировать пропускную способность по току, повысить напряжение на оборудовании, снизить потери мощности и снизить счета за электроэнергию.
Самый простой способ улучшить коэффициент мощности — добавить в электрическую систему корректирующие конденсаторы коэффициента мощности.
Конденсаторы коррекции коэффициента мощности действуют как генераторы реактивного тока. Они помогают компенсировать нерабочую мощность, используемую индуктивными нагрузками, тем самым улучшая коэффициент мощности. Взаимодействие между конденсаторами PF и специализированным оборудованием, таким как приводы с регулируемой скоростью, требует хорошо спроектированной системы.
Конденсаторы коррекции коэффициента мощности могут включаться каждый день при запуске индуктивного оборудования. Включение конденсатора может вызвать кратковременное состояние «перенапряжения». Если у заказчика возникают проблемы с самопроизвольным отключением преобразователей частоты из-за «перенапряжения» каждый день примерно в одно и то же время, проверьте последовательность управления переключением. Если клиент жалуется на перегорание предохранителей на некоторых, но не на всех конденсаторах, проверьте гармонические токи.
Коррекция коэффициента мощности конденсаторами
Описание:
Коэффициент мощности – это соотношение (фаза) тока и напряжения в электрических распределительных сетях переменного тока.
В идеальных условиях ток и напряжение находятся «в фазе», а коэффициент мощности равен «100 %». Если присутствуют индуктивные нагрузки (двигатели), коэффициент мощности менее 100 % (обычно от 80 до 90 %).
Низкий коэффициент мощности, с точки зрения электротехники, вызывает более сильный ток, протекающий по линиям электропередачи, чтобы доставить определенное количество киловатт сверх электрической нагрузки.
Эффекты?
Система распределения электроэнергии в здании или между зданиями может быть перегружена избыточным (бесполезным) током.
Мощность систем генерации и распределения электроэнергии, принадлежащих Laurens Electric, измеряется в кВА (килоамперах).
КВА = ВОЛЬТ X АМПЕР X 1,73 (трехфазная система) / 1000
При единичном коэффициенте мощности (100%), для обеспечения 2000 кВт потребуется 2000 кВА мощности генерирующей и распределительной сети. Однако, если бы коэффициент мощности упал до 85%, потребовалась бы мощность 2353 кВА. Таким образом, мы видим, что более низкий коэффициент мощности оказывает обратное влияние на генерирующие и распределительные мощности.
Низкий коэффициент мощности перегружает генерирующие, распределительные и сети с избыточным кВА.
Если вы владеете большим зданием, вам следует рассмотреть возможность коррекции низкого коэффициента мощности по одной или обеим из следующих причин:
- Чтобы снизить вероятность дополнительных расходов на коэффициент мощности в случае, если Laurens Electric начнет выставлять счета за корректировку коэффициента мощности и
- Для восстановления мощности (кВА) перегруженных фидеров в здании или комплексе зданий.
Существует несколько методов коррекции низкого коэффициента мощности. Обычно используются: емкость.
Блоки конденсаторов
Наиболее практичным и экономичным устройством коррекции коэффициента мощности является конденсатор. Это улучшает коэффициент мощности, потому что влияние емкости прямо противоположно влиянию индуктивности.
Номинальная мощность конденсатора в кВАр показывает, сколько реактивной мощности будет отдавать конденсатор.
Поскольку этот вид реактивной мощности компенсирует реактивную мощность, вызванную индуктивностью, каждый киловар емкости уменьшает чистую потребность в реактивной мощности на ту же величину. Например, конденсатор на 15 кВАр компенсирует 15 кВА индуктивной реактивной мощности.
Конденсаторы могут быть установлены в любой точке электрической системы и улучшат коэффициент мощности между точкой приложения и источником питания. Однако коэффициент мощности между нагрузкой и конденсатором останется неизменным. Конденсаторы обычно добавляются к каждой единице неисправного оборудования, перед группами двигателей (перед центрами управления двигателями или распределительными панелями) или в основных службах.
