Реактивная мощность конденсатора: Компенсация реактивной мощности: способы и средства

Реактивная мощность конденсаторной установки | Конденсаторные установки для повышения коэффициента мощности

Страница 11 из 53

Реактивная мощность конденсатора и конденсаторной батареи при синусоидальном напряжении на зажимах

Реактивная мощность однофазной цепи переменного тока при синусоидальных кривых напряжения и тока выражается как Q = UI sin φ. В силовых конденсаторах угол потерь δ весьма мал и угол сдвига φ, равный 90°—δ, весьма близок к 90°; поэтому sin φ практически равен единице, и реактивную мощность конденсатора можно определять из выражения Q = UI.
Подставляя в это выражение 1=ωСU, получаем, что реактивная мощность однофазного конденсатора емкостью С мкФ при синусоидальном напряжении U кВ на зажимах равна:

где I — ток в конденсаторе, а.
Это выражение применимо при симметрии синусоидальных линейных напряжений на зажимах конденсатора, также для мощности трехфазного конденсатора, соединенного треугольником. В этом случае следует понимать под U линейное напряжение на зажимах конденсатора и под С — сумму емкостей всех трех фаз конденсатора. Для трехфазного конденсатора, соединенного треугольником, это выражение верно независимо от того, одинаковы ли емкости фаз конденсатора.

Если фазы трехфазного конденсатора соединены звездой, то в общем случае при неравенстве их емкостей реактивная мощность конденсатора определяется как сумма мощностей трех фаз:

Подставляя сюда значения U2 и U3 из § 2-3, получим:

Если емкости всех трех фаз конденсатора одинаковы, то мощность конденсатора, соединенного звездой, равна:

где С — сумма емкостей всех трех фаз, мкФ.

Приведенные выше формулы для расчета реактивной мощности конденсатора, за исключением предпоследней, можно привести к виду

где а и b — коэффициенты, зависящие от напряжения на зажимах, его частоты и от схемы внутренних соединений конденсатора. Ниже приведены значения этих коэффициентов при частоте 50 Гц для однофазного конденсатора и трехфазного, соединенного треугольником.

Для трехфазного конденсатора, соединенного звездой, значения коэффициента а, приведенные в таблице, должны быть при тех же линейных напряжениях разделены на 3 и значения коэффициента b — умножены на 3.

Из выражений, приведенных выше, следует, что реактивная мощность конденсатора пропорциональна его емкости, квадрату напряжения на зажимах и частоте этого напряжения. Мощность конденсатора, проставленная на его маркировочной табличке (паспорте), соответствует его фактической (измеренной) емкости и номинальным значениям его напряжения и частоты. Что касается фактической мощности конденсатора в каждый момент его работы, то она определяется фактическим напряжением на зажимах конденсатора.
Например, конденсатор с номинальными данными 6,3 кВ, 10 кВАр будет иметь мощность 9,1 кВАр, если его присоединить к сети, в которой напряжение равно 6 кВ.
Поэтому при проектировании конденсаторных установок следует учитывать фактический уровень напряжения в сети, к которой будут присоединены конденсаторы.

Зависимость реактивной мощности конденсатора от частоты должна учитываться только в случае включения конденсатора в сеть, номинальная частота которой отличается от номинальной частоты конденсатора.
Поскольку реактивная мощность конденсатора пропорциональна его емкости, следует различать аналогично емкости каталожную и фактическую мощности конденсатора. И та и другая могут быть получены путем расчета по выражениям, приведенным выше, но первая определяется по каталожной емкости конденсатора, а вторая — по его фактической емкости, найденной путем измерения на заводе-изготовителе (§ 2-4).
В Советском Союзе раньше выпускались только конденсаторы расчетной мощностью 10 кВАр для номинальных напряжений 1—10 кз и меньшей мощности — для более низких напряжений. Затем были разработаны новые типы конденсаторов большей мощности, и в настоящее время наибольшая мощность выпускаемых конденсаторов для поперечной компенсации составляет для напряжений 0,4—10 кз 25 кВАр.

В США мощность основного типа конденсаторов напряжением 2,4 кз и выше постепенно увеличивалась и достигла в 1959 г. 100 кзар.
В Западной Европе ранее часто встречались конденсаторы мощностью 50—100  кВАр, реже — 200—300 кВАр, а наибольшая мощность одного конденсатора 50 Гц составила 1500  кВАр (Франция). В настоящее время там выпускаются конденсаторы примерно тех же мощностей, что в Советском Союзе и США, а конденсаторы мощностью более 100  кВАр изготовляются лишь немногими фирмами.
Все формулы для расчета реактивной мощности конденсатора, приведенные в настоящем параграфе, выражают также реактивную мощность конденсаторной батареи, если понимать в них под С емкость батареи, а под C1, С2 и С3— емкости ее фаз. Однако чаще находят реактивную мощность батареи, исходя из реактивных мощностей конденсаторов.

