Avtosfera76.ru

Авто Сфера №76
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое косинус асинхронного двигателя

Как компенсировать реактивную мощность? Виды компенсации

Уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом характеризуется коэффициентом мощности потребителя, который определяется как отношение потребляемой активной мощности к полной, действительно взятой из сети, то есть cos(ф) = P/S. Чем ближе значение cos(ф) к единице, тем меньше доля взятой из сети реактивной мощности. Например, cos(ф) асинхронных двигателей составляет примерно 0,7; cos(ф) электродуговых печей и сварочных трансформаторов — примерно 0,4; cos(ф) станков и машин не более 0,5 и т.д., поэтому полное использование мощностей сети возможно только при компенсации реактивной составляющей мощности.

Примечание: Следует отметить, что обычно не рекомендуется компенсировать реактивную мощность полностью (до cos(ф)=1), так как при этом возможна перекомпенсация (за счет переменной величины активной мощности нагрузки и других случайных факторов). Обычно стараются достигнуть значения cos(ф) =0,90…0,95.

Компенсировать реактивную мощность возможно синхронными компенсаторами, синхронными двигателями, косинусными конденсаторами (конденсаторными установками). В настоящее время для компенсации широкое применение получили конденсаторные установки КРМ (УКМ58, УККРМ, АКУ), обладающие рядом преимуществ перед другими устройствами компенсации:

  • малые потери активной мощности;
  • отсутствие вращающихся частей, подверженных механическому износу;
  • невысокие капиталовложения и затраты при эксплуатации;
  • отсутствие шума во время работы;
  • простота в монтаже и эксплуатации.

Выбор оборудования компенсации зависит от типа подключенного к сети силового оборудования.

Компенсация может быть индивидуальной (местной) и централизованной (общей). В первом случае параллельно нагрузке подключают один или несколько (батарею) косинусных конденсаторов, во втором – некоторое количество конденсаторов (батарей) подключается к главному распределительному щиту.

Индивидуальная компенсация

Самый простой и наиболее дешевый способ компенсации. Число конденсаторов (конденсаторных батарей) соответствует числу нагрузок и каждый конденсатор расположен непосредственно у соответствующей нагрузки (рядом с двигателем и т. п.). Такая компенсация хороша только для постоянных нагрузок (например, один или несколько асинхронных двигателей с постоянной скоростью вращения вала), то есть там, где реактивная мощность каждой из нагрузок (во включенном состоянии нагрузок) с течением времени меняется незначительно и для ее компенсации не требуется изменения номиналов подключенных конденсаторных батарей. Поэтому индивидуальная компенсация ввиду неизменного уровня реактивной мощности нагрузки и соответствующей реактивной мощности компенсаторов называется также нерегулируемой.

Централизованная компенсация

Компенсация с помощью одной регулируемой установки КРМ (УКМ-58), подключенной к главному распределительному щиту. Применяется в системах с большим количеством потребителей (нагрузок), имеющих большой разброс коэффициента мощности в течение суток, то есть для переменной нагрузки (например, несколько двигателей, размещенных на одном предприятии и подключаемых попеременно). В таких системах индивидуальная компенсация неприемлема, так как, во-первых, становится слишком дорогостоящей (при большом количестве оборудования устанавливается большое количество конденсаторов), и, во-вторых, возникает вероятность перекомпенсации (появление в сети перенапряжения).

В случае централизованной компенсации конденсаторная установка оснащается специализированным контроллером (автоматическим регулятором реактивной мощности) и коммутационно-защитной аппаратурой (контакторами и предохранителями). При отклонении значения cos(ф) от заданного значения контроллер подключает или отключает определенные конденсаторные батареи (компенсация осуществляется ступенчато). Таким образом, контроль осуществляется автоматически, а мощность подключенных конденсаторов соответствует потребляемой в данный конкретный момент времени реактивной мощности, что исключает генерацию реактивной мощности в сеть и появление в сети перенапряжения.

