4.2. Коэффициент мощности ад и способы его повышения. Коэффициент мощности и способы его повышенияВопрос №4. Коэффициент мощности и его технико-экономическое значение (10 мин.)Технико-экономическое значение коэффициента мощности cosφ заключается в том, что от его значения зависят эффективность использования электрических установок и, следовательно, капитальные и эксплуатационные расходы.
Активная мощность, развиваемая генератором при номинальном режиме
где UНОМ – номинальное напряжение генератора; IНОМ – номинальный ток, который при длительном прохождении вызывает предельно допустимое нагревание генератора. Полное использование мощности генератора происходит, когда cosφ=1. В этом случае активная мощность Р максимальна и равна номинальной полной мощности
Влияние значений cosφ на режим работы оборудования: 1) уменьшение cosφ, значение которого определяется характером нагрузки, приводит к неполному использованию генератора; 2) уменьшение cosφ при постоянной мощности потребителя Р приводит к увеличению тепловых потерь в линии передачи, которые растут обратно пропорционально квадрату коэффициента мощности . (16) где Р0 – потери в линии при cosφ=1. Для полного использования номинальной мощности генераторов и уменьшения тепловых потерь необходимо повышать cosφ приемников энергии до значений, близких к единице (0,95–1,0). В этом случае потребитель меньше нагружает линию реактивной мощностью. Способы повышения коэффициента мощности: 1) естественный – правильный выбор оборудования и его эксплуатация; 2) подключение параллельно приемнику батарей конденсаторов в случае индуктивной нагрузки (асинхронные двигатели). Благодаря этому источником реактивной энергии для приемника становится емкость и линия передачи разгружается от реактивного тока. Разберем следующие вопросы: Коэффициент мощности электрической цепи синусоидального тока называется …
Активную мощность Р цепи синусоидального тока можно определить по формуле… Если Q и S – реактивная и полная мощности пассивной электрической цепи синусоидального тока, то отношение Q к S равно…
Вывод по четвертому вопросу: синусоидальные токи и напряжения как функции времени могут быть описаны различными способами: алгебраически, векторными диаграммами и комплексами. 5. Заключение (10 мин.)1) Процессы, протекающие в однофазных цепях переменного тока со смешанным последовательным соединением приемников, характеризуются появлением понятий полного сопротивления, полной мощности, треугольников сопротивлений и мощностей, повторяющих треугольник напряжений. В них также необходимо учитывать взаимные фазовые сдвиги напряжений и токов. Умение анализировать однофазные цепи со смешанным соединением резисторов является важным при изучении трехфазных цепей, принципа действия и устройства электрических машин. 2) Для расчета параллельного соединения приемников используется метод проводимостей. 3) При резонансном режиме работы цепи, содержащей приемники различного характера, ее сопротивление является чисто активным. Различают резонансы токов и напряжений, которые используются в радиотехнике и повышения коэффициента мощности. 3) От значения коэффициента мощности зависят эффективность использования электрических установок и, следовательно, капитальные и эксплуатационные расходы. Для его повышения необходимо правильно выбирать оборудование и условия его эксплуатации. studfiles.net КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ — МегаЛекцииПлощади поперечного сечения приводов линий электропередачи и электрических сетей, обмоток электрических машин, трансформаторов, электротехнических аппаратов и приборов выбираются, исходя из нагревания, по значению тока в них, который при заданном напряжении переменного тока прямо пропорционален полной мощности S. А энергия, преобразуемая из электрической в другие виды (в механическую, тепловую и т. д.) и используемая в большей части для практических целей, пропорциональна активной энергии и соответствующей ей активной мощности Р. Как известно, между указанными мощностями и реактивной мощностью существуют соотношения P = S cos φ; Входящий в первое выражение cos φ называется коэффициентом мощности и показывает, какую часть полной мощности составляет активная мощность: cos φ = P/S= Р Считая, что активная мощность установки, значение которой зависит в основном от мощности приемников, остается постоянной, выясним, к чему приведет увеличение коэффициента мощности установки. Как следует из приведенных формул, при увеличении cos φ мощность S уменьшается. При Р = const это может происходить лишь за счет уменьшения реактивной мощности Q установки. Снижение мощности S приводит к уменьшению линейного тока Iл . Последнее будет сопровождаться уменьшением потерь напряжения и мощности в сопротивлениях проводов сети, обмотках трансформаторов и генераторов. Очевидно, при уменьшении тока площади поперечного сечения названных элементов могут быть также уменьшены. В отношении трансформаторов и генераторов это приводит к уменьшению габаритных размеров, расхода дефицитных материалов на изготовление, массы, номинальной мощности и стоимости. В действующей установке повышение cos φ при существующей площади поперечного сечения проводов позволит увеличить число приемников, которые могут быть подключены к данной сети. Таким образом, повышение коэффициента мощности дает определенные выгоды во многих отношениях, а поэтому имеет большое народнохозяйственное значение. Большая часть элементов электрических цепей переменного тока потребляет кроме активной мощности также индуктивную мощность. К ним относятся в первую очередь наиболее распространенные в народном хозяйстве асинхронные электродвигатели. Значительная часть индуктивной мощности потребляется трансформаторами, широко используемыми вразличных установках. Индуктивная мощность потребляется также различными электромагнитными аппаратами, такими, например, как электромагниты, контакторы и магнитные пускатели, реле и т. д. Для уменьшения индуктивной мощности и увеличения тем самым cos φ необходимо прежде всего: выбирать правильно двигатели по мощности, так как необоснованное завышение мощности приведет к их работе с недогрузкой, а при этом, как правило, cos φ понижается; заменять двигатели, работающие с недогрузкой, двигателями меньшей мощности; сокращать по возможности времена работы двигателей и трансформаторов вхолостую. Если все же cos φ оказывается недостаточно высоким, прибегают часто к его искусственному повышению. Для этой цели подключают к трехфазной сети компенсирующие устройства, к которым относятся батареи конденсаторов и трехфазные синхронные компенсаторы (см. гл. 11). Последние применяются реже. Батарея конденсаторов соединяется обычно треугольником, как показано на рис. 3.18, а. Батарея конденсаторов потребляет емкостную мощность, которая частично компенсирует индуктивную мощность установки, в результате чего реактивная мощность уменьшается, а коэффициент мощности повышается. Естественно, что cos φ самих приемников при этом остается прежним.