При проектировании конденсаторной установки находят номинальную мощность батареи, предполагая, что мощности всех конденсаторов одинаковы и равны их расчетной (каталожной) мощности. Таким образом, если батарея состоит из п конденсаторов, то ее проектная мощность Qбат=Qконд.
При монтаже и эксплуатации находят мощность батареи более точно, суммируя номинальные мощности конденсаторов, входящих в состав батареи.
Выработка реактивной энергии WР конденсаторной батареей за определенный промежуток времени при отсутствии регулирования мощности батареи может быть найдена из выражения

где Q—мощность батареи, кВАр,
t — продолжительность включения батареи, ч.
Если имеет место регулирование мощности батареи, то выработка реактивной энергии может быть найдена как Wp=QT, где Т определяется по графику мощности батареи. Так же следует поступать, если нужно учесть влияние эксплуатационных изменений напряжения на выработку реактивной энергии.

Реактивная мощность конденсаторной установки при несинусоидальной кривой напряжения на зажимах

Под реактивной мощностью несинусоидального переменного тока принято понимать сумму реактивных мощностей всех гармоник, которая в общем случае выражается как
где k — порядок гармоники.
При определении реактивной мощности в цепи силового конденсатора можно считать, что угол сдвига φ для всех гармоник равен 90° и что в кривых напряжения и тока содержатся только гармоники нечетных порядков. Тогда это выражение принимает для однофазного конденсатора следующий вид:

Вольтметр и амперметр, измеряющие напряжение и ток в цепи конденсаторной установки, указывают действующие, т.

е. среднеквадратичные, значения этих величин, равные (§ 2-3):

Произведение этих значений дает полную (кажущуюся) мощность цепи S=UI, которая больше реактивной мощности, определенной по приведенному выше выражению. Между тем, потери энергии в конденсаторе и, следовательно, нагрев его определяются активной мощностью цепи, которая при несинусоидальном напряжении на зажимах пропорциональна только реактивной, но не полной мощности (tg δ может считаться одинаковым для всех практически возможных гармоник).
Произведение показаний амперметра и вольтметра, установленных в цепи конденсаторной батареи, дает полную мощность цепи, по которой нельзя точно судить о степени загрузки конденсаторов «по мощности» и о возможности опасного перегрева их. Более точным методом является определение экспериментальным путем значений тока Ik и напряжения Uk каждой гармоники и по ним, путем расчета, реактивной мощности как суммы реактивных мощностей отдельных гармоник.
Реактивная мощность конденсатора при несинусоидальном напряжении на зажимах может быть найдена и по одному из следующих выражений, в которые входят только значения Uk или Ik и номинальная мощность конденсатора:
где Uн, Iн и QH — номинальные напряжение, кВ, ток, а, и мощность конденсатора, кВАр ,
U1, U3 и т. д. — амплитуды каждой из гармоник действительной кривой напряжения по отношению к амплитуде номинального напряжения конденсатора;
I1,I3 и т. д. — аналогичные значения токов.
В этих выражениях учтены только гармоники нечетного порядка, поскольку гармоники четного порядка отсутствуют в кривых напряжения и тока электрических сетей. Второе выражение более удобно для расчетов, так как высшие гармоники в кривой тока конденсаторной установки бывают выражены более резко, чем в кривой напряжения, и поэтому значения их определяются легче и точнее.
При любом способе расчета реактивной мощности, ‘а также действующих значений тока и напряжения в цепи конденсаторной установки при несинусоидальном напряжении на зажимах можно учитывать без существенной ошибки не все гармоники, а только две-три гармоники, наиболее влияющие на результаты расчетов.

Ниже приведен пример расчета для того случая, когда напряжение на зажимах конденсаторной батареи 10 кВ, 1 500 кВАр содержит, кроме основной, только пятую гармонику, причем амплитуда ее равна 8% амплитуды основной гармоники.