Переключаемые конденсаторы
Установки, оборудованные очень большими прерывистыми индуктивными нагрузками, такие как большие двигатели, компрессоры и т. д., могут потребовать переключаемых конденсаторов; то есть конденсаторы подключены к отдельным двигателям или группам двигателей.
Поэтому они действуют только при включении нагрузки двигателя. Либо мощность может включаться и выключаться на подстанции в зависимости от измеренного коэффициента мощности. Функция переключения требуется только в том случае, если требуемые конденсаторы настолько велики, что вызывают нежелательный опережающий коэффициент мощности в то время, когда большие двигатели выключены.
Для получения дополнительной информации см. информационный бюллетень «Снижение стоимости коэффициента мощности» (pdf), опубликованный Министерством энергетики США. Примечание. Для просмотра и печати PDF-файлов требуется Adobe Acrobat Reader.
Что подразумевается под коэффициентом мощности?
Низкий коэффициент мощности снижает пропускную способность электрической системы за счет увеличения протекающего тока. Поэтому иметь низкий коэффициент мощности неэффективно и дорого. Но что такое коэффициент мощности и что на него влияет?
Типичная распределительная система ограничена по количеству тока, который она может нести; коэффициент мощности, выраженный в процентах, является показателем величины полного тока, который может быть использован для создания работы (активной мощности).
Чем ближе коэффициент мощности к 1,00 (100%), тем меньше ток, необходимый для выполнения указанной работы.
Например, нагрузка с коэффициентом мощности 0,80 означает, что только 80% мощности эффективно используется для выполнения работы. В идеальном мире вся мощность, получаемая из энергосистемы, должна быть преобразована в полезную работу, но в реальном мире это не так. Для полного описания коэффициента мощности необходимы сложные уравнения. Однако для более простого понимания Министерство энергетики США использует простую аналогию с мощностью, необходимой лошади, чтобы тянуть тележку по рельсам.
В идеале лошадь должна быть размещена перед вагоном, чтобы обеспечить наиболее эффективное тяговое усилие; однако это не всегда возможно. Угол буксировки отражает изменение коэффициента мощности: чем меньше угол, тем лучше коэффициент мощности, чем больше угол, тем ниже коэффициент мощности (рис. 1).
1. Углы влияют на полезную работу. Показанная здесь аналогия обеспечивает визуализацию, помогающую понять коэффициент мощности. Коэффициент мощности определяется как отношение реальной (рабочей) мощности к полной (полной) мощности. Если лошадь вести ближе к центру следа, угол бокового увода уменьшается, и реальная мощность приближается к значению кажущейся мощности. Источник: Министерство энергетики США |
Полная энергия, необходимая для тяги вагона, представляет собой кажущуюся мощность. Фактическая энергия, движущая вагон, является реальной силой. Энергия, не используемая из-за угла тяги лошади, является реактивной мощностью. Другими словами, реальная мощность, также называемая рабочей мощностью (кВт), выполняет фактическую работу движения, тепла и света. Реактивная мощность или нерабочая мощность (кВар) поддерживает магнитное поле реактивной нагрузки (обычно индуктивной). Ток, используемый для создания реактивной мощности, не используется для создания работы; однако этот ток ложится бременем на систему распределения, поставщика электроэнергии и счета за электроэнергию объекта.
Векторная сумма рабочей мощности и нерабочей мощности равна полной мощности (полная мощность):
Полная мощность = √ (активная мощность 2 + реактивная мощность 2 )
, которая используется для расчета коэффициента мощности:
Коэффициент мощности = Активная мощность / Полная мощность = косинус угла (ϕ)
Основы напряжения и тока
Чтобы понять коэффициент мощности, мы должны сначала понять некоторые основы теории переменного тока (AC) и связанные с ней формы сигналов. Напряжение в системе переменного тока чередуется между положительным и отрицательным (в синусоидальной форме) и заставляет ток вести себя аналогичным образом. Это происходит 60 раз в секунду (в системе с частотой 60 Гц) в диапазоне от 0 до 360 градусов. В отличие от систем переменного тока, напряжение в системе постоянного постоянного тока (DC) не изменяется.
Поскольку мгновенное значение напряжения переменного тока постоянно изменяется, наука определила другую меру для величин переменного тока, а именно среднеквадратичное значение.