Рис. 3.18. Схема и векторная диаграмма к примеру 3.5 Чтобы уменьшить ток проводов сети, батарею конденсаторов устанавливают по возможности вблизи приемников. Пример 3.5. К трехфазной сети рис. 3.18, а с линейными напряжениями Uл = 220В подключены два трехфазных приемника. Активная мощность и коэффициент мощности первого приемника P1 = 10 кВт, cos φ1 = 0,7. Фазные сопротивления второго приемника rф = 6 Ом, xLф = 8 Ом, нагрузка симметричная. Определить токи, мощности и коэффициент мощности cos φ установки из двух приемников. Найти мощность, токи и емкость батареи конденсаторов, если требуется повысить коэффициент мощности до cos φ' = 0,95. Определить токи и мощности установки из двух приемников и батареи конденсаторов. Решение. Полная и реактивная мощности первого приемника S1 = P1/cos φ1 = 14,3 кВ•А, Q1 = Полное сопротивление и ток фазы второго приемника z2 = Активная и реактивная мощности второго приемника Р2 = 3I2ф2r2 = 8,7 кВт; Q2 = 3Iф2xLф ≈ 11,6 квар. Активная, реактивная и полная мощности установки, состоящей из двух преемников. Р = P1 + P2 =18,7 кВт; Q = Q1 + Q2 = 21,8 квар; Линейный ток и коэффициент мощности установки из двух приемников Iл = Ia = S Мощности установки из приемников и батареи конденсаторов Р' = Р = 18,7 кВт; S' = P/cos φ' = 19,68 кВ•А; Q' = Линейные токи установки из приемников и батареи конденсаторов, мощность и линейные токи батареи конденсаторов I'л = I'a = S Iк.л = Qк / Фазные токи и сопротивление фазы батареи конденсаторов Iк.л/ Емкость одной фазы и всей батареи конденсаторов Ск.ф =1/2π/хк.ф = 30 мкФ; Ск = 3Ск.ф = 90 мкФ. Векторная диаграмма цепи рис, 3.18, а приведена на рис. 3.18, б. На диаграмме показаны только те токи, которые определяют ток I'a (т. е. Ia и Iкa), а также токи, определяющие ток Iкa (т. е. Iкab и Iкca).
