Расчет коэффициента мощности: Коэффициент мощности

Расчет емкости конденсатора коррекции коэффициента мощности:

Q _{c (кВАр)} = Q _(кВАр) — Q с _{поправкой (кВАр)}

C _(F) = 1000 × Q _{c (кВАр)} / (3 × 2π f _(Гц) × V _{L-N (В)} ² )

Калькулятор мощности ►

Смотрите также

• Фактор силы
• Электроэнергия
• Калькулятор мощности
• Калькулятор ампер в кВт
• Калькулятор ампер в кВА

Расчёт значения коэффициента мощности CosFi мотора холодильного компрессора БИТЦЕР

 Коэффицие́нт мо́щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Можно показать, что если источник синусоидального тока (например, розетка ~220 В, 50 Гц) нагрузить на нагрузку, в которой ток опережает или отстаёт по фазе на некоторый угол от напряжения, то на внутреннем активном сопротивлении источника выделяется повышенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку со сдвинутыми напряжением и током от электростанции требуется больше энергии; избыток передаваемой энергии выделяется в виде тепла в проводах и может быть довольно значительным.

На графиках: 

Синусоидальное напряжение (красная линия) и ток (зелёная линия) имеют фазовый сдвиг φ = 45^о , т.о. Cosφ = 0,71  — нагрузка имеет и активную, и реактивную составляющие. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны из переменного напряжения и тока с коэффициентом мощности, равным 0,71. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) под осью абсцисс показывает, что некоторая часть подводимой мощности всё же возвращается в сеть в течение части цикла, отмеченного φ.

Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения. Поэтому в случае синусоидальных напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстают соответствующие фазы. Это можно представить в виде треугольника векторов.

где :

S — полная или «видимая» мощность , потребляемая из сети (kVA)

Q — реактивная или «неактивная» мощность (kvar)

P — активная или «реальная» мощность (kW)

Т.о. Cosφ равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и неактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А) вместо ватта (Вт).

Cosφ — коэффициент мощности каждого потребителя электроэнергии необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях, что выражается в избыточном потреблении электроэнергии и снижении КПД электрооборудования, питающегося от данной сети.

При одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. 

Безусловно, холодильный компрессор, в состав которого входит асинхронный трёхфазный двигатель переменного тока, является таковым потребителем, и величина его коэффициента мощности существенно влияет на величину электропотребления всей холодильной установки.

Из теории электрических машин следует, что значение коэффициента мощности Cosφ является величиной переменной и зависит от величины нагрузки на электродвигатель. Т.е. чем ближе текущая нагрузка на валу асинхронного электродвигателя к наибольшей расчётной, тем выше значение Cosφ, тем оно ближе к 1.

Перекачиваемый холодильным компрессором газообразный хладагент  в зависимости от требуемых от холодильной установки холодо- или теплопроизводительности имеет различные рабочие температуры  t_o и  t_c , а следовательно и величины рабочих давлений p_o и p_{c ,} которые могут варьироваться в довольно широком диапазоне (в пределах области допустимого применения разумеется). Т.о. и нагрузка на мотор холодильного компрессора может быть весьма различной — чем выше значения t_o и  t_c , тем нагрузка на мотор выше и, соответственно, чем ниже t_o и  t_c , тем и нагрузка на мотор ниже. Неслучайно, практически все производители компрессорного оборудования предусматривают оснащение нескольких моделей одинаковой объёмной производительности  различными приводными электродвигателями, оптимизированными под различную нагрузку: высоко- , средне- и низкотемпературные модели. Это позволяет не только оптимизировать стоимость компрессоров различного назначения, но и улучшить показатели их энергопотребления.

В программе подбора оборудования BITZER Software 6.3.2 при вычислении потребляемой мощности компрессоров значение Cosφ учитывается следующим образом:  P = S Cosφ (см. векторный треугольник выше). В результатах расчёта конкретного компрессора на определённом режиме работы в графе «Потребл. мощность» указывается теоретическое значение активной потребляемой мощности Р(кВт), а в графе «Ток (400V)» указывается реальное значение рабочего тока I (А), полученное с учётом реально потребляемой компрессором полной мощности S. 

