Poprawa współczynnika mocy w silnikach indukcyjnych

Po przeczytaniu tego artykułu dowiesz się o: - 1. Wstępie do poprawy współczynnika mocy 2. Moc w obwodzie indukcyjnym / pojemnościowym 3. Współczynnik mocy / mocy w obwodzie rezystancyjnym 4. Współczynnik mocy / mocy tylko o indukcyjności 5. Moc / moc Współczynnik tylko w pojemności. 6. Główny i opóźniający współczynnik mocy 7. Efekty niskiego współczynnika mocy i jego korekta oraz inne szczegóły .

Zawartość:

  1. Wprowadzenie do poprawy współczynnika mocy
  2. Moc w obwodzie indukcyjnym / pojemnościowym
  3. Współczynnik mocy / mocy tylko w przypadku indukcyjności
  4. Współczynnik mocy / mocy tylko w zakresie pojemności
  5. Główny i opóźniający współczynnik mocy
  6. Efekty niskiego współczynnika mocy i jego korekta
  7. Mierniki współczynnika mocy
  8. Zastosowanie kondensatorów mocy
  9. Określenie oceny kondensatora
  10. Zalety kondensatorów mocy
  11. Rośliny przemysłowe
  12. Systemy przesyłowe

1. Wprowadzenie do poprawy współczynnika mocy:

Gdy zostanie zbadany prąd płynący w systemie prądu przemiennego zasilającego silnik indukcyjny, zauważalne będzie, że jest on większy niż można by oczekiwać od normalnych wymagań silnika. Dlatego też, ponieważ każde obciążenie ogniowe składa się głównie z silników indukcyjnych, wynika z tego, że dostarczany jest większy prąd, niż jest to rzeczywiście konieczne, aby zapewnić wykonaną pracę.

Ten nadmiarowy prąd występuje tylko w układach prądu przemiennego i nie ma odpowiednika w układach prądu stałego. Powstaje on z powodu wpływu reaktancji uzwojenia wzbudzenia na cykl prądu przemiennego.

2. Moc w obwodzie indukcyjnym / pojemnościowym:

Wiemy, że w obwodzie prądu stałego moc jest wytwarzana przez iloczyn napięcia i prądu. Ale w obwodzie prądu zmiennego to nie jest prawda. Jeżeli obwód zawiera reaktancję indukcyjną lub pojemnościową, to iloczyn napięcia i prądu nie daje rzeczywistej mocy, lecz pozorną moc. Ta faktyczna moc jest ułamkiem mocy pozornej, frakcja znana jest jako współczynnik mocy (PF). W związku z tym,

3. Współczynnik mocy / mocy w obwodzie rezystancyjnym:

Aby uzyskać faktyczną postać fali mocy dla określonego napięcia i prądu, konieczne jest pomnożenie chwilowych wartości napięcia i prądu, np. Tylko w obwodzie zawierającym rezystancję, przebiegi prądu i napięcia są takie, jak na Rys. 19.1.

Weźmy punkt 5 na ryc. 19.1 (a), wartość napięcia jest podawana przez AC, a wartość prądu przez AB. Pomnożenie tych dwóch wartości razem daje DE lub punkt 5 na Rys. 19.1 (b). Gdy ten proces zostanie powtórzony dla wszystkich innych punktów, uzyskana zostanie rzeczywista krzywa mocy.

Teraz, gdy obwód zawiera tylko czysty opór, rzeczywistą krzywą mocy musi również stanowić pozorna krzywa mocy.

Dla czystego obwodu rezystancyjnego,

Rzeczywista moc = pozorna moc.

. . . Współczynnik mocy = 1 = Jedność.

4. Współczynnik mocy / mocy tylko w przypadku indukcyjności:

W obwodzie, który zawiera tylko indukcyjność (bez rezystancji) i przy użyciu tej samej metody jak w powyższym, rzeczywistą krzywą mocy można uzyskać jak pokazano na rys. 19.2. Teraz z tej figury można zauważyć, że dla każdego półcyklu napięcia występują dwa impulsy mocy, jeden dodatni i jeden ujemny.

Dlaczego to się dzieje? Widzimy, że gdy napięcie i prąd są zarówno dodatnie, jak i oba ujemne, moc jest doprowadzana do indukcyjności, aby ustawić pole magnetyczne.