megalektsii.ru 4.2. Коэффициент мощности ад и способы его повышенияКоэффициент мощности АД определяется выражением (4.14) где – активная мощность; –реактивная мощность; полная (кажущаяся) мощность. Для большинства АД cosном0,80,9. Для этих значенийQ=(0,50,75)Р, т.е. АД на каждый киловатт активной мощности потребляет из сети 0,5–0,75 квар реактивной мощности. Чем нижеcos, тем большую реактивную мощность потребляет АД из сети, загружая ее дополнительным током и вызывая в ней дополнительные потери. Коэффициент мощности существенно зависит от нагрузки АД. При холостом ходе АД коэффициент мощности невелик, так как относительно велика доля реактивной мощности по сравнению с активной. По мере увеличения нагрузки АД возрастает и cos, достигая своего максимального значения примерно в области номинальной нагрузки АД. Зависимостьcosот нагрузки для АД серии 4А при различных номинальныхcosприведена на рис. 4.5. На рис. 4.6 приведены зависимости номинального коэффициента мощности cosномдля АД различных номинальное мощностей и чисел пар полюсовр. Характерным для этих зависимостей является увеличение северном при росте номинальной мощности АД. Из кривых рис. 4.6 также видно, что АД с меньшим числом пар полюсов (с более высокими скоростями) имеют более высокий номинальныйcosном. Асинхронные двигатели являются основными потребителями реактивной мощности в системе электроснабжения (60–65 % общего объема ее потребления), поэтому повышение коэффициента их мощности представляет собой важную технико-экономическую задачу. В настоящее время разработаны и применяются следующие основные мероприятия по повышению cosАД [29]: 1.Замена малозагруженных АД двигателями меньшей мощности. Эта возможность повышенияcosасинхронного электропривода непосредственно следует из рассмотрения рис. 4.5. При замене АД меньшей мощности будет работать с номинальной (или близкой к ней) мощностью на валу и при этом с более высокимиcos(попутно отметим, что и его КПД также будет более высоким). Расчеты показывают, что если средняя нагрузка АД менее 45 % номинальной мощности, то целесообразна замена его АД меньшей мощности. При загрузке АД более 70 % их замена является нецелесообразной, а при загрузке АД в пределах от 45 до 70 % целесообразность их замены должна быть подтверждена дополнительными технико-экономическими расчетами. 2.Ограничение времени работы АД на холостом ходу. Так как в этом режиме АД имеет низкийcos, то при больших продолжительностях этого режима АД целесообразно отключать от сети. 3.Понижение напряжения питания АД, работающих с малой нагрузкой. При снижении питающего АД напряжения уменьшается потребляемая им реактивная мощность и повышаетсяcos. Одна из возможностей реализации этого способа связана с переключением обмоток статора с треугольника на звезду, что приведет к снижению напряжения на обмотке каждой фазы враз. 4.Замена АД синхронными двигателями (СД) в тех случаях, когда это возможно по условиям технологического процесса рабочей машины. Как будет показано далее (§ 5.2), СД обладают весьма ценным свойством: работать сcos=l(т. е. не потреблять из сети реактивную мощность), а при необходимости генерировать в сеть реактивную мощность. studfiles.net КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ — КиберПедияПлощади поперечного сечения приводов линий электропередачи и электрических сетей, обмоток электрических машин, трансформаторов, электротехнических аппаратов и приборов выбираются, исходя из нагревания, по значению тока в них, который при заданном напряжении переменного тока прямо пропорционален полной мощности S. А энергия, преобразуемая из электрической в другие виды (в механическую, тепловую и т. д.) и используемая в большей части для практических целей, пропорциональна активной энергии и соответствующей ей активной мощности Р. Как известно, между указанными мощностями и реактивной мощностью существуют соотношения P = S cos φ; S = √P2 + Q2 . Входящий в первое выражение cos φ называется коэффициентом мощности и показывает, какую часть полной мощности составляет активная мощность: cos φ = P/S= Р/√P2 + Q2. Считая, что активная мощность установки, значение которой зависит в основном от мощности приемников, остается постоянной, выясним, к чему приведет увеличение коэффициента мощности установки. Как следует из приведенных формул, при увеличении cos φ мощность S уменьшается. При Р= const это может происходить лишь за счет уменьшения реактивной мощности Q установки. Снижение мощности S приводит к уменьшению линейного тока Iл.Последнее будет сопровождаться уменьшением потерь напряжения и мощности в сопротивлениях проводов сети, обмотках трансформаторов и генераторов. Очевидно, при уменьшении тока площади поперечного сечения названных элементов могут быть также уменьшены. В отношении трансформаторов и генераторов это приводит к уменьшению габаритных размеров, расхода дефицитных материалов на изготовление, массы, номинальной мощности и стоимости. В действующей установке повышение cos φ при существующей площади поперечного сечения проводов позволит увеличить число приемников, которые могут быть подключены к данной сети. Таким образом, повышение коэффициента мощности дает определенные выгоды во многих отношениях, а поэтому имеет большое народнохозяйственное значение. Большая часть элементов электрических цепей переменного тока потребляет кроме активной мощности также индуктивную мощность. К ним относятся в первую очередь наиболее распространенные в народном хозяйстве асинхронные электродвигатели. Значительная часть индуктивной мощности потребляется трансформаторами, широко используемыми вразличных установках. Индуктивная мощность потребляется также различными электромагнитными аппаратами, такими, например, как электромагниты, контакторы и магнитные пускатели, реле и т. д. Для уменьшения индуктивной мощности и увеличения тем самым cos φ необходимо прежде всего: выбирать правильно двигатели по мощности, так как необоснованное завышение мощности приведет к их работе с недогрузкой, а при этом, как правило, cos φ понижается; заменять двигатели, работающие с недогрузкой, двигателями меньшей мощности; сокращать по возможности времена работы двигателей и трансформаторов вхолостую. Если все же cos φ оказывается недостаточно высоким, прибегают часто к его искусственному повышению. Для этой цели подключают к трехфазной сети компенсирующие устройства, к которым относятся батареи конденсаторов и трехфазные синхронные компенсаторы (см. гл. 11). Последние применяются реже. Батарея конденсаторов соединяется обычно треугольником, как показано на рис. 3.18, а. Батарея конденсаторов потребляет емкостную мощность, которая частично компенсирует индуктивную мощность установки, в результате чего реактивная мощность уменьшается, а коэффициент мощности повышается. Естественно, что cos φ самих приемников при этом остается прежним.
