Tăng hệ số công suất trong mạch điện hình sin

Hầu hết những người tiêu dùng năng lượng điện hiện đại đều có tính chất quy nạp của tải, có dòng điện tụt hậu so với điện áp nguồn. Vì vậy, đối với động cơ cảm ứng, máy biến áp, máy hàn và dòng điện phản kháng khác cần thiết để tạo ra từ trường quay trong máy điện và từ thông xoay chiều trong máy biến áp.

Công suất hoạt động của những người tiêu dùng như vậy ở các giá trị dòng điện và điện áp đã cho phụ thuộc vào cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Hệ số công suất giảm dẫn đến dòng điện tăng.

cosin phi nó đặc biệt giảm đáng kể khi động cơ và máy biến áp chạy không tải hoặc chịu tải nặng. Nếu mạng có dòng điện phản kháng, công suất của máy phát, trạm biến áp và mạng không được sử dụng hết. Khi cosφ giảm, chúng tăng đáng kể mất năng lượng để đốt nóng dây dẫn và cuộn dây của các thiết bị điện.

Ví dụ: nếu công suất thực không đổi, được cung cấp dòng điện 100 A ở cosφ = 1, sau đó khi giảm cosφ xuống 0,8 và cùng công suất, dòng điện trong mạng tăng 1,25 lần (I = Imạng x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Tổn thất trên dây của mạng lưới sưởi ấm và cuộn dây của máy phát điện (máy biến áp) Pload = I2nets x Rnets tỷ lệ với bình phương cường độ dòng điện, nghĩa là chúng tăng 1,252 = 1,56 lần.

Tại cosφ= 0,5, dòng điện trong mạng có cùng công suất hoạt động bằng 100 / 0,5 = 200 A và tổn thất trong mạng tăng gấp 4 lần (!). Nó đang phát triển tổn thất điện áp mạnglàm gián đoạn hoạt động bình thường của người dùng khác.

Trong mọi trường hợp, đồng hồ của người dùng báo cáo cùng một lượng năng lượng hoạt động tiêu thụ trên một đơn vị thời gian, nhưng trong trường hợp thứ hai, máy phát cung cấp cho mạng dòng điện lớn hơn 2 lần so với trường hợp đầu tiên. Tải của máy phát điện (chế độ nhiệt) được xác định không phải bởi công suất hoạt động của người tiêu dùng, mà bởi tổng công suất tính bằng kilovolt-ampe, nghĩa là tích của điện áp bởi cường độ dòng điệnchảy qua các cuộn dây.

Nếu chúng ta ký hiệu điện trở của các dây của đường dây Rl, thì tổn thất điện năng trong nó có thể được xác định như sau:

Do đó, người sử dụng càng lớn thì tổn thất điện năng trên đường dây càng ít và truyền tải điện càng rẻ.

Hệ số công suất cho biết công suất định mức của nguồn được sử dụng như thế nào. Vì vậy, để cung cấp cho máy thu 1000 kW ở φ = 0,5, công suất của máy phát phải là S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA và ở cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Do đó, việc tăng hệ số công suất sẽ làm tăng hiệu suất sử dụng điện của máy phát điện.

Để tăng hệ số công suất (cosφ) lắp đặt điện được sử dụng bù công suất phản kháng.

Việc tăng hệ số công suất (giảm góc φ — sự lệch pha của dòng điện và điện áp) có thể đạt được bằng các cách sau:

1) thay thế động cơ tải nhẹ bằng động cơ có công suất thấp hơn,

2) dưới điện áp

3) ngắt kết nối động cơ và máy biến áp nhàn rỗi,

4) bao gồm các thiết bị bù đặc biệt trong mạng, là các bộ tạo dòng điện (điện dung) hàng đầu.

Với mục đích này, các bộ bù đồng bộ - động cơ điện quá kích đồng bộ - được lắp đặt đặc biệt tại các trạm biến áp mạnh trong khu vực.

Máy bù đồng bộ

Để tăng hiệu suất của các nhà máy điện, các tụ bù được sử dụng phổ biến nhất được kết nối song song với tải cảm ứng (Hình 2 a).

Cơm. 2 Bật tụ điện để bù công suất phản kháng: a — mạch điện, b, c — sơ đồ véc tơ

Để bù cosφ trong các công trình lắp đặt điện lên tới vài trăm kVA, chúng được sử dụng tụ cosin… Chúng được sản xuất cho điện áp từ 0,22 đến 10 kV.

Công suất của tụ điện cần thiết để tăng cosφ từ giá trị cosφ1 hiện có lên cosφ2 cần thiết có thể được xác định từ sơ đồ (Hình 2 b, c).

Khi xây dựng giản đồ véc tơ, véc tơ điện áp nguồn được lấy làm véc tơ ban đầu. Nếu tải là điện cảm, thì vectơ dòng điện Az1 trễ hơn góc của vectơ điện áp φ1Aza trùng với hướng của điện áp, thành phần phản kháng của dòng điện Azp trễ hơn nó một góc 90 ° (Hình 2 b).

Sau khi kết nối tụ điện với người dùng, dòng điện Az được xác định là tổng hình học của các vectơ Az1 và Az° C... Trong trường hợp này, vectơ dòng điện dung đi trước vectơ điện áp một góc 90 ° (Hình 2, c) . Điều này cho thấy sơ đồ vectơ φ2 < φ1, tức là sau khi bật tụ điện, hệ số công suất tăng từ cosφ1 lên cosφ2

Dung lượng của tụ điện có thể được tính bằng giản đồ vectơ của dòng điện (Hình 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Cho rằng P = UI, ta viết điện dung của tụ điện C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

Trong thực tế, hệ số công suất thường không tăng lên 1,0 mà là 0,90 - 0,95, vì việc bù đầy đủ yêu cầu lắp đặt thêm tụ điện, điều này thường không hợp lý về mặt kinh tế.