Способы повышения коэффициента мощности

Одной из причин низкого значения cos является неполная загрузка асинхронных электродвигателей, так как активная мощность определяется активной нагрузкой, тогда как реактивная зависит от общей мощности двигателя, его типа и нагрузки. Следовательно, неправильный выбор типа двигателя и его мощности (с запасом) приводит к понижению значения cos.

Важнейшим условием рационального использования электроэнергии (т.е. повышения cos) является полная нагрузка электродвигателя и недопущение его длительной работы на холостом ходу, правильный выбор типа двигателя и его мощности. Такой способ повышения cos называют естественным.

Если применение естественного способа не даёт нужных результатов, то могут быть применены и способы искусственного повышения cos.

Одним из наиболее распространенных способов искусственного повышения cos является компенсация сдвига фаз между напряжением и общим током в цепи потребителя (или группы потребителей). Например, параллельно двигателю Д подключают конденсатор. Компенсация сводится к тому, что за счет емкостного тока конденсатора уменьшается сдвиг по фазе между током и напряжением в цепи двигателя. Путем подбора емкости конденсатора С можно довести значение сдвига по фазе до нуля.

Физическая сущность явления компенсации состоит в том, что двигатель, например, в четные четверти периода запасает энергию в магнитном поле, а в нечетные -отдает ее, а конденсатор, наоборот, в нечетные четверти периода запасает энергию в электрическом поле, а в четные - отдает ее. Причем энергия, накапливаемая в магнитном поле двигателя и в электрическом поле конденсатора, является «обменной» (неиспользуемой) энергией. Т.о., обменная энергия будет частично или полностью «циркулировать» между магнитным полем двигателя и электрическим полем конденсатора. При установившемся режиме работы источник тока и линия электропередачи будут частично или полностью разгружены от «обменной» энергии.

Однако искусственные методы не позволяют в данной цепи избавится от «обменной» энергии, они могут лишь локализовать ее, освобождая при этом сети и их станции. Практическое применение конденсаторов для компенсации несколько ограничено из-за их высокой стоимости. Поэтому на практике получили широкое распространение так называемые синхронные компенсаторы - синхронные двигатели облегченной конструкции, работающие на холостом ходу и создающие емкостной ток.

Трехфазная система и получение трехфазных эдс.

Трехфазная система - это система, состоящая из трех одинаковых однофазных цепей

переменного тока, одинаковой частоты с одинаковыми максимальными значениями эдс, но сдвинутыми по фазе друг относительно друга на угол 120°.

Получают трехфазные эдс с помощью генераторов трехфазного тока, на роторах которых закреплены три одинаковые катушки, сдвинутые в пространстве друг относительно друга на угол 120". Каждую из катушек условно принято называть фазой.

При вращении ротора этого генератора с постоянной угловой частотой ω, в каждой из фаз будет индуктироваться эдс одинаковой частоты с одинаковыми максимальными значениями, но сдвинутыми по фазе друг относительно друга на угол 120°.

Если каждую из фаз использовать, как самостоятельный источник питания, то получится, так называемая, несвязанная трехфазная система, которая практического применения не получила, т.к. для ее использования требуется шесть проводов.

Обычно обмотки трехфазного генератора соединяются между собой или «звездой» или «треугольником».

Соединение обмоток генератора «звездой».

▲Обмотки трехфазного генератора называются соединенными «звездой», если концы всех трех фаз (x;y;z) соединены в одну точку, образуя при этом, так называемую, «нулевую точку» или нейтраль генератора.

▲Напряжение, измеренное между началом (А;В;С) и концом (x;y;z) любой фазы или напряжение, измеренное между линейным и нулевым проводами, называется фазным напряжением.

▲Напряжение, измеренное между началами любых двух фаз или напряжение, измеренное между двумя линейными проводами, называется линейным напряжением.

Для установления зависимости между фазными и линейными напряжениями строим векторную диаграмму напряжений, исходя из следующих условий:

в векторной форме:

∆ONK

, тогда: ;

т.к. u_ab; u_bc; u_ca ~ линейные напряжения, а

U_A; UB; UC - фазные напряжения, то

Тогда ряд напряжений будет иметь вид:

...660В; 380В; 220В; 127В...