Чтобы уменьшить ток проводов сети, батарею конденсаторов устанавливают по возможности вблизи приемников. Пример 3.5. К трехфазной сети рис. 3.18, а с линейными напряжениями Uл = 220В подключены два трехфазных приемника. Активная мощность и коэффициент мощности первого приемника P1 = 10 кВт, cos φ1 = 0,7. Фазные сопротивления второго приемника rф = 6 Ом, xLф = 8 Ом, нагрузка симметричная. Определить токи, мощности и коэффициент мощности cos φ установки из двух приемников. Найти мощность, токи и емкость батареи конденсаторов, если требуется повысить коэффициент мощности до cos φ' = 0,95. Определить токи и мощности установки из двух приемников и батареи конденсаторов. Решение. Полная и реактивная мощности первого приемника S1 = P1/cos φ1 = 14,3 кВ•А, Q1 = √S12 - P12 ≈ 10,2 квар. Полное сопротивление и ток фазы второго приемника z2 = √r22 + x2L2 = 10 Ом; Iф2 = Uф/z2 = Uл /z2 = 22 А. Активная и реактивная мощности второго приемника Р2 = 3I2ф2r2 = 8,7 кВт; Q2 = 3Iф2xLф ≈ 11,6 квар. Активная, реактивная и полная мощности установки, состоящей из двух преемников. Р = P1 + P2 =18,7 кВт; Q = Q1 + Q2 = 21,8 квар; S = √P2 + Q2 ≈ 28,7 кВ•А. Линейный ток и коэффициент мощности установки из двух приемников Iл = Ia= S√3Uл ≈ 75,5 A; cosφ = P/S ≈ 0,65. Мощности установки из приемников и батареи конденсаторов Р' = Р = 18,7 кВт; S' = P/cos φ' = 19,68 кВ•А; Q' = √S'2 - P'2 = 6,13 квар. Линейные токи установки из приемников и батареи конденсаторов, мощность и линейные токи батареи конденсаторов I'л = I'a= S√3Uл = 51,7 A; Qк = Q - Q' =15,67 квар; Iк.л = Qк/√3Uл = 41,2 А. Фазные токи и сопротивление фазы батареи конденсаторов Iк.л/√3 = 20,8 А; xк.ф = Uф /Iк.ф = Uл /Iк.ф = 10,58 Ом. Емкость одной фазы и всей батареи конденсаторов Ск.ф =1/2π/хк.ф = 30 мкФ; Ск = 3Ск.ф = 90 мкФ. Векторная диаграмма цепи рис, 3.18, а приведена на рис. 3.18, б. На диаграмме показаны только те токи, которые определяют ток I'a(t. е. Iaи Iкa), а также токи, определяющие ток Iкa(т. е. Iкabи Iкca). 20. Основные понятия и принципы анализа переходных процессов в электрических цепях. cyberpedia.su Экономия электрической энергии - Коэффициент мощности и способы его повышения. Экономия электрической энергииСовременное строительство является энергоемким. Крупные стройки по потреблению электроэнергии не уступают промышленному городу, поэтому экономия электрической энергии является задачей первоначальной важности. Можно наметить схему рациональной экономии электроэнергии на строительстве и стройиндустрии.