Kiedy napięcie i prąd są w przeciwnych kierunkach, pole magnetyczne zapada się, przywracając zasilanie do źródła. I jako taki zauważono, że średnia moc zużywana w pełnym cyklu wynosi zero. Jednak pozorna moc jest iloczynem napięcia i prądu i ma określoną wartość. Stąd w przypadku obwodu czysto indukcyjnego

Rzeczywista moc = 0,

Współczynnik mocy = 0 / Moc pozorna = 0

5. Współczynnik mocy / mocy tylko w zakresie pojemności:

Jeżeli obwód zawiera tylko pojemność, przebiegi prądu i napięcia są takie, jak na rys. 19.3. Tutaj, podobnie jak w przypadku indukcyjności, mamy dwie plusy mocy dla każdego półcyklu napięcia, chociaż pozycje dodatnich i ujemnych impulsów zostały zamienione.

W tym przypadku, gdy napięcie i prąd są zarówno dodatnie, jak i ujemne, moc dostarczana jest do pojemności w celu ustawienia pola elektrostatycznego. Kiedy napięcie i prąd są w przeciwnych kierunkach, pole elektrostatyczne zawraca energię powrotną do źródła.

Ponownie, podobnie jak w przypadku indukcyjności, chociaż nie ma wartości użytecznej mocy, istnieje wartość mocy pozornej. Stąd w przypadku obwodu czysto pojemnościowego

Rzeczywista moc = 0

Współczynnik mocy = 0 + rzeczywista moc = 0

6. Główny i opóźniający współczynnik mocy:

Z obwodów indukcyjności i pojemności, jak podano powyżej, widzimy, że oba obwody mają współczynnik mocy zero. Teraz, aby rozróżnić te dwa, mówimy, że obwód indukcyjny ma prąd, który pozostaje w tyle, a więc ma opóźniony współczynnik mocy, a obwód pojemnościowy ma prąd, który prowadzi napięcie i ma wiodącą moc faktyczną.

Ponadto, ponieważ czysty obwód rezystancyjny ma prąd, który jest w fazie z napięciem dającym współczynnik jedności mocy, można łatwo zauważyć, że kombinacje wszystkich trzech obwodów mogą dać współczynnik mocy gdzieś pomiędzy zerowym opóźnieniem i zero ołowiu. W praktyce, z naszego doświadczenia wynika, że ​​typowe kopalnie lub przemysł w przeważającej mierze używają silników indukcyjnych o współczynniku mocy wahającym się od 0, 5 do 0, 75 opóźnienia.

7. Wpływ współczynnika małej mocy i jego korekta:

Niski współczynnik mocy to kosztowna sprawa dla branży. Niestety jest to zjawisko regularne, ale niekoniecznie nieuniknione.

W rzeczywistości przemysł i konsumenci płacą za czynnik niskiego współczynnika mocy na dwa sposoby:

(a) Na początkowy koszt instalacji, oraz

(b) W sprawie opłat za energię elektryczną.

Dlatego dla każdej branży konieczne jest uruchomienie sprzętu w PF najbliższym jedności. W przypadku niskiego współczynnika mocy, konsument może zmniejszyć rachunek instalując odpowiednie kondensatory w celu poprawy współczynnika mocy. Jednakże zasadę przestrzegania korekty współczynnika mocy można najlepiej przedstawić za pomocą niewielkich przykładów. Weź przykład obciążenia jednofazowego o napięciu 250 woltów przy prądzie 10 amperów przy współczynniku mocy .71 opóźnienie, jak pokazano na rys. 19.4.

Tutaj widzimy:

Moc pozorna = 10 x 250 = 2500 watów,

i rzeczywista moc = 10 x 250 x 0, 71 = 1775 watów około.

Można zatem wykazać, że obecne 10 amperów można podzielić na dwa komponenty, z których jeden ma jednolity współczynnik mocy, a drugi ma zerowy współczynnik mocy, jak pokazano na rys. 19.4. (b). Maksymalna wartość tych prądów wynosi zarówno 7.1 amperów.

Ten przy współczynniku mocy jedności wykonuje użyteczną pracę, podczas gdy ta przy zerowych opóźniających się współczynnikach mocy jest magne- tycznym komponentem prądowym, który musi zostać wyeliminowany. Dlatego też do obwodu należy przyłożyć dokładnie taki sam prąd, ale na zero, aby anulować prąd magnesujący, jak pokazano na rys. 19.5. Zazwyczaj uzyskuje się to poprzez podłączenie kondensatora w obwodzie o wystarczającej wielkości, aby uzyskać prąd o wartości 7, 1 A. Finał pokazano na rys. 19.6. gdzie zredukowany prąd o wartości 7, 1 ma współczynnik mocy równy jedności.

