การเพิ่มตัวประกอบกำลังในวงจรกระแสไซน์

ผู้บริโภคพลังงานไฟฟ้าสมัยใหม่ส่วนใหญ่มีลักษณะอุปนัยของโหลดซึ่งกระแสจะล้าหลังแรงดันแหล่งที่มา ดังนั้นสำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำ หม้อแปลงไฟฟ้า, เครื่องเชื่อม และกระแสรีแอกทีฟอื่น ๆ ที่จำเป็นในการสร้างสนามแม่เหล็กหมุนในเครื่องใช้ไฟฟ้าและฟลักซ์แม่เหล็กสลับในหม้อแปลง

พลังงานที่ใช้งานอยู่ของผู้บริโภคดังกล่าวตามค่ากระแสและแรงดันที่กำหนดขึ้นอยู่กับcosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

การลดลงของตัวประกอบกำลังทำให้กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้น

โคไซน์พี จะลดลงอย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมอเตอร์และหม้อแปลงเดินเบาหรือมีภาระหนัก หากเครือข่ายมีกระแสรีแอกทีฟ พลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า สถานีย่อยหม้อแปลง และเครือข่ายจะไม่ถูกนำไปใช้อย่างเต็มที่ เมื่อcosφ ลดลง พวกมันก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก การสูญเสียพลังงาน สำหรับลวดความร้อนและขดลวดของอุปกรณ์ไฟฟ้า

ตัวอย่างเช่น ถ้ากำลังไฟฟ้าจริงคงที่ ให้กระแส 100 A ที่ cosφ= 1 จากนั้นเมื่อ cosφ ลดลงเป็น 0.8 และกำลังเท่าเดิม กระแสในเครือข่ายจะเพิ่มขึ้น 1.25 เท่า (I = Inetwork x cosφ , Azac = อาซา / cosφ ).

การสูญเสียสายไฟของเครือข่ายความร้อน และขดลวดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (หม้อแปลง) โหลด = I2nets x Rnets เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแส นั่นคือ เพิ่มขึ้น 1.252 = 1.56 เท่า

ที่cosφ= 0.5 กระแสในเครือข่ายที่มีกำลังไฟเท่ากันเท่ากับ 100 / 0.5 = 200 A และการสูญเสียในเครือข่ายเพิ่มขึ้น 4 เท่า (!) มันกำลังเติบโต การสูญเสียแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายซึ่งรบกวนการทำงานปกติของผู้ใช้รายอื่น

มิเตอร์ของผู้ใช้ในทุกกรณีจะรายงานปริมาณพลังงานที่ใช้งานต่อหน่วยเวลาเท่ากัน แต่ในกรณีที่สอง เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะป้อนเครือข่ายด้วยกระแสที่มากกว่าครั้งแรก 2 เท่า โหลดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (โหมดความร้อน) ไม่ได้ถูกกำหนดโดยพลังงานที่ใช้งานอยู่ของผู้บริโภค แต่โดยพลังงานทั้งหมดเป็นกิโลโวลต์ - แอมแปร์นั่นคือผลคูณของแรงดันไฟฟ้าโดย แอมแปร์ไหลผ่านขดลวด

หากเราระบุความต้านทานของสายไฟของเส้น Rl การสูญเสียพลังงานในนั้นสามารถกำหนดได้ดังนี้:

ดังนั้น ยิ่งผู้ใช้มีขนาดใหญ่เท่าใด การสูญเสียพลังงานในสายก็จะยิ่งน้อยลง และการส่งไฟฟ้าก็จะยิ่งถูกลงเท่านั้น

ตัวประกอบกำลังแสดงวิธีใช้พลังงานที่กำหนดของแหล่งที่มา ดังนั้น ในการจัดหาเครื่องรับ 1,000 กิโลวัตต์ที่ φ= 0.5 กำลังของเครื่องกำเนิดควรเป็น S = P / cosφ = 1,000 / 0.5 = 2,000 kVA และที่ cosφ = 1 C = 1,000 kVA

ดังนั้นการเพิ่มตัวประกอบกำลังจึงเพิ่มการใช้พลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

เพื่อเพิ่มตัวประกอบกำลังไฟฟ้า (cosφ) จะใช้การติดตั้งระบบไฟฟ้า การชดเชยพลังงานปฏิกิริยา.

