Методы улучшения коэффициента мощности с их преимуществами и недостатками

Методы повышения коэффициента мощности

Для улучшения коэффициента мощности используются следующие устройства и оборудование.

1. Статический конденсатор
2. Синхронный конденсатор
3. Ускоритель фазы

1. Статический конденсатор

Мы знаем, что большинство отраслей промышленности и нагрузок энергосистем являются индуктивными, потребляющими отстающий ток, который снижает коэффициент мощности системы (см. Недостатки низкого коэффициента мощности). Для улучшения коэффициента мощности статические конденсаторы подключаются параллельно тем устройствам, которые работают на низком коэффициенте мощности.

Эти статические конденсаторы обеспечивают опережающий ток, который нейтрализует (полностью или приблизительно) запаздывающую индуктивную составляющую тока нагрузки (т.е. опережающая составляющая нейтрализует или устраняет запаздывающую составляющую тока нагрузки), таким образом улучшается коэффициент мощности цепи нагрузки.

Эти конденсаторы устанавливаются вблизи большой индуктивной нагрузки, например, асинхронных двигателей, трансформаторов и т. д., и улучшают коэффициент мощности цепи нагрузки для повышения эффективности системы или устройств.

Предположим, здесь есть однофазная индуктивная нагрузка, которая потребляет отстающий ток (I), а коэффициент мощности нагрузки равен Cosθ, как показано на рис. 1.

На рис. 2 конденсатор (C) подключен параллельно нагрузке. Теперь ток (Ic) протекает через конденсатор, который опережает напряжение питания на 90° (обратите внимание, что конденсатор обеспечивает опережающий ток, т. е. в чисто емкостной цепи ток опережает 90° от напряжения питания, другими словами, напряжение составляет 90°). отстает от текущего). Ток нагрузки (I). Комбинация векторов (I) и (Ic) представляет собой (I’), который отстает от напряжения при θ2, как показано на рис. 3.

Из рис. 3 видно, что угол θ2 <θ1, т.е. угол θ2 меньше, чем угол θ2. Поэтому Cosθ2 меньше, чем от Cosθ1 (Cosθ2> Cosθ1). Следовательно, коэффициент мощности нагрузки улучшается за счет конденсатора.

Также обратите внимание, что после улучшения коэффициента мощности ток цепи будет меньше, чем при токе цепи с низким коэффициентом мощности. Кроме того, до и после улучшения коэффициента мощности активная составляющая тока в этой цепи будет одинаковой, поскольку конденсатор устраняет только реактивную составляющую тока. Кроме того, активная мощность (в ваттах) будет одинаковой после и до улучшения коэффициента мощности.

Преимущества:

• Конденсаторная батарея предлагает несколько преимуществ по сравнению с другими методами улучшения коэффициента мощности.
• Потери в статических конденсаторах низкие
• Нет движущихся частей, поэтому требуется минимальное техническое обслуживание.
• Он может работать в нормальных условиях (то есть в обычных атмосферных условиях)
• Не требует фундамента для установки
• Они легкие, поэтому их легко установить.

Недостатки:

• Возраст батареи статических конденсаторов меньше (8–10 лет)
• При изменении нагрузки мы должны включать или выключать батарею конденсаторов, что вызывает скачки напряжения в системе.
• Если номинальное напряжение увеличивается, это приводит к его повреждению.
• Если конденсаторы испортились, ремонт обходится дорого

2. Синхронный конденсатор

Когда синхронный двигатель работает без нагрузки и с перенапряжением, он называется синхронным конденсатором. Всякий раз, когда синхронный двигатель перегружается, он обеспечивает опережающий ток и работает как конденсатор.

Когда синхронный конденсатор подключен к напряжению питания (параллельно), он потребляет опережающий ток и частично устраняет реактивную составляющую, и таким образом улучшается коэффициент мощности. Как правило, синхронный конденсатор используется для улучшения коэффициента мощности в крупных отраслях промышленности.

Преимущества:

• Долгий срок службы (почти 25 лет)
• Высокая надежность
• Плавная регулировка коэффициента мощности.
• Отсутствие генерации гармоник технического обслуживания
• Ошибки можно легко устранить
• На него не влияют гармоники.
• Требуются низкие эксплуатационные расходы (необходима только периодическая смазка подшипников)

Недостатки:

• Это дорого (стоимость обслуживания также высока) и поэтому в основном используется крупными опытными пользователями.
• Для этой операции необходимо использовать вспомогательное устройство, так как синхронный двигатель не имеет крутящего момента при самостоятельном пуске.
• Издает шум.

3. Ускоритель фазы

Ускоритель фазы представляет собой простой возбудитель переменного тока, который подключается к основному валу двигателя и работает с цепью ротора двигателя для улучшения коэффициента мощности. Ускоритель фазы используется для улучшения коэффициента мощности асинхронного двигателя в промышленности.

Поскольку обмотки статора асинхронного двигателя принимают запаздывающий ток на 90 ° в противофазе с напряжением, поэтому коэффициент мощности асинхронного двигателя низкий. Если бы возбуждающие ампер-витки возбуждались от внешнего источника переменного тока, то не было бы влияния возбуждающего тока на обмотки статора. Поэтому коэффициент мощности асинхронного двигателя будет улучшен. Этот процесс выполняется Phase Advancer.

Преимущества:

• Запаздывание квар (реактивная составляющая мощности или реактивная мощность), потребляемая двигателем, значительно снижается, поскольку ампер-витки возбуждения подаются на частоте скольжения (fs).
• Ускоритель фазы можно легко использовать там, где использование синхронных двигателей неприемлемо

Недостаток:

• Использование фазовращателя неэкономично для двигателей мощностью менее 200 л.с. (около 150 кВт)

Улучшение коэффициента мощности в однофазных и трехфазных соединениях по схеме "звезда-треугольник"

Улучшение коэффициента мощности в трехфазной системе путем подключения батареи конденсаторов в (1). Соединение треугольником(2). Звездное соединение)

Улучшение коэффициента мощности при однофазном и трехфазном соединении звезда-треугольник

Вы также можете прочитать о;

• Коэффициент мощности
• Активная, реактивная, полная и комплексная мощность. Простое объяснение с формулами.
• Причины низкого коэффициента мощности
• Недостатки низкого коэффициента мощности
• Преимущества улучшения и коррекции коэффициента мощности 
• Как рассчитать подходящий размер конденсатора в фарадах и кварах для улучшения коэффициента мощности (самый простой способ) 
• Как преобразовать фарады конденсатора в кВАр и наоборот (для улучшения коэффициента мощности)