Dlatego rzeczywista moc = pozorna moc = 7, 1 x 250 = 1780 watów.

W rzeczywistości, to, że zasilacz widzi teraz tylko silnik i kondensator jako obciążenie czysto rezystancyjne i przepuszcza wystarczającą moc do rzeczywistej pracy obracania wału silnika, a kondensator ciągle wysyła i odbiera prąd magnesujący z uzwojeń silnika .

W rzeczywistości dwa rodzaje sprzętu:

(1) Kondensatory i

(2) Silniki synchroniczne służą do poprawy współczynnika mocy.

Ale z tych dwóch urządzeń kondensatory są obecnie szeroko stosowane do korygowania współczynnika mocy. Tabela korekty współczynnika mocy znajduje się na końcu rozdziału. Powodem szerokiego zastosowania kondensatorów jest to, że kondensatory statyczne są dostępne w różnych odpowiednich wartościach znamionowych i są łatwiej instalowane albo luzem w punkcie zasilania ogniw, albo w celu korekcji pojedynczych silników indukcyjnych przez podłączenie kondensatorów na ich zaciskach. Kosztowo również są one tańsze.

8. Mierniki współczynnika mocy:

Mierniki współczynnika mocy są zazwyczaj instalowane w głównej podstacji powierzchni i dają bezpośrednie wskazanie współczynnika mocy obwodu, do którego jest podłączony. Instrument zamontowany w takiej pozycji może podać tylko ogólny współczynnik mocy całej kopalni lub większą jej część.

Jeżeli wymagany jest współczynnik mocy pojedynczego silnika, zwykle instaluje się przenośne przyrządy do rejestrowania faktycznego napięcia i prądu, z których można obliczyć współczynnik mocy, lub w wielu przypadkach jest on rejestrowany bezpośrednio.

9. Zastosowanie kondensatorów mocy:

Inżynier powinien zawsze starannie rozważyć zastosowanie kondensatorów. W rzeczywistości z naszego doświadczenia wynika, że ​​dla udanego działania poprawy współczynnika mocy wiele zależy od umiejscowienia kondensatorów w systemie, a idealne warunki uzyskuje się, gdy najwyższy współczynnik mocy jest utrzymywany we wszystkich warunkach obciążenia.

W praktyce, w celu uzyskania elastycznego układu, całkowita wymagana KVA jest zwykle podzielona na mniejsze wartości i można to osiągnąć, jak wyjaśniono poniżej:

(a) Indywidualna metoda korygująca PF:

Ten system korekcji stosuje się w przypadku dużych silników indukcyjnych, transformatorów i urządzeń do spawania łukowego, które działają przez długi czas. W każdym przypadku kondensator jest połączony równolegle bezpośrednio z zaciskami. Dzięki temu kondensator można włączać i wyłączać razem z samym urządzeniem.

Ta metoda ma największą zaletę odciążenia wszystkich linii zasilających prowadzących do urządzeń zużywających energię bierną. Ponadto ta metoda jest automatyczna, a także zapewnia wysoki współczynnik mocy w warunkach obciążenia. Tabela 19.1. pomaga określić wartość znamionową kondensatora dla bezpośredniego połączenia z silnikami indukcyjnymi.

(b) Metoda korekcji grupy PF:

W systemie, w którym duża część obciążenia składa się z małych silników, a działanie jest okresowe, indywidualna korekta współczynnika mocy nie jest ani praktyczna ani ekonomiczna. W takich przypadkach korekta jest osiągana przez większe kondensatory połączone przez główne szyny zbiorcze i sterowane za pomocą przełączników obsługiwanych ręcznie.

(c) Automatyczna korekcja PF:

W systemach, w których wahania obciążenia są wysokie, automatyczna kontrola jest idealną metodą. Całkowity kondensator KVAr podzielony jest na kilka stopni regulacyjnych, o ile to możliwe, o równej wydajności. Aby zrekompensować moc bierną bez obciążenia transformatorów i urządzeń trwale podłączonych, zapewniony jest stały stopień, niezależny od sekcji automatycznej, który pozostaje podłączony do instalacji na stałe. Za pomocą przekaźnika mocy biernej stopnie regulacyjne są włączane i wyłączane, w zależności od sytuacji, aż do uzyskania wstępnie ustawionego pożądanego współczynnika mocy.