«Электроснабжение строительно-монтажных работ», Г.Н. Глушков  Максимальная нагрузка ТП определяется рассмотренными методами. Если эту нагрузку умножить на число часов работы приемников (или трансформаторов), то мы получим максимально возможный расход электрической энергии. Использованная электроэнергия оплачивается потребителем в соответствии с действующими тарифами. Для различных групп потребителей установлено два вида тарифов — одноставочный и двухставочный. Одноставочный тариф применяется для предприятий, установленная мощность которых не…  На рисунке ниже приведена U-образная кривая синхронного электродвигателя I = f(Iв), которая показывает, что опережающий ток можно получить при увеличении тока возбуждения синхронного двигателя. U-образная кривая синхронного электродвигателя Увеличение тока возбуждения и переход синхронного двигателя на работу с опережающим (емкостным) cosφ вызывает увеличение мощности потерь в двигателе (возрастают потери в обмотках статора и ротора). Потери…  Смотрите — Экономия электрической энергии Здесь были указаны рекомендации в основном для приемников электроэнергии. Однако одновременно наши государственные органы проводят энергосберегающую политику в народном хозяйстве, поскольку это является непременным условием дальнейших успехов в экономике. «Какими бы темпами мы не развивали энергетику,— отметил товарищ Л. И. Брежнев на ноябрьском (1979 г.) Пленуме ЦК КПСС,— сбережение тепла…  Вращающийся момент электродвигателя пропорционален квадрату приложенного напряжения, следовательно, при уменьшении напряжения в √3 пусковой и максимальный мо-менты уменьшаются в 3 раза. Поэтому при переключении обмотки статора с треугольника на звезду необходимо учитывать пусковые условия приводимого электродвигателем механизма. Следует иметь в виду, что данный способ применим только для электродвигателей, постоянно работающих при соединении обмоток статора в…  Конденсаторы, предназначенные для повышения cosφ (косинусные конденсаторы), выпускаются на различные номинальные напряжения. Каждый конденсатор имеет несколько параллельно включенных секций, помещенных в общий стальной кожух. Выводы от обкладок конденсатора осуществляются через фарфоровые изоляторы, укрепленные на крышке кожуха. Конденсаторы на номинальные напряжения 240, 420, 550 В изготовляются трехфазными, а на более высокие напряжения — однофазными. В трехфазных… www.ktovdome.ru Коэффициент мощности и способы его повышения — МегаЛекцииКоэффициентом мощности называется отношение активной (средней за период) мощности Р к полной (кажущейся) мощности S. коэффициент мощности =Полная мощность, как это следует из треугольника мощности (рис. 29): где Q – реактивная мощность. Кроме того, справедливы следующие соотношения: S = UI, P = UIcosφ, Q = UIsinφ, где U, I, φ – соответственно действующие значения напряжения и тока и угол сдвига по фазе между напряжением и током на входе потребителя переменного тока. В общем случае результирующая реактивная мощность определяется как разность индуктивной QL и емкостной QC мощностей Нетрудно видеть (рис. 29), что коэффициент мощности может быть представлен как косинус угла сдвига φ между напряжением и током Коэффициент мощности можно также получить как отношение активной составляющей к полной величине: сопротивления или проводимости, напряжения или тока эквивалентной последовательной и параллельной цепей, то есть как это следует из соответствующих подобных треугольников. Как известно [2], площадь поперечного сечения проводов линий электропередач и электрических сетей, обмоток электрических машин и трансформаторов выбирается из условий нагрева, то есть по величине тока I, который при заданном напряжении пропорционален полной мощности S = UI. Энергия, преобразуемая из электрической необратимо в другие виды (механическую, тепловую, химическую и др.), то есть используемая человеком для практических целей, пропорциональна активной энергии и соответствующей ей активной мощности Р, которая, как следует из выражения (58), может быть представлена в виде: Поскольку U = const (стандартная величина напряжения, подаваемого на зажимы приемника), то одна и та же величина активной мощности Р может передаваться приемнику при большем токе и низком cosφ, или меньшем токе и более высоком значении коэффициента мощности cosφ. Поэтому выгодно повышать cosφ на входе приемника, поскольку при этом снижается ток I в питающей линии, что позволяет увеличить ее пропускную способность, то есть передать дополнительную активную мощность, а также снизить потери напряжения на входе приемника и потери энергии на нагревание проводов линии электропередачи. Большинство приемников электрической энергии переменного тока имеет индуктивный характер, то есть они потребляют индуктивную мощность QL (асинхронные двигатели, трансформаторы, электромагниты, выпрямители, магнитные пускатели и т.д.). Для уменьшения индуктивной мощности, передаваемой по линии, и повышения тем самым cosφ существует ряд мероприятий, в том числе искусственное повышение cosφ с помощью батареи конденсаторов, которое рассмотрим в этом разделе применительно к однофазному активно-индуктивному приемнику или одной фазе симметричного трехфазного приемника. На рисунке 30а показана эквивалентная схема приемника, который представлен в виде двух параллельно включенных ветвей: активной r и катушки индуктивности L. Согласно первому закону Кирхгофа вектор действующее значение тока приемника равен геометрической сумме активного и индуктивного токов: где величина тока . Векторная диаграмма напряжения U питающей линии и токов эквивалентной схемы показана на рисунке 30б. Если стороны заштрихованного векторного треугольника токов умножить на напряжение U, то получится подобный исходному треугольник мощностей приемника со сторонами P, Q и S (рис. 30б) Рис. 30 На рисунке 31а показана схема, на которой параллельно приемнику с помощью ключа K можно включить компенсирующий конденсатор с емкостью С. Если ключ K разомкнут, то по питающей линии течет ток I = Iпр, чему соответствует векторная диаграмма на рисунке 30б. Рис. 31 Чтобы уменьшить ток I линии, необходимо замкнуть ключ K (рис. 31а). При этом в цепи конденсатора потечет ток , опережая напряжение U на угол π/2, причем – емкостное сопротивление конденсатора при частоте питающей сети f = 50 Гц (ω = 2πf – угловая частота). Согласно первому закону Кирхгофа при замкнутом ключе K (рис. 31а) где Ip = IL – IC – реактивный ток, поступающий из сети. Соответствующая равенству (62) векторная диаграмма показана на рисунке 31б. Из диаграммы видно, что при включенном конденсаторе ток линии изменяется до величины I < Iпр, угол φ¢ между током I в линии и напряжением U уменьшается (φ¢ < φ), а, следовательно, коэффициент мощности увеличится (cosφ¢ > cosφ). Оказывается, что экономически целесообразно повышать cosφ до величины cosφ¢ = 0,85¸0,9 при отстающем токе I, так как при достижении резонанса cosφ¢ = 1,0 или перекомпенсации, то есть опережающем токе (φ < 0) чрезмерно повышается стоимость устанавливаемых конденсаторов. Задача повышения cosφ обычно формулируется следующим образом: задан активно-индуктивный приемник, получающий питание от сети с напряжением U и имеющий при заданной активной мощности P = const невысокий cosφ. Необходимо рассчитать емкость компенсирующей батареи конденсаторов такой величины, чтобы коэффициент мощности установки повысился до значения cosφ¢ > cosφ. Можно показать, что величина емкости С при этом должна рассчитываться по формуле Вывод этой зависимости приведен в [7]. Необходимо помнить, что при включении компенсирующего конденсатора (рис. 31а) сам приемник продолжает работать с тем же самым током Iпр и низким cosφ, а коэффициент мощности cosφ¢ повышается на входе всей установки, включающей сам приемник и компенсирующий конденсатор.