การเพิ่มตัวประกอบกำลัง (การลดมุม φ — การเลื่อนเฟสของกระแสและแรงดัน) สามารถทำได้ด้วยวิธีต่อไปนี้:

1) การเปลี่ยนเครื่องยนต์ที่โหลดเบาด้วยเครื่องยนต์ที่มีกำลังต่ำ

2) ภายใต้แรงดันไฟฟ้า

3) การถอดมอเตอร์และหม้อแปลงที่ไม่ได้ใช้งาน

4) การรวมอุปกรณ์ชดเชยพิเศษไว้ในเครือข่ายซึ่งเป็นเครื่องกำเนิดกระแสไฟฟ้าชั้นนำ (capacitive)

เพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวชดเชยแบบซิงโครนัส - มอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่ตื่นเต้นมากเกินไป - ได้รับการติดตั้งเป็นพิเศษที่สถานีย่อยระดับภูมิภาคที่ทรงพลัง

ตัวชดเชยแบบซิงโครนัส

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโรงไฟฟ้า ธนาคารตัวเก็บประจุที่ใช้บ่อยที่สุดจะเชื่อมต่อแบบขนานกับโหลดอุปนัย (รูปที่ 2 ก)

ข้าว. 2 การเปิดตัวเก็บประจุสำหรับการชดเชยพลังงานปฏิกิริยา: a — วงจร, b, c — ไดอะแกรมเวกเตอร์

เพื่อชดเชยcosφในการติดตั้งระบบไฟฟ้าสูงถึงหลายร้อย kVA จึงถูกนำมาใช้ ตัวเก็บประจุโคไซน์… ผลิตขึ้นสำหรับแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 0.22 ถึง 10 kV

ความจุของตัวเก็บประจุที่จำเป็นในการเพิ่ม cosφ จากค่าที่มีอยู่ cosφ1 เป็น cosφ2 ที่ต้องการสามารถกำหนดได้จากแผนภาพ (รูปที่ 2 b, c)

เมื่อสร้างไดอะแกรมเวกเตอร์ เวกเตอร์แรงดันไฟฟ้าของแหล่งกำเนิดจะถูกใช้เป็นเวกเตอร์เริ่มต้น หากโหลดเป็นแบบอุปนัย แล้วเวกเตอร์ Az1 ปัจจุบันจะล้าหลังมุมของเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้า φ1Aza ตรงกับทิศทางของแรงดันไฟฟ้า องค์ประกอบปฏิกิริยาของ Azp ปัจจุบันจะล้าหลัง 90 ° (รูปที่ 2 ข)

หลังจากเชื่อมต่อธนาคารตัวเก็บประจุกับผู้ใช้แล้ว Az ปัจจุบันจะถูกกำหนดเป็นผลรวมทางเรขาคณิตของเวกเตอร์ Az1 และ Az° C... ในกรณีนี้ เวกเตอร์กระแสเก็บประจุนำหน้าเวกเตอร์แรงดันไฟฟ้า 90 ° (รูปที่ 2, c) . นี่แสดงไดอะแกรมเวกเตอร์ φ2 <φ1 นั่นคือ หลังจากเปิดตัวเก็บประจุ ตัวประกอบกำลังจะเพิ่มขึ้นจาก cosφ1 เป็น cosφ2

ความจุของตัวเก็บประจุสามารถคำนวณได้โดยใช้ไดอะแกรมเวกเตอร์ของกระแส (รูปที่ 2 ค) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

เนื่องจาก P = UI เราเขียนความจุของตัวเก็บประจุ C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2)

ในทางปฏิบัติ ตัวประกอบกำลังมักจะเพิ่มขึ้นไม่เกิน 1.0 แต่เป็น 0.90 — 0.95 เนื่องจากการชดเชยเต็มจำนวนจำเป็นต้องติดตั้งตัวเก็บประจุเพิ่มเติมซึ่งมักไม่สมเหตุสมผลทางเศรษฐกิจ