Jednakże w celu wyeliminowania nadmiernie częstego przełączania, gdy występują szczytowe obciążenia o krótkim czasie trwania, przekaźnik czasowy jest włączony dla przełączania między etapami. Ponownie, w przypadku przerwania zasilania, przekaźnik napięcia zerowego resetuje urządzenia sterujące do ich położenia neutralnego, tak że po przywróceniu zasilania etapy kondensatora są włączane ponownie etapowo, co zapobiega niepożądanym skokom prądu i napięcia.

10. Ustalenie stopnia kondensatora:

Aby określić moc znamionową kondensatora dla zwiększenia mocy od Cos φ 1 do Cos φ 2, odnieś się do Rys. 19.6, podając wykres wektorowy.

Zgodnie ze schematem wektorowym wymagana kwota rekompensaty

W tabeli 19.1. widzimy tabelę wyboru kondensatorów.

Poniżej przedstawiono przykład wyjaśniający ekonomię kondensatorów mocy. Konsument o maksymalnym obciążeniu 5000 KW miał współczynnik mocy obciążenia równy 0, 8. Maksymalne zapotrzebowanie w KVA wynosiło 6250. Maksymalna taryfa KVA wynosiła, powiedzmy, Rs. 10 / - na KVA miesięcznie.

Aby poprawić współczynnik mocy, na przykład do 0, 95, kondensatory o wartości 2105 KVAr zostały zainstalowane zgodnie z poniższymi obliczeniami :

Teraz powiedz inwestycji kapitałowych dla kondensatora @ Rs. 60 = 2105 x 60 = Rs. 1, 26, 300. Dlatego inwestycja kapitałowa na zainstalowanie kondensatora zostałaby faktycznie odzyskana za około 13 miesięcy, a po tym okresie miałoby miejsce comiesięczne oszczędzanie Rs. 9850.

W powyższym przykładzie załóżmy, że transformatory, rozdzielnice i kable zostały przystosowane do obsługi tylko 6250 KVA. Tak więc przy współczynniku mocy 0, 8 mogły poradzić sobie tylko z obciążeniem 5000 KW, natomiast dzięki poprawie współczynnika mocy do 0, 95 poprzez zainstalowanie kondensatorów, mogą teraz obsługiwać 5940 KW, co z kolei oznacza, że:

a) Dodatkowa moc czynna wynosząca 940 KW jest teraz dostępna dla konsumenta bez specjalnej sankcji ze strony przedsiębiorstwa dostarczającego.

(b) Ten sam sprzęt obsługiwałby 940 KW więcej mocy czynnej, zwiększając jej użyteczność i wydajność.

Tak więc instalacja kondensatorów mocy przyniosła następujące korzyści:

(1) Znaczne obniżenie rachunków za energię elektryczną.

(2) Lepsze wykorzystanie mocy transformatorów, rozdzielnic, kabli itp., Szczególnie jeśli moc odbierana jest w dużym napięciu od przedsiębiorstwa dostarczającego energię elektryczną.

(3) Bardziej stabilne napięcie zasilania, które oznacza lepsze i bardziej wydajne działanie maszyn elektrycznych.

11. Zalety kondensatorów mocy:

Główne zalety instalowania kondensatorów mocy to:

1. Znacząca redukcja zapotrzebowania na KVA:

To zmniejszenie popytu na KVA obniża taryfę pobieraną przez przedsiębiorstwa dostarczające energię elektryczną na podstawie opłat energetycznych i maksymalnej wymaganej KVA. Niektóre przedsiębiorstwa nakładają również kary za czynnik niskiego współczynnika mocy, oferując premię motywacyjną za wyższy współczynnik mocy. Kondensatory mocy sprawiają, że ta premia motywacyjna staje się rzeczywistością.

2. Znaczna redukcja transformatorów i strat liniowych:

Osiąga się to, ponieważ zmniejszenie zapotrzebowania na KVA powoduje przepływ mniejszego prądu przez linie. W rezultacie optymalne wykorzystanie istniejącej mocy transformatorów, rozdzielnic i linii.

3. Minimalizacja spadków napięcia w liniach:

Przy minimalizacji spadków napięć w liniach uzyskuje się lepszą wydajność osprzętu elektrycznego.

4. Instalacja kondensatorów mocy pomaga zmniejszyć zapotrzebowanie mocy biernej z systemu zasilania, ponieważ sam kondensator mocy zapewnia moc bierną niezbędną dla silników, transformatorów i innych obciążeń indukcyjnych, a tym samym poprawia współczynnik mocy systemu. System dystrybucji energii pozostaje do czynienia głównie z dostawą mocy czynnej.