Дополнительная информация, консультации, цены

Мы предложим эффективное и экономичное решение. Воспользуйтесь опытом наших технических специалистов — заполните форму справа, или позвоните.

Расчет, производство и поставка конденсаторных установок. Установки компенсации реактивной мощности, в наличии и под заказ.

Повышение коэффициента мощности

Кроме упомянутых уже конденсаторов (или дросселей для нагрузки с емкостным характером), коэффициент мощности можно повысить избегая работы мощных двигателей и трансформаторов с недостаточной нагрузкой. Это увеличит “косинус”. Отдельный вопрос – как повысить коэффициент для несинусоидальных токов, то есть, бороться с гармоническими искажениями переменного тока в линии, идущей к поставщику энергии. Особенно это актуально для небольших потребителей с импульсными источниками питания, а также любого прибора содержащего силовую электронику, например, для преобразователя частоты. Здесь либо можно использовать дроссели, либо активные корректоры мощности. По нынешним временам дроссель – слишком большая роскошь, это много стали и меди. Активный корректор – это управляемый силовым ключом дроссель, изготовленный из недорогого феррита с небольшим числом витков медного провода.

Формула коэффициента мощности: косинус фи для потребителей, единица измерения

Мощность в цепи переменного тока и коэффициент мощности (косинус φ) В профессиональном лексиконе электрика наиболее популярны слова: фаза, ток, напряжение и словосочетание «косинус-фи». Этот «косинус-фи» всегда головная боль заводского энергетика.

Попробуем популярно объяснить причину такого уважения электриков к тригонометрической функции cos φ. «Косинус-фи» в электроэнергетике еще называют коэффициентом мощности.

Коэффициент мощности характеризует потребителя электрической энергии с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей, при которой переменный ток и напряжение не совпадают по фазе.

Коэффициент мощности показывает, насколько переменный ток в нагрузке сдвигается по фазе относительно напряжения на ней (отстает или опережает). Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

В электроэнергетике для коэффициента мощности принято обозначение cos φ (где φ — угол сдвига по фазе между током и напряжением). При наличии в нагрузке реактивной составляющей наряду со значением коэффициента мощности часто указывают и характер нагрузки: активно-ёмкостная или активно-индуктивная. Тогда коэффициент мощности называют соответственно опережающим или отстающим.

