Повышение коэффициента мощности: методы, преимущества и недостатки

Методы повышения коэффициента мощности

Для коррекции коэффициента мощности применяются следующие устройства:

1. Статические конденсаторы (конденсаторные батареи)
2. Синхронные компенсаторы
3. Фазовые упреждатели

1. Статические конденсаторы

Большинство промышленных нагрузок индуктивны и потребляют отстающий ток, снижая КМ системы. Статические конденсаторы подключают параллельно таким нагрузкам. Они выдают опережающий ток, который компенсирует (полностью или частично) индуктивную составляющую тока нагрузки, тем самым повышая КМ.

Конденсаторные батареи устанавливают вблизи крупных индуктивных нагрузок — асинхронных двигателей, трансформаторов — для улучшения КМ цепи и повышения эффективности системы.

Принцип действия: Индуктивная нагрузка потребляет ток I, отстающий от напряжения на угол θ₁ (рис. 1). При параллельном подключении конденсатора C через него течет ток I_C, опережающий напряжение на 90°. Векторная сумма I и I_C дает результирующий ток I', отстающий на меньший угол θ₂ < θ₁. Следовательно, cos θ₂ > cos θ₁ — КМ улучшается. Активная составляющая тока и активная мощность остаются неизменными, так как конденсатор компенсирует только реактивную составляющую.

Преимущества статических конденсаторов:

• Низкие потери
• Отсутствие движущихся частей — минимальное обслуживание
• Работа в обычных атмосферных условиях
• Не требуют фундамента для монтажа
• Легкие и компактные — простая установка

Недостатки:

• Срок службы 8–10 лет
• При переменной нагрузке требуется частое вкл./выкл., вызывающее коммутационные перенапряжения
• Чувствительны к перегрузкам по напряжению
• Дорогой ремонт при выходе из строя

2. Синхронные компенсаторы

Синхронный двигатель, работающий в холостом ходе при перевозбуждении, называется синхронным компенсатором. В этом режиме он выдает опережающий ток, работая как конденсатор. Подключенный параллельно к сети, он компенсирует реактивную составляющую тока и повышает КМ. Применяются в крупных промышленных предприятиях.

Преимущества:

• Долгий срок службы (около 25 лет)
• Высокая надежность
• Бесступенчатая регулировка КМ
• Не генерируют гармоники
• Нечувствительны к гармоникам сети
• Простое устранение неисправностей
• Низкое обслуживание (периодическая смазка подшипников)

Недостатки:

• Высокая стоимость и эксплуатационные расходы — используются крупными потребителями
• Требуют вспомогательного устройства для пуска (нет собственного пускового момента)
• Создают шум

3. Фазовые упреждатели

Фазовый упреждатель — это переменный токовый возбудитель, установленный на валу двигателя и работающий с роторной цепью для повышения КМ асинхронного двигателя.

Сторцевая обмотка асинхронного двигателя потребляет отстающий ток (на 90° от напряжения), что дает низкий КМ. Если возбуждающие ампер-витки создаются внешним источником переменного тока, воздействие возбуждающего тока на сторцевую обмотку исключается, и КМ улучшается.

Преимущества:

• Значительное снижение индуктивных кВАР, потребляемых двигателем (возбуждение подается на частоте скольжения)
• Применяются там, где недопустимо использование синхронных двигателей

Недостатки:

• Неэкономичны для двигателей мощностью ниже 200 л.с. (около 150 кВт)

Коррекция КМ в трехфазных системах: звезда и треугольник

В трехфазных системах конденсаторные батареи подключают по схеме «треугольник» или «звезда». Выбор схемы зависит от напряжения сети и номинального напряжения конденсаторов.

Связанные темы:

• Коэффициент мощности
• Активная, реактивная, полная и комплексная мощность
• Причины низкого коэффициента мощности
• Недостатки низкого коэффициента мощности
• Преимущества повышения КМ
• Расчет размера конденсатора для коррекции КМ
• Перевод Фарад в кВАР и обратно