Augment del factor de potència en circuits de corrent sinusoïdal
La majoria dels consumidors moderns d'energia elèctrica tenen una naturalesa inductiva de la càrrega, els corrents de la qual estan endarrerits amb la tensió de la font. Així, per als motors d'inducció, transformadors, màquines de soldadura i es necessita un altre corrent reactiu per crear un camp magnètic giratori a les màquines elèctriques i un flux magnètic altern en els transformadors.
La potència activa d'aquests consumidors als valors donats de corrent i tensió depèn del cosφ:
P = UICosφ, I = P / UCosφ
Una disminució del factor de potència comporta un augment del corrent.
Cosinus phi es redueix especialment quan els motors i transformadors estan al ralentí o amb una càrrega pesada. Si la xarxa té un corrent reactiu, la potència del generador, les subestacions transformadores i les xarxes no s'aprofita completament. A mesura que el cosφ disminueix, augmenten significativament pèrdua d'energia per escalfar cables i bobines d'aparells elèctrics.
Per exemple, si la potència real es manté constant, se li proporciona un corrent de 100 A a cosφ= 1, aleshores amb la disminució del cosφ a 0,8 i la mateixa potència, el corrent a la xarxa augmenta 1,25 vegades (I = xarxa x cosφ). , Azac = Aza / cosφ ).
Pèrdues en els cables de la xarxa de calefacció i bobinatges d'un generador (transformador) Pload = I2nets x Rnets són proporcionals al quadrat del corrent, és a dir, augmenten en 1,252 = 1,56 vegades.
A cosφ= 0,5, el corrent a la xarxa amb la mateixa potència activa és igual a 100 / 0,5 = 200 A, i les pèrdues a la xarxa augmenten 4 vegades (!). Està creixent pèrdues de tensió de la xarxaque pertorba el funcionament normal d'altres usuaris.
El comptador de l'usuari informa en tots els casos de la mateixa quantitat d'energia activa consumida per unitat de temps, però en el segon cas el generador alimenta la xarxa amb una intensitat 2 vegades superior a la del primer. La càrrega del generador (mode tèrmic) no ve determinada per la potència activa dels consumidors, sinó per la potència total en kilovolt-amperes, és a dir, el producte de la tensió per amperatgeque flueix per les bobines.
Si denotem la resistència dels cables de la línia Rl, la pèrdua de potència es pot determinar de la següent manera:
Per tant, com més gran sigui l'usuari, menys pèrdues de potència a la línia i més barata serà la transmissió d'electricitat.
El factor de potència mostra com s'utilitza la potència nominal de la font. Per tant, per subministrar al receptor 1000 kW a φ= 0,5 la potència del generador hauria de ser S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, i a cosφ = 1 C = 1000 kVA.
Per tant, augmentar el factor de potència augmenta la utilització d'energia dels generadors.
Per augmentar el factor de potència (cosφ) s'utilitzen instal·lacions elèctriques compensació de la potència reactiva.
Augmentar el factor de potència (reduir l'angle φ — desfasament de corrent i tensió) es pot aconseguir de les maneres següents:
1) substitució de motors amb càrrega lleugera per motors de menor potència,
2) sota tensió
3) desconnexió de motors i transformadors inactius,
4) la inclusió de dispositius compensadors especials a la xarxa, que són generadors del corrent (capacitiu) principal.
Amb aquesta finalitat, els compensadors síncrons (motors elèctrics síncrons sobreexcitats) s'instal·len especialment a les potents subestacions regionals.
Compensadors síncrons
Per augmentar l'eficiència de les centrals elèctriques, els bancs de condensadors més utilitzats es connecten en paral·lel amb la càrrega inductiva (Fig. 2 a).
Arròs. 2 Encesa de condensadors per a la compensació de potència reactiva: a — circuit, b, c — diagrames vectorials
Per compensar el cosφ en instal·lacions elèctriques de fins a diversos centenars de kVA s'utilitzen condensadors de cosinus… Es produeixen per a tensions de 0,22 a 10 kV.
La capacitat del condensador necessària per augmentar cosφ des del valor existent cosφ1 fins al cosφ2 requerit es pot determinar a partir del diagrama (Fig. 2 b, c).
Quan es construeix un diagrama vectorial, el vector de tensió font es pren com a vector inicial. Si la càrrega és inductiva, aleshores el vector actual Az1 queda endarrerit per darrera de l'angle del vector de tensió φ1Aza coincideix en direcció amb la tensió, la component reactiva del corrent Azp es queda enrere 90 ° (Fig. 2 b).
Després de connectar el banc de condensadors a l'usuari, el corrent Az es determina com una suma geomètrica dels vectors Az1 i Az° C... En aquest cas, el vector de corrent capacitiu precedeix 90 ° el vector de tensió (Fig. 2, c) . Això mostra el diagrama vectorial φ2 <φ1, és a dir. després d'encendre el condensador, el factor de potència augmenta de cosφ1 a cosφ2
La capacitat d'un condensador es pot calcular mitjançant un diagrama vectorial de corrents (Fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU
Donat que P = UI, escrivim la capacitat del condensador C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).
A la pràctica, el factor de potència sol augmentar no a 1,0, sinó a 0,90 - 0,95, ja que la compensació completa requereix la instal·lació addicional de condensadors, que sovint no es justifica econòmicament.