Величина	Значение величины, полученное
	1-й гармоники	с учетом
		5-й гармоники	обеих гармоник
Линейное напряжение на зажимах батареи, в ………………………………………..	10 000	800	10 030
Ток в присоединении батареи, а . · Реактивная мощность батареи, кВАр	86,6	34,6	93-
	1 500	48	1 548
Полная (кажущаяся) мощность цепи батареи, ква. …………………………..	—	—	1614

В данном случае Q = Q1 + Q5 = 1 548 кВАр и S= 1,73 UI =1 614 ква, т. е. Q<S. Вследствие появления пятой гармоники напряжение увеличилось на 0,3%, ток—на 7,4%, реактивная мощность—на 3,2% и полная мощность—на 7,6%.

• Назад
• Вперёд

Реактивная мощность. Расчёт

Реактивная мощность обусловлена способностью реактивных элементов накапливать и отдавать электрическую или магнитную энергию.

Eмкостная нагрузка в цепи переменного тока за время половины периода накапливает заряд в обкладках конденсаторов и отдаёт его обратно в источник.
Индуктивная нагрузка накапливает магнитную энергию в катушках и возвращает её в источник питания в виде электрической энергии.

Напряжение на выводах реактивного элемента будет достигать максимального значения во время смены направления тока, следовательно, расхождение во времени между напряжением и током в пределах элемента составит четверть периода (сдвиг фаз 90°).

Угол сдвига фаз φ в цепи нагрузки определяется соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузки.

Реактивная мощность характеризует потери, созданные реактивными элементами в цепи переменного тока, и выражается формулой Q = UIsinφ.

Природу потерь в цепи с реактивными элементами можно рассмотреть с помощью графиков на рисунках.

      φ = 90°     sin90° = 1     cos90° = 0

При отсутствии активной составляющей в нагрузке, сдвиг фаз между напряжением и током составит 90°.
В начале периода, когда напряжение максимально – ток будет равен нулю, следовательно, мгновенное значение мощности UI в это время будет равно нулю.
В течении первой четверти периода, мощность можно видеть на графике, как произведение UI, которое станет равным нулю при максимуме тока и нулевом значении напряжения.

В следующую четверть периода на графике UI принимает отрицательное значение, следовательно, мощность возвращается обратно в источник питания. То же самое произойдёт и в отрицательном полупериоде тока. В результате средняя (активная) потребляемая мощность P avg за период будет равна нулю.

В таком случае:
Реактивная мощность Q = UIsin90° = UI
Потребляемая мощность P = UIcos90° = 0
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна реактивной мощности
Коэффициент мощности P/S = 0

---

При отсутствии реактивных элементов и сдвига фаз в нагрузках, мгновенная мощность в полупериоде Umax*Imax будет максимальной, и в следующем полупериоде произведение отрицательного напряжения с отрицательным током дадут положительный результат – полезную мощность в нагрузке.

      φ = 0°     sin90° = 0     cos90° = 1

В этом случае:
Реактивная мощность Q = UIsin0 = 0
Потребляемая мощность P = UIcos0 = UI
Полная мощность S = UI = √(P² + Q²) будет равна потребляемой мощности
Коэффициент мощности P/S = 1

---

Ниже представлен рисунок графиков со сдвигом фаз 45°, для случая равенства активного и реактивного сопротивлений в нагрузке.

   φ = 45°     sin45° = cos45° = √2/2 ≈ 0.71

Здесь:
Реактивная мощность Q = UIsin45° = 0.71UI
Потребляемая мощность P = UIcos45° = 0.71UI
Полная мощность S = √(P² + Q²) = UI
Коэффициент мощности P/S = 0.71

В примерах рассмотрены случаи с индуктивной нагрузкой, когда ток отстаёт от напряжения (положительный сдвиг фаз).
В случаях с ёмкостной нагрузкой, процессы и расчёты аналогичны, только напряжение будет отставать от тока (отрицательный сдвиг фаз).
Угол сдвига фаз в сети определится соотношением активного и реактивного сопротивлений нагрузок в параллельном соединении следующим образом:

X_L и X_С соответственно индуктивное и ёмкостное сопротивление нагрузок.
Преобладание индуктивных нагрузок будет уменьшать общее индуктивное сопротивление.
Из выражения видно, что угол в этом случае будет принимать положительный знак, а преобладание ёмкостных нагрузок будет уменьшать ёмкостное сопротивление и вызывать отрицательный сдвиг. При равенстве индуктивного и ёмкостного сопротивлений, угол сдвига будет равен нулю.
В бытовых и производственных потребителях индуктивное сопротивление обычно существенно преобладает над ёмкостным.

Подробнее о вычислениях общего угла сдвига φ для вариантов соединений активного и реактивного сопротивлений в нагрузках можно ознакомиться на страничке электрический импеданс.