Читать еще:  Холодный запуск двигателя ниссан кашкай

Мощность в цепи переменного тока

Для начала следует подробно рассмотреть вопрос электрической мощности. В электрической цепи постоянного тока все просто и достаточно понятно. В такой цепи зная напряжение на зажимах потребителя и протекающий ток можем легко определить потребляемую мощность, умножив величину тока на напряжение: В цепи переменного тока формулы для расчета мощности и само понятие мощности несколько сложнее. В общем случае в электрической цепи синусоидального переменного тока изменение напряжения и тока во времени не совпадают. Или другими словами напряжение и ток не совпадают по фазе. Ток отстает по фазе от напряжения при индуктивной нагрузке, и опережает напряжение при емкостной нагрузке. Только в частном случае, когда нагрузка чисто активная, ток и напряжение совпадает по фазе. В сети переменного тока различают полную, активную и реактивную мощность. Отметим, что само понятие реактивной мощности актуально только для электротехнических устройств переменного тока. Оно никогда не применяется к потребителям постоянного тока в силу малости (мизерности) соответствующих эффектов, проявляющихся кратковременно только при переходных процессах (включении/выключении, регулирование, изменение нагрузки). Полная мощность в цепи переменного тока (для однофазной нагрузки) равна произведению действующего значения тока на действующее значение напряжения (измеряется в ВА , кВА – вольт-амперах, кило вольт-амперах) Полная мощность представляет практический интерес, как величина, определяющая фактические электрические нагрузки на обмотки, провода, кабели, аппаратуру распределительных щитов, силовые трансформаторы, линии электропередач. Собственно поэтому номинальная мощность генераторов и трансформаторов, нагрузки аппаратов распределительных щитов и пропускная способность линий электропередач указывается в вольт-амперах, а не в ваттах. Полная мощность состоит из двух составляющих – активной Р, и реактивной Q мощности. Активная мощность это та часть электрической энергии выработанной генератором, которая безвозвратно преобразуется в тепловую (лампы накаливания, электроплиты, электропечи сопротивления, потери в трансформаторах и линиях электропередачи) или в механическую (электрические двигатели) энергию. Активная мощность измеряется в Вт, кВт (ватт, киловатт). Активную мощность можно определить по следующей формуле (для однофазной нагрузки): Вот здесь и появляется знаменитый cos φ Если ток совпадает по фазе с приложенным напряжением то угол φ = 0, и соответственно cos φ =1. Для электрической сети это оптимальный вариант. В этом случае полная мощность равна активной мощности и вся электрическая энергия в нагрузке превращается в другие виды энергии. Например, в электрочайнике – в тепловую энергию. Чаще потребители электрической энергии имеют обмотки и магнитопроводы (электрические двигатели, трансформаторы, дроссели газорязрядных ламп, пускатели и реле) необходимые для их нормальной работы. В общем случае такая нагрузка называется индуктивной. При чисто индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения на угол φ = 90О , при котором cos φ = 0 и активная мощность также P = 0. Для характеристики таких потребителей в электротехнике введено понятие реактивной мощности: Реактивная мощность измеряется в Вар, кВАр (вольт-амперах реактивных, кило вольт-амперах реактивных). Кстати, реактивную мощность можно измерить с помощью счетчика реактивной энергии, также как и активную счетчиком активной энергии. Названа мощность реактивной совсем не по аналогии с «ракетой». Мы помним, что в физике термин «реактивный» обычно употребляется как связанный с возникновением движения под действием силы отдачи струи пара, газа и т. п., вытекающей с большой скоростью в противоположную силе отдачи сторону. В электротехнике это элемент электрической цепи, обладающий индуктивностью и/или электрической ёмкостью, и термин реактивный употребляется для характеристики элемента электрической цепи, обладающего этими свойствами. Источниками реактивной мощности в сети переменного тока являются катушки индуктивности и конденсаторы. Физически реактивная мощность, это мощность, которая накапливается в электрических и магнитных полях. При наличии в сети индуктивности и, например, статического конденсатора электромагнитная энергия в один полупериод изменения тока накапливается в электромагнитном поле катушки индуктивности, в следующий полупериод возвращается конденсатору, где накапливается в его электрическом поле, а затем возвращается обратно к индуктивности. Следует понимать, что реактивная мощность не расходуется на выполнение работы электротехнического устройства (нагрев, выполнение механической работы) но она необходима для его нормальной работы. Так в трансформаторе электрическая энергия передается с первичной обмотки во вторичную цепь посредством электромагнитного поля, для создания которого и необходима реактивная мощность. Преобразование электрической энергии в асинхронном электродвигателе осуществляется с помощь того же электромагнитного поля, и снова для его создания также требуется источник реактивной мощности. На генерацию активной мощности расходуются первичные энергоресурсы – газ, мазут, уголь, энергия ветра или падающей воды. Поскольку каждые полпериода переменного тока накопленная в магнитном поле реактивная энергия отдается обратно в источник (синхронный генератор, конденсатор) то в идеале на генерацию реактивной мощности не требуется расход первичного энергоносителя. Однако при более глубоком рассмотрении оказывается, что реактивная энергия не такая уж безобидная. На генерацию реактивной мощности все- таки требуется расходовать некоторое количество первичного энергоносителя для покрытия механических и электрических потерь в генераторах, диэлектрических потерь в конденсаторах. Кроме того при передаче реактивной энергии в линиях и трансформаторах возникают потери на нагрев. Еще одна неприятность состоит в том, что генерация и передача реактивной энергии требует увеличения установленной мощности генераторов, увеличения сечения проводов и мощности трансформаторов, т. е. связана с большими экономическими затратами. В энергетической системе источниками реактивной мощности могут быть синхронные генераторы, синхронные компенсаторы, перевозбужденные синхронные двигатели и конденсаторы. Решение о способе компенсации реактивной мощности всегда необходимо принимать на основе технико–экономического анализа. Большинство потребителей электрической энергии имеют обмотки на магнитопроводах, т.е. представляют собой индуктивность. Чисто условно принято говорить, что они потребляют положительную реактивную мощность. Реактивная мощность статических конденсаторов отрицательна и принято говорить, что они генерируют реактивную мощность. Синхронные генераторы в зависимости от величины тока возбуждения могут, как производить, так и потреблять реактивную мощность. Т.е. ведут себя относительно электрической сети как емкость или как индуктивность. То же можно сказать и о синхронных двигателях и синхронных компенсаторах. Впрочем, есть класс синхронных машин – реактивные машины, которые такой способностью не обладают. Численное значение коэффициента мощности электроустановок переменного тока может находится в диапазоне от 0,05-0,1 для трансформаторов в режиме холостого хода до 1,0 для нагревательных электроприборов и ламп накаливания. Коэффициент мощности асинхронных электродвигателей при номинальной нагрузке может быть 0,7 – 0,9 и зависит от номинальной мощности, конструктивного исполнения, а также числа полюсов. Маломощные и тихоходные (многополюсные) двигатели отличаются пониженным значением cos φ . С уменьшением загрузки двигателей и трансформаторов их cos φ также значительно уменьшается.