Среднеквадратичное значение сигнала переменного тока дает тот же эффект нагрева, что и сигнал постоянного тока того же значения.
Среднеквадратичное значение представляет собой квадратный корень из среднего арифметического квадратов набора мгновенных значений за период (цикл). Когда напряжение и ток являются чисто синусоидальными, среднеквадратичное значение напряжения и тока можно найти по пиковому (pk) напряжению и току:
V среднеквадратичные среды = V PK / √2
119,5 В ОБС = 169 В PK / 1,414
Аналогично,
I RMS = I
PK,
I = I PK
/ I
PK
I / I
PK
I . A RMS = 106 A pk / 1,414
Вы можете спросить себя, какое отношение это имеет к коэффициенту мощности? Для расчета мощности переменного тока требуется знание среднеквадратичного значения напряжения, среднеквадратичного значения тока и синусоидального фазового соотношения.
Итак, резюмируя, среднеквадратичное значение — это мера нагревательного эффекта, рассчитанная по форме волны, которая позволяет сравнивать переменный ток с постоянным. Любой фазовый сдвиг от чистой синусоидальной формы сигнала указывает на коэффициент мощности.
Ниже приведено сравнение того, как коэффициент мощности влияет на выходную мощность кВА при двух разных однофазных нагрузках.
Для электрического обогревателя мощностью 9 кВт (120 В переменного тока, 75 А) с входным коэффициентом мощности (PF) 1,0:
P = √1ϕ x 120 В переменного тока x 75 A x 1,0 PF = 9 кВт
кВА = √1ϕ x 120 В переменного тока x 75 A = 9 кВА
Для зарядного устройства мощностью 9 кВт (120 В переменного тока, 75 A) с входным коэффициентом мощности 0,866:
P = √1ϕ x 120 В переменного тока x 86,6 A x 0,866 PF = 9 кВт
кВА = √1ϕ x 120 В переменного тока x 86,6 A = 10,392 кВА
Хотя каждая нагрузка потребляет 9 кВт мощности, входной коэффициент мощности зарядного устройства составляет 0,866.
Более низкий коэффициент мощности требует для работы дополнительных 11,6 А, которые в конечном итоге предоставляются энергетической компанией. Необходимо не только приобрести дополнительный реактивный ток, но и увеличить размер распределительной системы, чтобы справиться с дополнительным током.
Что влияет на коэффициент мощности?
Коэффициент мощности относится к соотношению между активной (полезной мощностью) и полной (полной) мощностью. Это отношение является мерой того, насколько эффективно используется электроэнергия.
Линейные резистивные нагрузки. В системе переменного тока нагрузки классифицируются по способу потребления тока. Линейная резистивная нагрузка — это чисто резистивная нагрузка, не содержащая ни индуктивных, ни емкостных компонентов, таких как электрические обогреватели и лампы накаливания. Кривые напряжения и тока пересекают нулевую координату в одной и той же точке.
Кривая мощности (P) на рис. 2 рассчитана по напряжению (V) и току (I), показанным в положительной области графика.
В этом примере напряжение и ток составляют 120 ВСКЗ и 75 АСКЗ соответственно. Произведение двух равно 9кВА или 9 кВт. Напряжение и ток находятся «в фазе», и 100% мощности (рабочей мощности) эффективно используются для выполнения полезной работы. Коэффициент мощности для этого типа нагрузки равен 1,0.
| 2. Линейные активные нагрузки. Напряжение и ток совпадают по фазе с коэффициентом мощности, равным 1,0 для чисто резистивных нагрузок. Предоставлено Ametek Solidstate Controls |
Линейные нерезистивные/реактивные нагрузки. Необычно найти чисто активные нагрузки; большинство нагрузок имеют дополнительную реактивную составляющую. Эти нерезистивные/реактивные нагрузки составляют большой процент всех нагрузок. Форма волны тока смещена от формы волны напряжения так, что она находится «в противофазе». Если нагрузка индуктивная, ток отстает от напряжения; если нагрузка емкостная, ток опережает.