Kondensatory mocy również zwalniają pojemność systemu, a możliwy wzrost aktywnego obciążenia w instalacji wynosi nawet około 30%, jeśli jej współczynnik mocy podniesie się z 0, 7 do 0, 95. Kondensatory mocy poprawiają współczynnik mocy, dając taką samą moc za mniejsze pieniądze, a gdy zapotrzebowanie na KVA lub taryfa klauzuli mocy działa, oszczędności są naprawdę imponujące. Początkowy koszt instalacji kondensatora mocy jest odzyskiwany w ciągu roku lub dwóch od jego instalacji, a oszczędności dokonane w późniejszym okresie stanowią zysk netto na lata.

12. Zakłady przemysłowe:

W większości zakładów przemysłowych większość urządzeń elektrycznych, takich jak silniki indukcyjne, transformatory, urządzenia spawalnicze itp., Wymaga mocy biernej dla ich pola magnetycznego. Jednak w przeciwieństwie do mocy czynnej, ta moc bierna nie jest przekształcana w moc mechaniczną, ale oscyluje w obie strony pomiędzy generatorem i sprzętem zużywającym i stanowi dodatkowe obciążenie systemu zasilania. Powoduje to następujące wady ekonomiczne i techniczne.

(1) Duża opłata na rachunku za energię elektryczną dla klienta za niskie obciążenie współczynnika mocy.

(2) Kable, rozdzielnice i transformatory mają dodatkowy prąd bezotoczkowy, co powoduje niepełne wykorzystanie sprzętu elektrycznego i inwestycji kapitałowych.

(3) Nadmierny spadek napięcia i obniżona sprawność urządzeń elektrycznych.

13. Systemy transmisji:

W systemach przesyłowych z ekonomicznego punktu widzenia istnieje optymalna wartość mocy biernej, która może być przesyłana ze stacji generującej. W dużych wzajemnie połączonych siatkach systemu elektroenergetycznego optymalna wartość nie jest stała i waha się od godziny do godziny.

Bardziej ekonomiczne i korzystne jest dostarczanie mocy biernej w obszarze obciążenia z instalacji kondensatorów mocy, niż generowanie i przesyłanie mocy biernej przez linie przesyłowe.

Jednakże, zgodnie z wymaganiami systemu lub instalacji, może zapewnić odpowiednio ustawiony kondensator mocy

(1) poprawa współczynnika mocy.

(2) ulepszona regulacja napięcia.

(3) zmniejszenie strat linii.

(4) zwolnienie obciążenia obwodu.

(5) zmniejszenie fluktuacji napięcia i reaktancji obwodu.

Informacje, które należy podać w zapytaniach:

1. Wymagane wyjście w KV Ar

2. Napięcie znamionowe

3. Częstotliwość znamionowa

4. Liczba faz

5. Oznaczyć, czy spodziewane są nietypowe wzrosty napięcia. Jeśli tak, należy spodziewać się najwyższego napięcia.

6. Górny limit kategorii temperatury.

7. Proponowana lokalizacja kondensatora w pomieszczeniu lub na zewnątrz.

8. Wysokość nad poziomem morza w miejscu umieszczenia kondensatora, jeżeli powyżej 1000 metrów.

9. Charakter "obwodu zasilania": na przykład, czy kondensator ma być podłączony

(a) do lokalnej podstacji, (jeśli tak, proszę podać współczynnik KVA transformatorów itp.)

(b) do lokalnej sieci metra

(c) do linii napowietrznych.

10. Jeżeli kondensator ma być podłączony bezpośrednio do linii napowietrznych, sprawdź, czy:

(a) burze są powszechne w tej miejscowości?

(b) linki są wyposażone w odgromniki lub ograniczniki przepięć?

11. Szczegóły dotyczące rozdzielnicy lub regulatora automatycznego do zastosowania z kondensatorem.

12. Jeśli kondensator ma być podłączony bezpośrednio do zacisków silnika, należy podać moc znamionową silnika, prędkość, typ, producenta.

13. Wszelkie specjalne wymagania, które mogą mieć wpływ na konstrukcję lub działanie kondensatora.

Obsługa techniczna:

Ponieważ każda instalacja przedstawia inne problemy, instalacja kondensatora musi być starannie zaprojektowana, aby spełnić określone warunki taryfy obciążenia i mocy.