---

Огромное количество индуктивных нагрузок в сети суммарно обладает колоссальной реактивной мощностью, которая возвращается в генераторы и не совершает никакой полезной работы, расходуя энергию на нагрев кабелей и проводов ЛЭП, перегружает трансформаторы, снижая их КПД, тем самым уменьшая пропускную способность активных токов.

Если параллельно индуктивной нагрузке подключить конденсатор, фаза тока в цепи источника будет смещаться в противоположную сторону, компенсируя угол, созданный индуктивностью нагрузки. При определённом соотношении номиналов, можно добиться отсутствия сдвига фаз, следовательно, и отсутствия реактивных токов в цепи источника питания.
Ёмкость конденсатора определяется реактивным (индуктивным) сопротивлением нагрузки, которое необходимо компенсировать:
C = 1/(2πƒX),
X = U²/Q – реактивное сопротивление нагрузки,
Q – реактивная мощность нагрузки.

Компенсация реактивных токов в сети позволяет значительно уменьшить потери на активном сопротивлении проводов ЛЭП, кабелей и обмоток трансформаторов питающей сети.
В целях компенсации реактивной мощности на производственных предприятиях, где основными потребителями энергии являются асинхронные электродвигатели, индукционные печи, люминесцентное освещение, которые обладают индуктивным сопротивлением, часто применяют специальные конденсаторные установки, способные в ручном или автоматическом режиме поддерживать нулевой сдвиг фаз, тем самым минимизировать реактивные потери.

В масштабах энергосистемы компенсация происходит непосредственно на электростанциях путём контроля сдвига фаз и обеспечения соответствующего тока подмагничивания роторных обмоток синхронных генераторов станций.

Компенсация реактивной мощности – одна из составляющих комплекса мер по Коррекции Коэффициента Мощности (ККМ) в электросети (Power Factor Correction – PFC в англоязычной литературе). Применяется в целях уменьшения потерь электроэнергии, как на паразитную реактивную, так и нелинейную составляющую искажений тока в энергосистеме. Более подробно с материалом о ККМ (PFC) можно ознакомиться на странице – коэффициент мощности.

---

Онлайн-калькулятор расчёта реактивной мощности и её компенсации.

Достаточно вписать значения и кликнуть мышкой в таблице.

Реактивная мощность Q = √((UI)²-P²) Реактивное сопротивление X = U²/Q Компенсирующая ёмкость C = 1/(2πƒX)

---

Похожие страницы с расчётами:

Рассчитать импеданс.

Рассчитать частоту резонанса колебательного контура LC.

Рассчитать реактивное сопротивление катушки индуктивности L и конденсатора C.

Альтернативные статьи:

Дизель-генератор.

Введение в схемы коррекции коэффициента мощности на основе конденсаторов

Часть мощности переменного тока, потребляемой индуктивными нагрузками, используется для поддержания переполюсовки магнитного поля из-за фазового сдвига между током и напряжением. Эту энергию можно рассматривать как потраченную впустую энергию, поскольку она не используется для выполнения полезной работы. Схемы коррекции коэффициента мощности используются для минимизации реактивной мощности и повышения эффективности потребления переменного тока индуктивными нагрузками. Конденсаторы являются важными компонентами схем компенсации коэффициента мощности, и в этой статье будут рассмотрены некоторые аспекты проектирования при использовании этих компонентов для компенсации коэффициента мощности.

Реактивная мощность в индуктивных нагрузках

Индуктивные нагрузки, такие как дроссели, двигатели, индукционное нагревательное оборудование, генераторы, трансформаторы и оборудование для дуговой сварки, создают электрическую задержку, которую обычно называют индуктивностью. Эта индуктивность вызывает разность фаз между током и напряжением. На рис. 1 показаны формы сигналов тока и напряжения для нагрузки с нулевым запаздыванием (чисто резистивная нагрузка).

Рисунок 1. Напряжение и ток для идеальной нагрузки

В результате фазового сдвига из-за индуктивности бывают моменты, когда ток и напряжение имеют разные знаки. В это время генерируется отрицательная энергия и возвращается в сеть электроснабжения. Когда они восстанавливают один и тот же знак, для создания магнитных полей требуется одинаковое количество энергии. Энергия, которая теряется из-за инверсии магнитного поля в индуктивных нагрузках, обычно называется реактивной мощностью.