сть результатов расчета аналитического метода. megalektsii.ru Коэффициент мощности и методы его повышенияЦель работы: Исследовать возможность повышения коэффициента мощности асинхронного двигателя различными методами, рассчитать и экспериментально проверить выбранный конденсатор на лабораторной установке. Общие сведения Активная мощность однофазного потребителя энергии переменного тока определяется выражением
где U – напряжение источника энергии; I – ток, потребляемый от источника;
Существование фазового сдвига между током и напряжением объясняется тем, что у большинства потребителей энергии сопротивление не является чисто активным, а имеет кроме того еще и реактивную составляющую, чаще всего индуктивного характера. Примером тому служат однофазные двигатели переменного тока, однофазные трансформаторы и другие электротехнические устройства, работа которых связана с использованием переменных магнитных полей. Функция Второй путь несомненно предпочтительнее первого, поскольку при малом токопотреблении снижаются потери энергии в линиях электропередач из-за сопротивления этих линий. Кроме того, каждая линия передачи электроэнергии рассчитана на вполне определенную токовую нагрузку, а это значит, что максимально возможная величина энергии, передаваемой по линии передачи, достигается при На рис. 1 представлена векторная диаграмма, показывающая зависимость тока потребителя при постоянной его мощности от изменения коэффициента мощности.
На диаграмме: U – напряжение источника; Iа – активная составляющая тока потребителя; Ip1, Ip2, Ip3 – реактивные составляющие тока потребителя при различных значениях коэффициента мощности; I1, I2, I3– значения полных токов потребителя при этих же значениях коэффициента мощности. Из векторной диаграммы следует, что уменьшение фазового сдвига между током потребителя и напряжением источника Мощность же потребителя энергии при этом остается постоянной
В трехфазных цепях коэффициент мощности симметричного потребителя энергии определяется выражением
где P – суммарная активная мощность трехфазного потребителя; Iл – линейный ток потребителя энергии; Uл – линейное напряжение источника энергии. Типичными симметричными потребителями являются трехфазные асинхронные и синхронные двигатели. Основной причиной низкого коэффициента мощности этих потребителей энергии является низкая механическая нагрузка на валу двигателей в процессе их работы. От величины нагрузки зависит активная составляющая фазного тока двигателя, реактивная же составляющая тока практически не зависит от нагрузки на валу. Поэтому увеличение механической нагрузки двигателя вызывает увеличение его коэффициента мощности. На рис. 2 представлена векторная диаграмма, поясняющая процесс возрастания
На диаграмме: Uф – фазное напряжение; Ip – реактивная составляющая фазного тока двигателя; Ia1, Ia2 – активные составляющие фазного тока при различных нагрузках двигателя; Iф1, Iф2 – соответствующие этим нагрузкам фазные токи двигателя. Из векторной диаграммы следует, что возрастание нагрузки вызывает рост активной составляющей фазного тока двигателя | Iа2 > Iа1 |, соответственно возрастает фазный ток двигателя | Iф2 > Iф1 | и уменьшается фазовый сдвиг φ2 < φ1, а это значит, что возрастает коэффициент мощности двигателя
Возрастает и электрическая мощность двигателя. В первом случае мощность равна во втором случае имеем Поскольку ток и коэффициент мощности во втором случае больше, чем в первом, то Р2 > P1. Любой двигатель рассчитан на определенную номинальную нагрузку и обеспечение такой нагрузки в процессе работы позволяет достичь максимально возможного значения Однако из-за характера выполняемой двигателем работы обеспечить постоянно номинальную нагрузку не представляется в общем случае возможным. Если двигатель нагружается недостаточно, то для повышения его коэффициента мощности используются специальные методы. Одним из таких методов является уменьшение фазного напряжения двигателя. Уменьшение напряжения вызывает уменьшение реактивной составляющей тока двигателя, активная же составляющая тока определяется нагрузкой на валу, т.е. мощность сохраняется неизменной, а это значит, что возрастает Практически уменьшение фазного напряжения реализуется переключением соединения статорных обмоток двигателя с «треугольника»
При этом уменьшается в 3 раза максимально возможная мощность, развиваемая двигателем,
Действующая же на валу двигателя нагрузка по отношению к этой уменьшенной максимальной мощности возрастает в 3 раза, что и вызывает возрастание коэффициента мощности. Другим методом повышения
