Võimsusteguri suurendamine siinusvooluahelates

Enamikul tänapäevastel elektrienergia tarbijatel on induktiivne koormus, mille voolud jäävad lähtepingest maha. Nii et asünkroonmootorite puhul trafod, keevitusmasinad ja muud reaktiivvoolu on vaja, et tekitada elektrimasinates pöörlev magnetväli ja trafodes vahelduv magnetvoog.

Selliste tarbijate aktiivvõimsus antud voolu ja pinge väärtuste juures sõltub cosφ-st:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Võimsusteguri vähenemine toob kaasa voolu suurenemise.

Koosinus phi see väheneb eriti oluliselt, kui mootorid ja trafod töötavad tühikäigul või suure koormuse all. Kui võrgus on reaktiivvool, ei ole generaatori, trafo alajaamade ja võrkude võimsus täielikult ära kasutatud. Cosφ vähenedes suurenevad need oluliselt energia kadu elektriseadmete juhtmete ja poolide soojendamiseks.

Näiteks kui tegelik võimsus jääb konstantseks, antakse see vooluga 100 A, kui cosφ= 1, siis cosφ vähenemise korral 0,8-ni ja sama võimsusega suureneb vool võrgus 1,25 korda (I = Innetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ).

Kaod küttevõrgu juhtmetel ja generaatori (trafo) mähised Pload = I2nets x Rnets on võrdelised voolu ruuduga ehk suurenevad 1,252 = 1,56 korda.

Kui cosφ= 0,5 on sama aktiivvõimsusega võrgu vool võrdne 100 / 0,5 = 200 A ja kaod võrgus suurenevad 4 korda (!). See kasvab võrgu pingekadumis häirib teiste kasutajate normaalset tööd.

Kasutaja arvesti annab kõigil juhtudel sama palju tarbitud aktiivenergiat ajaühiku kohta, kuid teisel juhul toidab generaator võrku vooluga, mis on 2 korda suurem kui esimesel. Generaatori koormuse (termiline režiim) ei määra mitte tarbijate aktiivvõimsus, vaid koguvõimsus kilovolt-amprites, st pinge korrutis voolutugevusvoolab läbi mähiste.

Kui tähistame liini Rl juhtmete takistust, saab selle võimsuskadu määrata järgmiselt:

Seega, mida suurem on kasutaja, seda väiksemad on voolukadud liinis ja seda odavam on elektri edastamine.

Võimsustegur näitab, kuidas allika nimivõimsust kasutatakse. Seega, et anda vastuvõtjale 1000 kW võimsusega φ= 0,5, peaks generaatori võimsus olema S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA ja cosφ = 1 C = 1000 kVA juures.

Seetõttu suurendab võimsusteguri suurendamine generaatorite energiakasutust.

Võimsusteguri (cosφ) suurendamiseks kasutatakse elektripaigaldisi reaktiivvõimsuse kompenseerimine.

Võimsusteguri suurendamine (nurga φ vähendamine - voolu ja pinge faasinihe) saab saavutada järgmistel viisidel:

1) kergelt koormatud mootorite asendamine väiksema võimsusega mootoritega;

2) pinge all

3) tühikäigumootorite ja trafode lahtiühendamine,

4) spetsiaalsete kompensatsiooniseadmete lülitamine võrku, mis on juhtiva (mahtuvusliku) voolu generaatorid.

Selleks on võimsatesse piirkondlikesse alajaamadesse spetsiaalselt paigaldatud sünkroonkompensaatorid – sünkroonsed üleergutatud elektrimootorid.

Sünkroonsed kompensaatorid

Elektrijaamade efektiivsuse tõstmiseks ühendatakse enamkasutatavad kondensaatoripangad paralleelselt induktiivkoormusega (joon. 2 a).

Riis. 2 Reaktiivvõimsuse kompenseerimiseks kondensaatorite sisselülitamine: a — ahel, b, c — vektordiagrammid

Neid kasutatakse kuni mitmesaja kVA elektripaigaldiste cosφ kompenseerimiseks koosinuskondensaatorid… Neid toodetakse pingetele 0,22 kuni 10 kV.

Kondensaatori võimsust, mis on vajalik cosφ suurendamiseks olemasolevalt väärtuselt cosφ1 nõutavale cosφ2-le, saab määrata diagrammilt (joon. 2 b, c).

Vektorskeemi koostamisel võetakse lähtevektoriks lähtepinge vektor. Kui koormus on induktiivne, siis vooluvektor Az1 jääb pingevektori φ1Aza nurga taha pingega, voolu reaktiivkomponent Azp jääb sellest maha 90 ° võrra (joonis 2 b).

Pärast kondensaatoripanga ühendamist kasutajaga määratakse vool Az vektorite Az1 ja Az° C geomeetrilise summana... Sel juhul eelneb mahtuvuslik vooluvektor pingevektorile 90 ° võrra (joonis 2, c) . See näitab vektordiagrammi φ2 <φ1, st. pärast kondensaatori sisselülitamist suureneb võimsustegur cosφ1-lt cosφ2-le

Kondensaatori võimsust saab arvutada voolude vektordiagrammi abil (joonis 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Arvestades, et P = UI, kirjutame kondensaatori mahtuvuse C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

Praktikas suurendatakse võimsustegurit tavaliselt mitte 1,0-ni, vaid 0,90-0,95-ni, kuna täielik kompenseerimine nõuab kondensaatorite täiendavat paigaldamist, mis pole sageli majanduslikult põhjendatud.