Индуктивные нагрузки переменного тока можно разделить на линейные и нелинейные устройства. Для линейных нагрузок форма волны тока и форма волны напряжения имеют совпадающие синусоидальные профили. На рис. 2 показаны формы сигналов тока и напряжения для типичной линейной нагрузки. С другой стороны, поскольку нелинейные нагрузки потребляют ток с разной частотой, формы сигналов тока и напряжения различаются. Для большинства нелинейных нагрузок форма тока обычно несинусоидальна. На рис. 3 показаны формы тока и напряжения для нелинейной нагрузки.

Рисунок 2. Напряжение и ток для линейной нагрузки

Рисунок 3. Напряжение и ток для нелинейной нагрузки

Некоторые примеры линейных электрических нагрузок включают нагревательное оборудование, двигатели и осветительные приборы с лампами накаливания. К нелинейным устройствам относятся частотно-регулируемые приводы, приводы постоянного тока, программируемые контроллеры, дуговые осветительные приборы, индукционные печи, источники бесперебойного питания и персональные компьютеры. Известно, что нелинейные электрические нагрузки являются основной причиной гармонических искажений в системах распределения электроэнергии.

Коэффициент мощности

Эффективность, с которой электрические устройства или установки потребляют энергию переменного тока, варьируется. Некоторые нагрузки используют энергию эффективно, в то время как другие тратят впустую значительную часть энергии, которую они потребляют. Коэффициент мощности используется для описания эффективности, с которой нагрузки потребляют мощность переменного тока. Эта безразмерная величина находится в диапазоне от 0 до 1.

Как показано на рисунках 4 и 5, общая мощность переменного тока, также известная как полная мощность, потребляемая электрическим устройством или оборудованием, зависит от двух компонентов: полезной мощности (активной мощности) и реактивной мощности. Полезная мощность относится к мощности, необходимой устройству для выполнения задачи. С другой стороны, реактивная мощность не производит полезной работы. Полезная мощность обычно измеряется в кВт, а реактивная мощность измеряется в кВАр.

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ СЕГОДНЯ!
У вас есть вопросы? Связаться с нами!

Примечание: для этого контента требуется JavaScript.

Рис. 4 и 5, активная и реактивная мощность диаграммы полной полной мощности

Для идеальной электрической нагрузки коэффициент мощности равен 1,0 (единица коэффициента мощности). Это означает, что вся мощность, потребляемая нагрузкой, используется для выполнения полезной работы. Однако для реальной электрической нагрузки этого добиться трудно. Полное сопротивление нагрузки, представленной на рисунке 5, определяется уравнением 3, где XL — индуктивное реактивное сопротивление, которое определяется уравнением 4.

Почему для электрической нагрузки трудно достичь коэффициента мощности, равного единице? Большинству электрических нагрузок присущи реактивные свойства, которые затрудняют достижение идеального коэффициента мощности. Чтобы обойти это ограничение, в сеть добавляются схемы коррекции коэффициента мощности, чтобы компенсировать реактивные характеристики нагрузки.

ALTER TECHNOLOGY 
Лабораторные услуги Брошюра
Лабораторные услуги ALTER включают в себя закупку деталей для испытаний оборудования, включая разработку и сборку упаковки, скрининг, DPA, квалификацию, оценку подделок и многое другое.

Коррекция коэффициента мощности (компенсация)

Электрические нагрузки с низким коэффициентом мощности потребляют больше энергии, чем необходимо для выполнения задачи. Это может привести к значительным потерям мощности в сети и высоким потерям трансформатора. Такое увеличение потребления энергии увеличивает стоимость эксплуатации оборудования или установок. Плохие коэффициенты мощности также вызывают повышенное падение напряжения в сети распределения электроэнергии. Поставщики электроэнергии обычно штрафуют отрасли, коэффициент мощности которых ниже установленного значения.

Поставщики электроэнергии побуждают промышленных потребителей повышать коэффициент мощности по разным причинам. Начнем с того, что улучшение коэффициента мощности может помочь значительно сократить счета за электроэнергию. Во-вторых, высокий коэффициент мощности позволяет минимизировать потери КПД в трансформаторах потребителя. В-третьих, добавление системы коррекции коэффициента мощности позволяет увеличить полезную мощность электрической сети потребителя. Наконец, высокий коэффициент мощности способствует увеличению срока службы электрооборудования.

Сеть компенсации коэффициента мощности снижает мощность, потребляемую нагрузкой, тем самым улучшая общий коэффициент мощности. Компенсационная сеть позволяет электрическим нагрузкам достигать хорошего коэффициента мощности, обычно от 0,95 до 0,98. Коэффициент мощности 0,85 и ниже обычно рассматривается коммунальными компаниями как плохой коэффициент мощности.