Читать еще:  Двигатель амт что это значит

Измерение коэффициента мощности

Для прямого измерения cos φ и фазы применяются специальные электроизмерительные приборы — фазометры. При отсутствии таких приборов коэффициент мощности можно определить косвенным методом по показаниям трех приборов :амперметра, вольтметра и ваттметра. Тогда в однофазной цепи cos φ = P / (U х I), где Р, U, I — показания ваттметра, вольтметра и амперметра, соответственно. В симметричной трехфазной цепи cos φ = Pw / (√3 х Uл х Iл); где Pw – активная мощность трехфазной системы, Uл, Iл – соответственно линейные напряжение и ток. В симметричной трехфазной цепи значение коэффициента мощности можно определить также по показаниям двух ваттметров Pw1 и Pw2 по формуле

Коэффициент мощности величина не постоянная, он зависит от характера и величины нагрузки. Для асинхронного двигателя изменение нагрузки от нуля до номинальной приводит к изменению cos φ от 0,1 на холостом ходу до 0,86 — 0,87 при номинальной нагрузке. Для практических целей расчета мощности компенсирующих устройств в электрических сетях используют средневзвешенный коэффициент мощности за некоторый интервал времени — сутки или месяц. Для этого за рассматриваемый период снимают показания счетчиков активной и реактивной энергии Wa и Wр и расчитывают средневзвешенный коэффициент мощности по формуле

Компенсация реактивной мощности

Для уменьшения потерь, устранения перегрузок трансформаторов и линий электропередач прибегают к искусственному повышению коэффициента мощности электрических установок путем компенсации реактивной мощности непосредственно у потребителей с помощью батарей статических конденсаторов.

Энергетическая диаграмма, иллюстрирующая передачу электрической энергии между генератором Г и потребителем Д, потребляющим активную и реактивную энергию. а) — при отсутствии компенсатора, б) — при наличии его (батарея статических конденсаторов С) . Синим цветом показано поток активной энергии, красным – реактивной. Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.[ Регистрация | Вход ]

Выбор выключателя по месту использования

Прежде всего, необходимо отметить, что вне зависимости от назначения АВ и вида цепи, которую он будет предохранять, основными критериями будут являться:

  • марка производителя (от этого может напрямую зависеть качество продукции);
  • продавец (лучше не стоит покупать такой важный аппарат с рук или у непроверенного, нелицензированного продавца);
  • сечение провода, чем оно выше, тем больше пропускная способность тока;
  • напряжение, мощность тока в сети.

