Causes de la reducció del factor de potència i mètodes per millorar-lo
Valor tècnic i econòmic del factor de potència
El valor del factor de potència caracteritza el grau d'utilització de la potència activa de la font d'energia. Com més alt Factor de potència dels receptors elèctrics, millor són els generadors de centrals elèctriques i els seus motors principals (turbines, etc.), els transformadors de subestacions i les xarxes elèctriques.
Valors baixos de cos phi (cos phi) als mateixos valors de potència activa comporten costos addicionals per a la construcció d'estacions, subestacions i xarxes més potents, així com costos operatius addicionals.
El veritable poder dels usuaris d'energia elèctrica està canviant constantment al llarg del temps. Això es deu al fet que el treball de les seccions individuals o dels tallers de les empreses no coincideix en el temps. A més, alguns dels equips poden estar funcionant amb càrrega parcial o fins i tot en estat inactiu.El canvi en la potència activa i reactiva dels receptors elèctrics provoca canvis en el cos phi.
Motius del baix factor de potència
Els principals consumidors d'energia reactiva són els motors elèctrics asíncrons, els transformadors i forns d'inducció, les màquines de soldadura, les làmpades de descàrrega de gas, etc.
Un motor d'inducció que funciona amb una càrrega propera a la nominal té el valor cos phi més alt. A mesura que disminueix la càrrega del motor, disminueix el factor de potència.
Això es deu al fet que la potència activa als terminals del motor elèctric canvia en proporció a la seva càrrega, mentre que la potència reactiva, a causa d'un lleuger canvi en el corrent de magnetització, es manté pràcticament constant. En ralentí, el cos phi té el valor més petit, que, depenent del tipus de motor elèctric, la potència i la velocitat de rotació, està entre 0,1 i 0,3.
Els transformadors de potència, com els motors d'inducció, tenen un factor de potència de càrrega reduït inferior al 75%.
Els motors d'inducció sobrecarregats també tenen un baix cos phi a causa de l'augment dels fluxos de fuites magnètiques.
Els motors amb millors condicions de refrigeració que els motors tancats poden portar més càrrega (potència activa) i per tant tindran un cos phi més elevat.
Els motors de rotor de gàbia d'esquirol, a causa dels valors més baixos de resistència a les fuites inductives, tenen un cos phi més alt que els motors de rotor bobinat.
El valor de cos phi per a màquines del mateix tipus augmentarà a mesura que augmenten la potència nominal i la velocitat del rotor, ja que això redueix la magnitud relativa del corrent de magnetització.
Un augment de la tensió al costat secundari dels transformadors de potència a causa d'una disminució de la càrrega (per exemple, durant els torns de nit i durant la pausa per dinar) condueix a un augment de la tensió en comparació amb la tensió nominal dels terminals dels motors elèctrics en funcionament. . Això al seu torn condueix a un augment del corrent de magnetització i de la potència reactiva dels motors elèctrics, donant lloc a un factor de potència més baix.
La rotació del rotor, que es produeix a mesura que es desgasten els coixinets, de manera que el rotor no toqui l'estator, provoca un augment de l'entrefer entre l'estator i el rotor, la qual cosa comporta un augment del corrent de magnetització i una disminució del cos phi.
La reducció del nombre de cables a la ranura de l'estator durant el rebobinat provoca un augment del corrent de magnetització i una disminució del cos phi del motor d'inducció.
L'ús de làmpades de descàrrega de gas (DRL i fluorescents) amb resistència inductiva (choke) al circuit en absència de dispositius compensadors també redueix el factor de potència de les instal·lacions elèctriques (vegeu: Com es disposen i com funcionen els balast de les làmpades fluorescents).
Tècniques de millora del factor de potència
Cal augmentar el factor de potència d'una instal·lació elèctrica, en primer lloc, mitjançant el funcionament correcte i racional dels equips elèctrics, és a dir, de manera natural. La potència del motor elèctric s'ha de seleccionar estrictament d'acord amb la potència requerida per al mecanisme d'accionament, i els motors elèctrics ja instal·lats però amb càrrega lleugera s'han de substituir per motors elèctrics de potència corresponentment inferior.
Tanmateix, cal tenir en compte que, de vegades, aquesta substitució pot comportar un augment de les pèrdues d'energia activa en el propi motor elèctric i a la xarxa, si l'eficiència del motor elèctric de nova instal·lació resulta ser inferior a la instal·lada anteriorment. un. Per tant, la viabilitat d'aquesta substitució s'ha de comprovar mitjançant càlcul.
A més, cal comprovar el motor elèctric de seguretat segons les condicions d'escalfament i sobrecàrrega admissibles i, de vegades, el temps d'acceleració. Per regla general, els motors elèctrics carregats amb menys del 40% estan subjectes a substitució. Quan la càrrega és superior al 70%, la substitució esdevé no rendible.
En tots els casos possibles, s'hauria de preferir un motor de gàbia d'esquirol sobre un rotor de fase. Cal abandonar l'ús de motors elèctrics tancats si, per condicions ambientals, es permet l'ús de motors elèctrics en disseny obert o protegit.
Els motors elèctrics que accionen diverses màquines i mecanismes no funcionen a plena càrrega tot el temps. Per exemple, quan s'instal·la una nova peça de mecanitzat en una màquina, el motor elèctric de vegades funciona al ralentí amb un baix cos phi. Per tant, es recomana desconnectar el motor elèctric de la xarxa durant el temps d'inactivitat amb una durada del període d'interacció de 10 segons o més (aquest requisit també és obligatori per estalviar electricitat activa).
El període d'interacció és el temps dedicat a retreure l'eina a la seva posició original, treure la peça mecanitzada de la màquina, instal·lar una nova peça a la màquina i portar l'eina a la posició de treball.En màquines i mecanismes en què s'alternen períodes de funcionament amb períodes d'interoperabilitat, es recomana instal·lar limitadors automàtics de ralentí.
També es recomana substituir o desconnectar temporalment els transformadors amb una càrrega mitjana inferior al 30% de la seva potència nominal.
La reparació de qualitat d'un motor elèctric asíncron afecta significativament l'augment del valor del cos phi. Un motor ben reparat hauria de tenir una placa d'identificació. Heu de controlar acuradament la mida de l'espai d'aire entre l'estator i el rotor, no permetre desviacions de la norma, posar el nombre de cables actius a les ranures segons el càlcul. Els motors reacondicionats s'han de provar a fons, inclosa la comprovació del corrent sense càrrega.
En alguns casos, les mesures per millorar el factor de potència natural no permeten augmentar el cos phi a 0,92 - 0,95 segons les condicions del procés tecnològic. En aquestes instal·lacions elèctriques, s'utilitzen mètodes artificials per compensar la potència reactiva, augmentant el factor de potència mitjançant l'ús dispositius especials de compensació.
Aquests dispositius inclouen: condensadors estàtics, compensadors síncrons i motors síncrons sobreexcitats. No obstant això, els motors elèctrics síncrons i els compensadors fabricats a gran potència són rars a les fàbriques. Els més utilitzats per augmentar el factor de potència són condensadors estàtics.
Amb una selecció adequada de la capacitat dels condensadors, és possible portar l'angle de fase entre la tensió i el corrent a qualsevol valor requerit.La reducció de corrent a la xarxa de subministrament s'aconsegueix gràcies al component reactiu, que es compensa amb el corrent capacitiu del banc de condensadors.