Конденсаторные цепи коррекции коэффициента мощности

Существуют различные методы улучшения коэффициента мощности нагрузки или установки. Один из часто используемых методов включает в себя добавление в сеть конденсаторов для коррекции коэффициента мощности. На рис. 6 показана простая схема, состоящая из источника переменного тока и индуктивной нагрузки.

Рис. 6 и 7: индуктивная нагрузка с конденсатором для коррекции коэффициента мощности и без него

Как конденсатор помогает улучшить коэффициент мощности? В цепи переменного тока перемагничивание из-за разности фаз между током и напряжением происходит 50 или 60 раз в секунду. Конденсатор помогает улучшить коэффициент мощности, разгружая линию питания от реактивной мощности. Конденсатор достигает этого, накапливая энергию перемагничивания.

Рис. 8. Улучшение коэффициента мощности при добавлении конденсатора в цепь.

На рис. 7 показана индуктивная нагрузка с конденсатором для коррекции коэффициента мощности. Рисунок 8 выше иллюстрирует улучшение коэффициента мощности при добавлении конденсатора в цепь. Полное сопротивление цепи с конденсатором для компенсации коэффициента мощности определяется уравнением 5, где XC — емкостное реактивное сопротивление, и определяется уравнением 6.

В большинстве отраслей для реактивного компенсация мощности. При проектировании системы коррекции коэффициента мощности важно избегать добавления в сеть избыточной емкости. Добавление избыточной емкости в цепь может привести к чрезмерной коррекции, как показано на рисунке 9..

Рис. 9. Добавление избыточной емкости в цепь может привести к чрезмерной коррекции

Полупроводниковые устройства также широко используются для коррекции коэффициента мощности. Использование полупроводниковых устройств в цепи для улучшения коэффициента мощности обычно называют активной компенсацией. Синхронные машины с перевозбуждением также обычно используются для улучшения коэффициента мощности сети.

Как упоминалось выше, большинство электрических нагрузок, включая трансформаторы, сварочные аппараты, асинхронные двигатели и индукционные печи, являются индуктивными. Для работы индуктивных нагрузок требуется как рабочая мощность, обычно измеряемая в киловаттах (кВт), так и реактивная мощность, обычно измеряемая в реактивных киловольт-амперах (кВАр). Рабочая мощность используется для выполнения фактической работы, а реактивная мощность используется для поддержания магнитного поля, необходимого для индуктивных нагрузок. При объединении рабочая мощность и реактивная мощность образуют полную мощность, обычно измеряемую в киловольт-амперах (кВА).

Коэффициент мощности — это мера эффективности, с которой электрические нагрузки преобразуют электрическую мощность в полезную работу. Это отношение полезной мощности (рабочей мощности) к общей подводимой мощности (полной мощности). Высокий коэффициент мощности указывает на то, что электрические нагрузки используют мощность эффективно, тогда как низкий коэффициент мощности указывает на то, что подключенные электрические нагрузки используют мощность неэффективно. Низкий коэффициент мощности приводит к значительным потерям энергии и снижает мощность электрической системы. Это может быть вызвано разницей фаз между током и напряжением на клеммах электрической нагрузки или искаженной формой кривой тока.

Решения для коррекции коэффициента мощности

Плохой коэффициент мощности, вызванный асинхронными двигателями, трансформаторами и другими индуктивными нагрузками, можно исправить, подключив подходящие конденсаторы. Плохой коэффициент мощности, вызванный искаженной формой волны тока, корректируется путем добавления фильтров подавления гармоник. Процесс создания магнитного поля, необходимого для индуктивной нагрузки, вызывает разность фаз между напряжением и током. Конденсатор корректирует коэффициент мощности, обеспечивая опережающий ток для компенсации отстающего тока. Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности разработаны таким образом, чтобы коэффициент мощности был как можно ближе к единице. Хотя конденсаторы для коррекции коэффициента мощности могут значительно снизить нагрузку, вызванную индуктивной нагрузкой на источник питания, они не влияют на работу нагрузки. Нейтрализуя магнитный ток, конденсаторы помогают сократить потери в системе распределения электроэнергии и уменьшить счета за электроэнергию.

Низкий коэффициент мощности из-за асинхронных двигателей, трансформаторов и других индуктивных нагрузок можно исправить, подключив подходящие конденсаторы. Плохой коэффициент мощности, вызванный искаженной формой волны тока, корректируется путем добавления фильтров подавления гармоник. Процесс создания магнитного поля, необходимого для индуктивной нагрузки, вызывает разность фаз между напряжением и током. Конденсатор корректирует коэффициент мощности, обеспечивая опережающий ток для компенсации отстающего тока. Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности разработаны таким образом, чтобы коэффициент мощности был максимально близок к единице. Хотя конденсаторы для коррекции коэффициента мощности могут значительно снизить нагрузку, вызванную индуктивной нагрузкой на источник питания, они не влияют на работу нагрузки. Нейтрализуя магнитный ток, конденсаторы помогают сократить потери в системе распределения электроэнергии и уменьшить счета за электроэнергию.

