Практическое руководство по коррекции коэффициента мощности в системах переменного тока

Когда система переменного тока демонстрирует низкий коэффициент мощности, обычно нельзя полагаться на точные значения индуктивности для расчёта коррекции.

Если доступен измеритель коэффициента мощности, он выдаёт мгновенное значение КМ (между 0 и 1) и полную мощность, получаемую умножением измеренного напряжения на измеренный ток.

Когда прибора нет, осциллограф можно использовать для сравнения волн напряжения и тока, определения фазового сдвига в градусах и вычисления КМ как косинуса этого сдвига.

Обычно ваттметр измеряет активную (реальную) мощность. Сравнение его показаний с полной мощностью, расчётной из измерений напряжения и тока, даёт и реактивную мощность, и значение КМ.

Пример задачи

Ниже упрощённое представление измерительной установки:

Ваттметр показывает активную мощность; произведение показаний вольтметра и амперметра даёт полную мощность.

Расчёт полной мощности в кВА

Полная мощность (S) вычисляется умножением нагрузочного напряжения (V) на нагрузочный ток (I). Перевод в киловольт-амперы (кВА) — просто деление на 1000.

Результат, 2,308 кВА, далеко превышает активную мощность 1,5 кВт, указывая на коэффициент мощности значительно ниже единицы.

Определение коэффициента мощности

Коэффициент мощности (КМ) — отношение активной мощности (P) к полной (S):

Реактивная мощность через теорему Пифагора

С полной мощностью как гипотенузой и активной как прилежащим катетом, реактивная мощность (Q) находится «обратной» теоремой Пифагора:

Коррекция коэффициента мощности конденсатором

Индуктивные нагрузки — такие как двигатели — имеют запаздывающий КМ. Банк конденсаторов, включённый параллельно, даёт опережающую реактивную мощность для противодействия индуктивному вкладу.

Из реактивной мощности 1,754 кВАР необходимая ёмкость (C) при 240 В рассчитывается как:

Округлённо до 80 мкФ, реактивное сопротивление конденсатора (Xc) составляет 33,157 Ом, давая ток 7,238 А и реактивную мощность 1,737 кВАР (только конденсатор). Поскольку ток конденсатора на 180° вне фазы с индуктивным током, его реактивная мощность напрямую вычитается из реактивной мощности нагрузки.

Хотя активная мощность не меняется, полная мощность и суммарный ток, потребляемый от 240-В источника, значительно снижаются.

Новая полная мощность вычисляется из скорректированной реактивной мощности по теореме Пифагора:

Треугольник мощностей до и после коррекции конденсатором.

Вывод

Внедрение правильно рассчитанного банка конденсаторов не только улучшает коэффициент мощности, но и снижает полную мощность, уменьшает линейные токи и может привести к существенной экономии затрат на энергию.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• AC Power Worksheet