Таким образом, значение Cosφ можно вычислить по простой формуле: Cosφ = P/S = P/(1,732 *U*I).

Обращаю внимание на то, что при расчётах в программе напряжение сети принимается U=400V. Но, если реальная величина напряжения отличается от расчётной, то на величину реальных Р и Cosφ это не влияет, так как выполняется соотношение U * I = const. Т.е. чем ниже напряжение в сети, тем выше рабочий ток.

Рассмотрим два примера расчёта одного и того же самого большого винтового компактного компрессора БИТЦЕР CSH95103-320Y, работающим на R134a с ECO на двух различных режимах:

1 режим —  тепловой насос, t_o =12^оС,   t_c =70^оС    Cosφ =0,89

2 режим —  чиллер ледового катка, t_o = -15^оС,   t_c =25^оС    Cosφ =0,74

Очевидно, что нагрузка на мотор этого компрессора на режиме 2 значительно более низкая, чем на режиме 1. Соответственно, значения коэффициента мощности у одного и того же мотора, но работающего на разных нагрузках получается разное.

Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, то есть его повышения до значения, близкого к единице.

Из приведённых выше примеров 1 и 2  наглядно видно, что даёт эта коррекция для  холодильных установок, особенно для компрессора чиллера ледового поля — режим 2. Величина реактивной мощности при таком режиме работы становится значительной. Величина полной мощности, учитывающей величину активной мощности, а также потребление из сети и генерацию в сеть реактивной мощности, составляет  S=P/Cosφ = 140kVA

Если в системе электропитания компрессора установить корректирующую систему, повышающую значение  Cosφ  до 0,95 , то это позволит снизить величину полной потребляемой мощности компрессора до 132,7kVA и, таким образом, уменьшить рабочий ток с 201А до 156,6А.

Это реальный аргумент для заказчика большой холодильной машины, электропитание которой ограничено проектным заданием. Известно, что применение системы коррекции коэффициента мощности было успешно применено на объекте  Хладотехника, Новосибирск. Винтовые централи с воздушными маслоохладителями на комплексе фирмы «Инмарко» . На этом комплексе добились существенного снижения полной потребляемой мощности за счёт корректировки  Cosφ уже на этапе проектирования.

Коррекция реактивной составляющей полной мощности потребления устройства выполняется путём включения в цепь реактивного элемента, производящего обратное действие. Например, для компенсации действия электродвигателя переменного тока, обладающего высокой индуктивной реактивной составляющей полной мощности, параллельно цепи питания включается конденсатор большой ёмкости.

В настоящее время многие производственные электротехнические компании предлагают готовые собранные в щите корректирующие системы по вполне приемлемым ценам. См. например, предложение Санкт-Петербургской компании ЭЛЕКТРОМИР на Установки компенсации реактивной мощности (АУКРМ)

Калькулятор коэффициента мощности

Создано Bogna Szyk

Отзыв от Adena Benn

Последнее обновление: 07 июля 2022 г.

Содержание:

• Реальная, реактивная и полная мощность
• Как рассчитать коэффициент мощности?
• Сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс

Этот калькулятор коэффициента мощности удобен для анализа переменного тока (AC), протекающего в электрических цепях. Вы, наверное, уже знаете, что можно моделировать постоянный ток (DC) с помощью закона Ома. В случае переменного тока эта задача не так проста, так как такие цепи содержат как активную, так и реактивную мощность.

Этот калькулятор поможет вам узнать значения различных типов мощности в цепи и предоставит вам формулу коэффициента мощности, которая выражает соотношение между реальной и полной мощностью.

Действительная, реактивная и полная мощность

Если вы хотите понять коэффициент мощности, вам в первую очередь необходимо более глубокое понимание его компонентов: активной, реактивной и полной мощности.