Чтобы воспрепятствовать нерациональному использованию энергии, некоторые электрораспределительные компании наказывают потребителей с коэффициентом мощности ниже определенного значения и предлагают поощрение потребителям с хорошим коэффициентом мощности (обычно выше 0,95). Это побуждает потребителей устанавливать в своих электрических системах оборудование для коррекции коэффициента мощности. Преимущества добавления конденсаторов для коррекции коэффициента мощности в электрические сети включают снижение потерь, повышение напряжения, увеличение пропускной способности системы и снижение счетов за электроэнергию. Ключевые переменные, которые следует учитывать при выборе конденсаторов для коррекции коэффициента мощности, включают тип нагрузки, постоянство нагрузки, размер нагрузки, нагрузочную способность, метод выставления счетов за коммунальные услуги и методы запуска нагрузки.

Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно устанавливаются в виде батарей конденсаторов, когда речь идет о подстанциях или крупных объектах. В случае синусоидальной или линейной нагрузки они могут быть установлены как отдельные конденсаторы, которые легко установить или заменить и не требуют отдельной коммутации. С другой стороны, установки конденсаторных батарей имеют меньшую стоимость в пересчете на кВАр и обеспечивают точную емкость для коррекции коэффициента мощности при использовании систем автоматического переключения.

В зависимости от потребностей конкретной подстанции или объекта могут быть установлены стационарные или автоматически переключаемые конденсаторные батареи. Конденсаторная батарея с фиксированным коэффициентом мощности может включаться при включении индуктивной нагрузки и выключаться при отключении отдельной нагрузки. На такие конденсаторы подается питание только тогда, когда требуется коррекция коэффициента мощности. На объектах с несколькими нагрузками условия нагрузки и необходимость корректировки коэффициента мощности часто меняются. Для таких объектов подходят автоматические конденсаторные системы. Они предотвращают чрезмерную и недостаточную коррекцию.

Большие индуктивные нагрузки, такие как буровые установки, ветряные турбины, большие двигатели, дуговые печи и автомобильные дробилки, имеют характеристики динамической нагрузки. Такие большие динамические нагрузки требуют сложных автоматических конденсаторных систем с быстрым откликом. Автоматические конденсаторные батареи без переходных процессов используются для коррекции коэффициента мощности в приложениях с большими индуктивными нагрузками. Гармоники могут значительно сократить срок службы конденсаторных батарей. Для нагрузок, создающих гармоники, следует добавить фильтр гармоник. Этот фильтр удаляет нежелательные частоты гармоник из электрической системы.

Типы конденсаторов для коррекции коэффициента мощности

Конденсаторы для компенсации коэффициента мощности производятся различных типов, размеров и конструкций. Наиболее часто используемые типы изготавливаются из металлизированной полипропиленовой пленки, в то время как в некоторых используется металлизированная полиэфирная пленка или бумага.

Биметаллические бумажные конденсаторы обычно используются в приложениях, где требуются надежные решения для коррекции коэффициента мощности. Специальная бумага, используемая для изготовления этих конденсаторов, содержит тонкий слой металлического сплава. Листы бумаги разделены полипропиленовой пленкой. Эти конденсаторы сконструированы таким образом, чтобы выдерживать высокие температуры и высокое содержание гармоник. Биметаллические бумажные конденсаторы находят множество применений в силовой электронике. Конденсаторы из металлизированной полиэфирной пленки компактны, легки и обеспечивают превосходную стабильность емкости. Хотя эти конденсаторы используются в основном для приложений постоянного тока, они также подходят для фильтрации сети переменного тока и коррекции коэффициента мощности.

Заключение

Индуктивные нагрузки, такие как трансформаторы, генераторы, двигатели, дроссели и оборудование для дуговой сварки, создают электрическую задержку, в результате чего ток и напряжение имеют разные знаки. Энергия, необходимая для поддержания инверсии магнитного поля в индуктивных нагрузках, называется реактивной мощностью. Снижение реактивной мощности за счет улучшения коэффициента мощности нагрузки переменного тока помогает минимизировать общие затраты на эксплуатацию индуктивных нагрузок. Конденсаторы обычно используются в промышленности для улучшения коэффициента мощности и минимизации потерь энергии.