Таким образом, при соединении обмоток генератора «звездой», линейное напряжение всегда больше фазного напряжения в раз.

Соединение обмоток генератора «треугольником».

▲Обмотки трехфазного генератора называются соединенными «треугольником», если конец первой фазы соединен с началом второй фазы, конец второй - с началом третьей, а конец третьей с началом первой.

▲При соединении обмоток генератора «треугольником» фазные и линейные напряжения равны.

Соединение потребителей электроэнергии «звездой». Роль нулевого провода.

Потребители электроэнергии бывают как однофазными, так и трехфазными, но и те и другие приходится питать от сетей трехфазного тока.

Прежде чем подключить те или иные потребители в сеть трехфазного тока, сначала их нужно соединить между собой или «звездой» или «треугольником». При этом образуется, так называемая, трехфазная цепь, которая может быть выполнена в виде трехпроводной или в виде четырехпроводной.

Ниже приведена четырехпроводная трехфазная цепь, где потребители Z_A; Z_B; Z_C; соединены между собой «звездой» и подключены к генератору с помощью четырех проводов, три из которых - это линейные провода, а четвертый - нулевой

При соединении потребителей «звездой» фазные и линейные токи равны:

Если нагрузка фаз будет равномерной, т.е. Z_A = Z_B = Z_C , то и токи 1_А = 1_B = 1_C , а ток в нулевом проводе будет равен нулю, т.е.:

В этом случае векторная диаграмма будет иметь вид:

Т.к. в нулевом проводе отсутствует ток ( I₀ =0 ), то при равномерной нагрузке фаз нулевой провод не устанавливают, а потребители подключают только с помощью трех линейных проводов.

Если нагрузка фаз будет неравномерной, т.е., то и токи ,а ток в нулевом проводе не будет равен нулю, т.е.:

В этом случае векторная диаграмма будет иметь вид:

Для проведения нулевого тока при неравномерной нагрузке фаз нужно обязательно устанавливать нулевой провод, т.к. при его отсутствии или обрыве токи I_A; I_B;I_C должны сами по себе измениться, так, чтобы их сумма стала равна нулю. Это возможно только если напряжения на зажимах фаз потребителя U_A; U_B; U_C изменятся по величине, что приведет к ненормальному (аварийному) режиму работы трехфазной цепи.

Основным назначением нулевого провода является выравнивание напряжений на зажимах фаз потребителя. Чтобы нулевой провод как можно реже обрывался, он должен быть механически прочным и в него запрещается устанавливать предохранители и рубильники.

Соединение потребителей электроэнергии

«треугольником».

Для установления зависимости между линейными и фазными токами строим векторную диаграмму токов, исходя из следующих условий:

(по первому правилу Кирхгофа для узлов А'; В'; С' составляются узловые уравнения для мгновенных значений токов)

т.к. I_A; I_B; I_C - линейные токи;

I_AB; I_BC; I_CA- фазные токи, то

Таким образом, при соединении потребителей «треугольником», линейный ток больше фазного в раз.

Расчет трехфазной цепи.

Выбор способа соединения потребителей.

Способы соединения потребителей «звезда» и «треугольник» абсолютно равноценны. Выбор способа соединения определяется номинальным напряжением потребителя и величиной линейного напряжения трехфазной сети, куда будут подключаться эти потребители.

Если номинальное напряжение потребителя 220В, а линейное напряжение сети 380В, то потребители необходимо соединять «звездой».

А Если номинальное напряжение потребителя 220В а линейное напряжение сети 220В, тогда потребители необходимо соединять «треугольником»

Пример:

Асинхронный двигатель мощностью 17,4кВт включен в сеть трехфазного тока с Uл = 380 B. Обмотки двигателя соединены «звездой». Коэффициент мощности двигателя 0,6. Определить: Iф; Iл индуктивность одной фазы.