Промышленные объекты, как правило, имеют отстающие нагрузки коэффициента мощности (индуктивные нагрузки). Этими типами нагрузок могут быть асинхронные двигатели, дроссели и трансформаторы. Нагрузки с опережающим коэффициентом мощности (емкостные нагрузки) менее распространены и обычно представляют собой подземные кабели или некоторые импульсные источники питания.
На рис. 3 та же нагрузка, что и на рис. 2, теперь имеет кривые напряжения и тока, сдвинутые по фазе на 30 градусов. Поскольку это индуктивная форма волны, ток теперь отстает.
| 3. Индуктивные нагрузки. Напряжение и ток не совпадают по фазе для линейных нерезистивных/реактивных нагрузок. В этом примере с индуктивной нагрузкой ток отстает от напряжения на 30 градусов при коэффициенте мощности 0,866. Предоставлено Ametek Solidstate Controls |
Нелинейные нагрузки — гармоники. Современные промышленные установки имеют не только резистивные, индуктивные и емкостные нагрузки, но многие из них также включают полупроводниковое оборудование, такое как импульсные источники питания, приводы постоянного тока, частотно-регулируемые приводы (VFD), электронные балласты, дуговые сварочные аппараты и датчики температуры.
-управляемые печи. Это все нелинейные нагрузки или нагрузки, для которых ток несинусоидален, даже когда напряжение синусоидально. Несинусоидальный характер этих сигналов выражается с помощью гармоник.
Гармоники — это сигналы различной амплитуды на частотах, кратных основной частоте напряжения (50 Гц или 60 Гц). Они накладываются на синусоидальную форму волны тока для создания общей формы волны тока. Рисунок 4 является примером такой формы волны тока.
| 4. Нелинейные нагрузки. На этом графике показаны формы сигналов напряжения и тока нелинейного источника питания с гармониками. Для наглядности он показан без 30-градусного фазового сдвига тока. Предоставлено Ametek Solidstate Controls |
Среднеквадратичное значение всего тока находится путем суммирования среднеквадратичного значения каждой гармоники тока. При частоте сигнала 60 Гц это означает, что частота 2-й гармоники будет равна 120 Гц (60 Гц x 2 = 120 Гц), а частоты 3-й, 4-й и 5-й гармоник будут равны 180 Гц, 240 Гц и 300 Гц соответственно.
Гармоники, кратные основной частоте, могут быть выражены как 2f, 3f, 4f и т. д.
Текущее общее гармоническое искажение (THD) представляет собой сумму всех гармонических составляющих формы волны тока по сравнению с основной составляющей волны тока. . Как показано ниже, это отношение среднеквадратичного значения гармоник тока к среднеквадратичному значению основного тока.
I THD = среднеквадратичные гармоники / среднеквадратичных средств фундаментального тока = √ (I 2 2 + I 3 2 + I 4 2 +…) / I 1 8 2 +…) / I 1 1 1 1 1 1 1 2 + … / I 1 1 1 2 + … / I 1 4 2 +. x 100%
Для чисто синусоидальных сигналов фазовый сдвиг между напряжением и током достаточен для количественного определения коэффициента мощности (PF).
Для сигналов, которые не являются синусоидальными, термин «коэффициент мощности смещения» (DpPF) используется для количественной оценки фазового сдвига между основными частотами двух сигналов (составляющими 50 Гц или 60 Гц). Для тех же несинусоидальных сигналов определен термин для количественной оценки влияния гармоник на коэффициент мощности. Этот термин называется коэффициентом мощности искажения (DF).
DF = 1 / √(1 + THD 2 )
Чтобы найти общий коэффициент мощности (PF T ), используется следующее уравнение:
Корреляция коэффициента мощности
Для линейных нагрузок треугольник мощности представляет собой прямоугольный треугольник, показывающий соотношение между рабочей, реактивной и полной мощностью. Соотношение между рабочей и полной мощностью – это PF. Значение может варьироваться от 0,0 до 1,0.
Рабочая мощность, также называемая истинной мощностью, реальной мощностью или активной мощностью, выполняет фактическую работу движения/нагрева/освещения и т.
Добавить комментарий