• Активная мощность (также называемая истинной или активной мощностью), обозначается цифрой P , совершает реальную работу в электрической цепи и рассеивается в резисторах. Это единственная форма мощности, которая появляется в цепи постоянного тока. В цепи переменного тока нет фиксированных значений тока и напряжения — они изменяются синусоидально. Если между этими двумя значениями нет фазового сдвига , то вся передаваемая мощность активна. Измеряем мощность в Вт .

• Реактивная мощность , обозначаемая Q , передается, когда ток и напряжение равны 90 градусов не по фазе. В таком случае чистая энергия, передаваемая в цепи переменного тока, равна нулю, и мы не теряем реальной мощности. Реактивная мощность никогда не появляется в цепях постоянного тока. В цепях переменного тока это связано с реактивным сопротивлением катушек индуктивности и конденсаторов. Мы измеряем его в вольт-амперах-реактивных (вар).

• Полная мощность , обозначаемая S , представляет собой комбинацию активной и реактивной мощностей. Это произведение среднеквадратичных значений напряжения и тока в цепи без учета влияния фазового угла. Это также векторная сумма P и Q. Мы измеряем полную мощность в Вольт-Ампер (ВА).

Треугольник мощностей

Полную мощность находим векторным сложением активной и реактивной мощностей. Вы можете использовать графический метод, чтобы представить эти три значения в форме треугольника, называемого треугольником мощности .

Каждая сторона треугольника представляет одну из трех форм мощности, передаваемой в цепи переменного тока. Катеты прямоугольного треугольника представляют действительную и реактивную мощности, а гипотенуза — полную мощность.

Одним из следствий использования треугольника мощности является то, что вы можете легко установить математическое соотношение между тремя значениями с помощью теоремы Пифагора:

S² = P² + Q²

Кроме того, угол между реальным а полная мощность, обозначенная как φ , представляет собой импеданс цепи фазовый угол .

Формула коэффициента мощности

Коэффициент мощности — это соотношение между реальной и полной мощностью в цепи. Если реактивной мощности нет, то коэффициент мощности равен 1. Если, наоборот, активная мощность равна нулю, то полная мощность также равна 0,9.0003

Формула коэффициента мощности:

коэффициент мощности = P/S

Например, коэффициент мощности 0,87 означает, что 87% тока, подаваемого в цепь, выполняет реальную работу. Остальную мощность, а именно 13%, приходится отдавать на компенсацию реактивной мощности. Знание того, как рассчитать коэффициент мощности, может быть полезным, например, при расчетах генераторов электроэнергии.

Как рассчитать коэффициент мощности?

Вы также можете рассчитать коэффициент мощности с помощью треугольника мощности. Используя принципы тригонометрии, вы можете записать это как

P / S = cos φ

Так как коэффициент мощности равен отношению между реальной и полной мощностью,

коэффициент мощности = cos φ

которые определяют цепь переменного тока, зная только одно из трех значений — действительную, реактивную или полную мощность — и либо коэффициент мощности, либо фазовый угол. Конечно, вы можете использовать этот калькулятор коэффициента мощности вместо того, чтобы вычислять числа вручную! 🙂

Сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс

Тремя основными компонентами цепи переменного тока являются резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Вы можете использовать этот калькулятор коэффициента мощности не только для описания мощности, которая передается через каждый из этих компонентов, но и для установления того, что происходит, когда через них проходит электрический ток, а именно, каким сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом обладают такие элементы.

• Сопротивление , обозначается R и выражается в омах (Ом), является мерой того, насколько проводник (в первую очередь резистор) уменьшает электрический ток I , протекающий через него. Это значение напрямую связано с реальной мощностью, протекающей в цепи переменного тока. Мы можем записать это соотношение P = I²R .

• Реактивное сопротивление , обозначаемое как X и также измеряемое в омах (Ом), представляет собой инерцию, противодействующую движению электронов в компоненте цепи. Он в основном присутствует в конденсаторах и катушках индуктивности. Если вы пропускаете переменный ток через компонент с высоким реактивным сопротивлением, падение напряжения составит 90 градусов не совпадают по фазе с током. Реактивное сопротивление связано с реактивной мощностью уравнением Q = I²X .