На рис. 3 представлена схема замещения статорной обмотки двигателя с подключенным параллельно ей конденсатором, где XL – эквивалентное индуктивное сопротивление одной фазы двигателя; R – эквивалентное активное сопротивление нагрузки одной фазы двигателя; Хс – сопротивление подключенного параллельно фазе двигателя конденсатора; IL – индуктивная составляющая фазного тока двигателя; IR – активная составляющая фазного тока двигателя; Ic– ток конденсатора; I – фазный ток двигателя; Uф – фазное напряжение двигателя. Повышение
После подключения конденсатора в общем проводе появляется дополнительно ток конденсатора Фазный ток двигателя Величина емкости конденсатора С определяется формулой
где Рф – мощность нагрузки на одну фазу двигателя, Вт; Uф – фазное напряжение, В;
Достоинствами такого метода повышения коэффициента мощности являются простота реализации, высокая энергетическая эффективность и возможность индивидуального использования для любых асинхронных двигателей. К недостатку следует отнести отсутствие возможности плавной регулировки величины емкости для поддержания оптимального режима ( Порядок выполнения работы 1. Ознакомиться с электрооборудованием и измерительными приборами лабораторной установки, принципиальная электрическая схема которой представлена на рис. 5. И В лабораторной работе исследуется зависимость коэффициента мощности трехфазного асинхронного двигателя D1 от нагрузки и методы повышения коэффициента мощности. Имитатором нагрузки двигателя D1 является двигатель D2, включенный в сеть постоянного тока 110 В. Валы двигателей жестко механически связаны друг с другом, за счет чего на валу D1 создается тормозящий момент, регулируемый реостатом Rт. В одну из фаз двигателя D1 включены измерительные приборы: рА – амперметр, измеряющий линейный ток Iл двигателя; рW – ваттметр, измеряющий мощность Рф одной фазы D1;
рV – вольтметр, измеряющий фазное напряжение Uф. Для изменения типа соединения статорных обмоток двигателя D1 со «звезды» на «треугольник» и наоборот двигатель снабжен переключателем SQ. Параллельно каждой фазе двигателя D1 можно подключить набор конденсаторов со ступенчато регулируемой величиной емкости. На схеме это условно показано в виде конденсаторов переменной емкости с переключателями S1 – S3. А4 и А2 – автоматы включения переменного и постоянного напряжений на щите лабораторной установки. 2. Подготовить лабораторную установку к включению: а) Переключатель SQ поставить в положение «Y»; б) Переключатели S1 – S3 поставить в положение «Выкл»; в) Движок реостата RТ поставить в положение, в котором сопротивление реостата максимально. 3. Снять зависимость Заполнить таблицу измерений экспериментальными данными:
Примечания: Первая строка таблицы заполняется для режима холостого хода двигателя D1, когда автомат А2 выключен. Вторая строка заполняется после включения автомата А2. При этом D2 начинает оказывать тормозящее действие на двигатель D1 и мощность Рф возрастает по сравнению с режимом холостого хода. Последующие строки таблицы заполняются при постепенном уменьшении сопротивления RТ, что увеличивает нагрузку двигателя D1. Регулируя RТ, заполнить 4-5 строк таблицы, постепенно увеличивая Рф до значения, равного 100 Вт. После этого вернуть движок реостата RТ в исходное положение, когда сопротивление реостата максимально. 4. Сравнить коэффициенты мощности двигателя в режимах включения Подрегулировать с помощью RТ мощность Рф таким образом, чтобы значение мощности совпало бы с мощностью двигателя в режиме Записать показания приборов
После выполнения измерений вернуть движок реостата RТ в исходное положение. Выключить автомат А2, затем выключить автомат А4. 5. Выполнить эксперимент по повышению коэффициента мощности с помощью включения конденсаторов параллельно обмоткам двигателя D1 при соединении обмоток по схеме Для этого предварительно определить требуемую величину емкости С по формуле (1), получив исходные данные для расчета от преподавателя, а именно значения Рф и Результаты расчета показать для проверки преподавателю. После этого выполнить эксперимент в последовательности:
а) Включить автоматом А4 двигатель D1 и переключить обмотки статора с “Y” на б) Включить автомат А2 и с помощью реостата RТ установить заданное значение мощности Рф. в) Подключить в каждую фазу двигателя D1 конденсаторы посредством переключателей S1 – S3. Суммарная емкость конденсаторов должна быть приблизительно равна емкости С, определенной по расчету. Записать показания фазометра и амперметра после подключения конденсаторов
