Zvýšenie účinníka v obvodoch sínusového prúdu

Väčšina moderných spotrebiteľov elektrickej energie má indukčnú povahu záťaže, ktorej prúdy zaostávajú za napätím zdroja. Takže pre indukčné motory, transformátory, zváracie stroje a ďalší jalový prúd je potrebný na vytvorenie rotujúceho magnetického poľa v elektrických strojoch a striedavého magnetického toku v transformátoroch.

Aktívny výkon takýchto spotrebiteľov pri daných hodnotách prúdu a napätia závisí od cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Zníženie účinníka vedie k zvýšeniu prúdu.

Kosínus phi je obzvlášť výrazne znížená, keď sú motory a transformátory v chode naprázdno alebo pri veľkom zaťažení. Ak má sieť jalový prúd, výkon generátora, transformátorových staníc a sietí nie je plne využitý. Keď cosφ klesá, výrazne sa zvyšujú strata energie na ohrev drôtov a cievok elektrických zariadení.

Napríklad, ak skutočný výkon zostáva konštantný, dodáva sa mu prúd 100 A pri cosφ= 1, potom s klesajúcim cosφ na 0,8 a rovnakom výkone sa prúd v sieti zvýši 1,25-krát (I = sieť x cosφ , Azac = Aza / cosφ).

Straty na drôtoch vykurovacej siete a vinutia generátora (transformátora) Zaťaženie = I2nets x Rnets sú úmerné druhej mocnine prúdu, to znamená, že sa zvýšia o 1,252 = 1,56 krát.

Pri cosφ= 0,5 sa prúd v sieti s rovnakým činným výkonom rovná 100 / 0,5 = 200 A a straty v sieti sa zvýšia 4-krát (!). rastie straty sieťového napätiačo narúša bežnú prevádzku ostatných používateľov.

Merač užívateľa vo všetkých prípadoch hlási rovnaké množstvo spotrebovanej činnej energie za jednotku času, ale v druhom prípade generátor napája sieť prúdom, ktorý je 2-krát väčší ako v prvom prípade. Zaťaženie generátora (tepelný režim) nie je určené aktívnym výkonom spotrebiteľov, ale celkovým výkonom v kilovoltampéroch, to znamená súčinom napätia prúdprúdiaci cez cievky.

Ak označíme odpor vodičov vedenia Rl, stratu výkonu v ňom možno určiť takto:

Preto čím väčší užívateľ, tým menšie straty výkonu vo vedení a lacnejší prenos elektriny.

Účiník ukazuje, ako sa využíva menovitý výkon zdroja. Takže na napájanie prijímača 1000 kW pri φ= 0,5 by mal byť výkon generátora S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA a pri cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Preto zvýšenie účinníka zvyšuje využitie energie generátorov.

Na zvýšenie účinníka (cosφ) sa používajú elektrické inštalácie kompenzácia jalového výkonu.

Zvýšenie účinníka (zmenšenie uhla φ — fázový posun prúdu a napätia) je možné dosiahnuť nasledujúcimi spôsobmi:

1) výmena málo zaťažených motorov za motory s nižším výkonom,

2) pod napätím

3) odpojenie voľnobežných motorov a transformátorov,

4) zahrnutie špeciálnych kompenzačných zariadení do siete, ktoré sú generátormi vedúceho (kapacitného) prúdu.

Na tento účel sú vo výkonných regionálnych rozvodniach špeciálne inštalované synchrónne kompenzátory – synchrónne prebuzené elektromotory.

Synchrónne kompenzátory

Pre zvýšenie účinnosti elektrární sú najčastejšie používané kondenzátorové banky zapojené paralelne s indukčnou záťažou (obr. 2 a).

Ryža. 2 Zapínanie kondenzátorov na kompenzáciu jalového výkonu: a — obvod, b, c — vektorové diagramy

Používajú sa na kompenzáciu cosφ v elektrických inštaláciách až do niekoľkých stoviek kVA kosínusové kondenzátory… Vyrábajú sa pre napätia od 0,22 do 10 kV.

Kapacitu kondenzátora potrebnú na zvýšenie cosφ z existujúcej hodnoty cosφ1 na požadovanú cosφ2 možno určiť z diagramu (obr. 2 b, c).

Pri konštrukcii vektorového diagramu sa ako počiatočný vektor berie vektor zdrojového napätia. Ak je záťaž indukčná, potom vektor prúdu Az1 zaostáva za uhlom vektora napätia φ1Aza v smere s napätím, jalová zložka prúdu Azp za ním zaostáva o 90° (obr. 2 b).

Po pripojení kondenzátorovej banky k užívateľovi sa prúd Az určí ako geometrický súčet vektorov Az1 a Az° C... V tomto prípade kapacitný vektor prúdu predchádza vektor napätia o 90° (obr. 2, c) . To ukazuje vektorový diagram φ2 <φ1, t.j. po zapnutí kondenzátora sa účinník zvýši z cosφ1 na cosφ2

Kapacitu kondenzátora je možné vypočítať pomocou vektorového diagramu prúdov (obr. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Vzhľadom na to, že P = UI, zapíšeme kapacitu kondenzátora C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

V praxi sa účinník zvyčajne nezvyšuje na 1,0, ale na 0,90 - 0,95, pretože úplná kompenzácia vyžaduje dodatočnú inštaláciu kondenzátorov, čo často nie je ekonomicky opodstatnené.