Источник: Блог Capacitor Faks

Авторы избранного изображения: Hydra
Оригинальная статья, впервые появившаяся на Capacitor Faks здесь, была отредактирована по длине и содержанию EPCI

СВЯЖИТЕСЬ СЕГОДНЯ!
У вас есть вопросы? Связаться с нами!

Примечание: для этого контента требуется JavaScript.

• Автор
• Последние сообщения

doEEEt Media Group

doEEEt media — группа, стоящая за каждым сообщением в этом блоге.
Команда экспертов, которая сообщает вам последние и самые важные новости о рынке EEE Part and Space.

Последние сообщения doEEEt Media Group (посмотреть все)

3,8 5 голосов

Рейтинг статьи

импеданс – Что означает отдаваемая/потребляемая реактивная мощность?

Для ответа на вопрос: Реальная мощность потребляется цепью. Реактивная мощность передается между цепью и источником.

Реальная мощность в Вт (P) является полезной мощностью. Кое-что, что мы можем получить вне схемы. Тепло, свет, механическая энергия. Мощность, потребляемая резисторами или двигателями.

Полная мощность в ВА (См) — это мощность, которую источник передает в цепь. Полное влияние схемы на источник.

Таким образом, коэффициент мощности является своего рода эффективностью pf = P / S для цепи. Чем ближе к 1, тем лучше.

Реактивная мощность в ВАр (реактивных вольт-амперах) (Q) — это мощность, которая циркулирует между источником и нагрузкой. Мощность, запасенная в конденсаторах или катушках индуктивности. Но это необходимо. Например, индуктивная реактивная мощность в электродвигателях формирует магнитные поля для вращения двигателя. Без него мотор бы не работал, так что опасно считать его потраченным впустую, но вроде так.

Конденсаторы и катушки индуктивности реактивны. Они запасают энергию в своих полях (электрических и магнитных). Для 1/4 формы волны переменного тока мощность потребляется реактивным устройством по мере формирования поля. Но следующая четверть волны, электрическое или магнитное поле разрушается, и энергия возвращается к источнику. То же самое для последних двух кварталов, но в противоположной полярности.

Анимацию см. в разделе «Формы сигналов для последовательных цепей переменного тока». На нем показаны все 6 последовательных цепей (R, L, C, RL, RC и RLC). Включите мгновенную мощность. Когда p положительное, источник обеспечивает питание. Когда p отрицательное, мощность передается на источник.

Для R потребляется мощность. Для L или C мощность течет между источником и устройством. Для RL или RC эти два отношения объединяются. Резистор потребляет, а реактивное устройство накапливает/отправляет энергию к источнику.

Истинное преимущество, когда в цепи есть катушка индуктивности И конденсатор. Опережающая емкостная реактивная мощность противоположна по полярности отстающей индуктивной реактивной мощности. Конденсатор подает питание на индуктор, уменьшая реактивную мощность, которую должен обеспечить источник. Основа коррекции коэффициента мощности.

Выберите RLC в ссылке. Обратите внимание, что напряжение источника \$V_S\$ (гипотенеза) формируется из \$V_R\$ и \$V_L – V_C\$. Это меньше, чем если бы оно образовалось из \$V_R\$ и \$V_L\$

Если конденсатор отдает всю мощность катушки индуктивности, нагрузка становится резистивной и P = S и pf = 1. Треугольник мощностей исчезает. Требуемый ток источника меньше, что означает, что кабели и защита цепи могут быть меньше. Внутри двигателя существует нескорректированный треугольник мощности с дополнительным током, поступающим от конденсатора.

Ссылка показывает последовательные цепи, но любой C будет подавать питание на любой L в цепи переменного тока, уменьшая полную мощность, которую должен обеспечить источник.

---

Редактировать… ![Коррекция коэффициента мощности][2]

Возьмем пример. P = двигатель мощностью 1 кВт с отставанием 0,707 пф от источника 120 В.

До коррекции коэффициента мощности: \$Q_L = 1 кВАР\$ и \$S_1 = 1,42 кВА \$ (пунктирная линия) \$Θ_1 = отставание на 45° \$, как и в I отстает от \$V_S\$ на 45°. \$I_1 = 11,8A \$

Увеличить коэффициент мощности до 0,95 отставание путем добавления конденсатора параллельно нагрузке.

После коррекции фактора: P и \$Q_L\$ все еще существуют. Конденсатор добавляет \$Q_C = 671VAR\$.