6. Выключить лабораторную установку в последовательности: а) Установить движок реостата RТ в исходное положение, когда сопротивление реостата максимально. б) Выключить автомат А2, затем – автомат А4. в) Установить переключатель SQ в положение “Y”, а переключатели S1 – S3 в положение «Выкл». Обработка результатов 1. По данным таблицы пункта 3 построить график зависимости 2. Сравнить в соответствии с заданием пункта 4 коэффициенты мощности двигателя в режимах 3. В соответствии с заданием пункта 5 пояснить причину возрастания коэффициента мощности и уменьшения линейного тока двигателя после подключения конденсаторов. Контрольные вопросы: 1. Какова причина фазового сдвига между током и напряжением у потребителей энергии переменного тока? 2. Что называется коэффициентом мощности потребителя? 3. Почему необходимо стремиться к увеличению коэффициента мощности? 4. Как влияет изменение нагрузки двигателя на его коэффициент мощности? 5. Всегда ли целесообразно увеличение коэффициента мощности двигателя посредством уменьшения фазного напряжения? 6. Почему подключение конденсаторов изменяет коэффициент мощности двигателя? 7. Изменяется ли при подключении конденсаторов мощность двигателя? 8. Как повлияет изменение емкости конденсаторов на коэффициент мощности двигателя?
Литература 1. Электротехника / Под ред. В.Г. Герасимова – М: Высшая школа, 1985. – 480 с. 2. Электротехника и электроника: учебное пособие для вузов / Кононенко В.В. и др.; под ред. В.В. Кононенко, - Ростов н/Д: Феникс, 2004. – 752 с.
Содержание 1. Лабораторная работа №8 Исследование однофазного трансформатора 3 2. Лабораторная работа №2 Исследование трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 17 3. Лабораторная работа №12 Исследование асинхронного двигателя с фазным ротором 29 4. Лабораторная работа №9 Исследование трехфазного синхронного двигателя 50 5. Лабораторная работа №13 Коэффициент мощности и методы его повышения 62
Николай Михайлович Плотников Наталья Леонидовна Александрова Дмитрий Яковлевич Воденисов Вячеслав Петрович Костров Валентин Васильевич Палашов Владимир Иванович Пипин
Электрические машины Часть 1
Методические указания к лабораторным работам по электротехнике для студентов всех специальностей
Подписано в печать____________ Бумага газетная. Формат 60х90 1/16 Печать офсетная. Уч. изд. л. _____ Усл. печ. л. _____ Тираж 500 экз. Заказ № _____
Нижегородский государственный архитектурно – строительный университет 603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, д.65 Полиграфический центр ННГАСУ, 603950, Н. Новгород, ул. Ильинская, д.65 infopedia.su |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
.
.
≈ 10,2 квар.
= 10 Ом; Iф2 = Uф /z2 = Uл /z2 = 22 А.
Uл ≈ 75,5 A; cos φ = P/S ≈ 0,65.
= 6,13 квар.
,
- угол сдвига по фазе между током и напряжением источника.
имеет специальное название – коэффициент мощности. Этим отмечено особое значение 
при оценке энергетических характеристик электрооборудования. Дело в том, что при заданном значении напряжения источника энергии одна и та же мощность может быть получена либо за счет большого тока I и малого 
вызывает увеличение значения коэффициента мощности 
и уменьшает потребляемый ток | I1 < I2 < I3 |.
.
,
- угол сдвига по фазе между фазным током и фазным напряжением потребителя энергии;
,
.
на «звезду» 
. Такое переключение уменьшает фазное напряжение двигателя в 
раз:
.
.
индуктивная составляющая тока 
, отстает на угол 
, а вектор активной составляющей тока 
совпадает с 
. Суммарный вектор 
представляет собой фазный ток двигателя без подключенного конденсатора, а угол 
определяет исходный коэффициент мощности двигателя.
, опережающий 
на угол 
и 
противофазны друг другу, т.е. индуктивная составляющая тока двигателя компенсируется током конденсатора. Можно обеспечить частичную или полную компенсацию 
после подключения конденсатора определяется векторной суммой токов 
. Из диаграммы видно, что в результате подключения конденсатора значительно уменьшается фазный ток двигателя и увеличивается его коэффициент мощности.
, мкФ, ( 1 )
, 
= 50 Гц – частота сети переменного тока;
0,95 считается критерием высокого качества потребления электрической энергии.
- фазометр, измеряющий 
при включении двигателя D1 по схеме «треугольник». Для этого включить D1автоматом А4 на щите. После этого переключить обмотки двигателя на соединение по схеме «треугольник», поставив переключатель SQ в положение 
.
после подключения конденсаторов.