• Полное сопротивление , обозначаемое Z и измеряемое в омах (Ом), является эквивалентом переменного сопротивления в цепях постоянного тока. Он присутствует во всех компонентах всех электрических цепей. Его можно рассчитать векторным сложением сопротивления (см. ниже) и реактивного сопротивления или по формуле S = I²Z .

Соотношение между сопротивлением, реактивным сопротивлением и импедансом аналогично треугольнику мощности:

Z² = R² + X²

Идеальные резисторы имеют ненулевое сопротивление, но нулевое реактивное сопротивление, в то время как идеальные катушки индуктивности или конденсаторы имеют нулевое сопротивление, но ненулевое реактивное сопротивление. Все компоненты электрической цепи обладают некоторым полным сопротивлением.

Bogna Szyk

Current (I)

A

Power Triangle

True Power (P)

Реактивная мощность (Q)

VAR

Кажущаяся мощность (S)

VA

Фазовый угол

Коэффициент мощности

R, x и z

Сопротивление (R)

ω

Реактивное сопротивление (x)

ω

Импеданс (z)

Проверьте 86 аналогичных калькуляторов электромагнетизма Ускорение частицы в электрическом полеМощность переменного токаРазмер прерывателя… 83 подробнее

Коррекция коэффициента мощности – что это такое? Почему это необходимо? Как это достигается?

Проектирование и монтаж

время_доступа 4 года назад

Основы коэффициента мощности:

Качество электроэнергии имеет важное значение для эффективной работы оборудования, и коэффициент мощности способствует этому.

Коэффициент мощности — это показатель эффективности использования поступающей мощности в электроустановке. Это отношение активной мощности к полной, когда:

Треугольник мощности:

Низкий коэффициент мощности (например, менее 95%) приводит к тому, что для выполнения того же объема работы требуется больший ток.

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности (PFC) предназначена для улучшения коэффициента мощности и, следовательно, качества электроэнергии. Это снижает нагрузку на систему распределения электроэнергии, повышает энергоэффективность и снижает затраты на электроэнергию. Это также снижает вероятность нестабильности и отказа оборудования.

Коррекция коэффициента мощности достигается за счет подключения конденсаторов, которые производят реактивную энергию в противоположность энергии, поглощаемой нагрузками, такими как двигатели, расположенные локально рядом с нагрузкой. Это улучшает коэффициент мощности в точке подключения источника реактивной мощности, предотвращая ненужную циркуляцию тока в сети.

Определение требуемого ККМ

Выбор оборудования ККМ должен выполняться в соответствии со следующим четырехэтапным процессом лицами с соответствующими навыками:

Шаг 1: Расчет требуемой реактивной мощности

Цель состоит в том, чтобы определить требуемую реактивную мощность (Qc (кВАр)) для установки, чтобы улучшить коэффициент мощности (cos φ) и уменьшить полную мощность (С).

Qc можно определить по формуле Qc = P (tan φ – tan φ‘), которая выводится из диаграммы.

Параметры φ и tan φ могут быть получены из расчетных данных или путем непосредственного измерения в установке.

Шаг 2: Выбор режима компенсации

Расположение низковольтных конденсаторов в установке может быть центральным (одно место для всей установки), посекционным (посекционным), на уровне нагрузки или комбинация последних двух.

В принципе, идеальная компенсация применяется в точке потребления и на уровне, требуемом в любой момент времени. На практике выбор определяется техническими и экономическими факторами.

Местоположение определяется:

Этап 3: Выбор типа компенсации

Различные типы компенсации должны быть приняты в зависимости от требований к производительности и сложности управления:

Шаг 4: Допуск на условия эксплуатации и гармоники

Условия эксплуатации сильно влияют на ожидаемый срок службы конденсаторов, поэтому необходимо учитывать следующие параметры:

Некоторые нагрузки (двигатели с регулируемой скоростью, статические преобразователи, сварочные аппараты, дуговые печи, люминесцентные лампы и т.