Для обычной жилой квартиры или дома чаще всего используют выключатели серии ВА. Они имеют две ступени защиты – от превышения номинального значения тока и от сверхтока (следствие короткого замыкания). Первая представляет собой биметаллическую пластину, которая изгибается от напряжения и выключает АВ (тепловая защита). Вторая имеет электромагнит, который отключает цепь в случае замыкания (электромагнитная защита).

Для применения в трансформаторах, электрических двигателях и иных высокомощных агрегатах требуется и соответствующий автомат. При расчете силы тока АВ используются особые формулы, о которых речь пойдет чуть ниже. Исходя из них, для мощных структур подойдут выключатели из серии К 8-15 или D 10-20.

Некоторая сложность возникает при расчете требуемой силы тока для асинхронного двигателя. Например, если для лампочек накаливания формула расчета будет следующая: суммарная мощность тока/напряжение = 200 Вт/220 В = 0,91 А, то для двигателя в формулу вмешается «косинус фи». Обычно его значение указывается на табличке, но если такового нет, можно брать цифру 0,7 или 0,6. Для асинхронного двигателя мощность 2000 Вт расчет будет следующий: мощность/напряжение/косинус фи = 2000 Вт/220 В/0,7 = 13 А.

Читать еще:  Голаз 4244 технические характеристики двигателя

Выбор автоматического выключателя по силе тока

Сила тока – самая важная характеристика для АВ. Именно по значению рабочей силы сети выбирается выключатель. Защитная функция как раз и состоит в том, чтобы показатель в амперах, проводимый по цепи не превышал показателя, на который рассчитан АВ, иначе произойдет отключение.

Ниже представлена таблица АВ по значению силы тока и их «рабочее пространство»:

Автоматический выключательРабочее пространство (сила тока цепи, при которой предпочтительна именно эта модель)Холостое пространство (сила тока, при которой АВ будет защищать лишь от коротких замыканий, предпочтительна более слабая модель)
0-1Анет
1-2А0-1А
2-3А0-2А
3-6А0-3А
10А6-10А0-6А
16А10-16А0-10А
20А16-20А0-16А
25А20-25А0-20А
32А25-32А0-25А
40А32-40А0-32А
50А40-50А0-40А
63А50-63А0-50А

Важно, чтобы сила тока попадала именно в рабочее пространство, тогда у выключателя будет достигнута максимальная эффективность. Например, по примерам из предыдущего раздела: для двух лампочек накаливания (I = 0,91А) лучше всего использовать самые слабые АВ с силой 1А. Сила тока асинхронного двигателя (I=13А) попадает в диапазон автомата с 16А.

Как выбрать АВ по мощности

Самый распространенный критерий выбора автомата – мощность электросети. Впрочем, важно не забывать, что немалую роль играет и сечение провода и даже возраст проводки. Помимо этого, значения могут разниться в зависимости от напряжения (220 или 380 вольт) и количества фаз.

Простой пример поможет лучше разобраться в выборе. Есть необходимость установить выключатель на сеть, обеспечивающую электричеством жилую комнату. Возьмем для наглядности следующие показатели:

  • сечение провода не менее 2,5 мм, проводка медная и в хорошем состоянии;
  • напряжение – 220 вольт, подключение – однофазное;
  • мощность электрического тока – 3000 Ватт.

Сила измеряется по вышеуказанной формуле: мощность/напряжение и составит 13,6 А. Смотрим таблицу значений. Наиболее подходящий вариант – автомат 16А.

Для определения необходимого АВ, можно свериться со следующими усредненными параметрами для однофазной цепи с мощность 220В:

  1. АВ 1А (автоматический выключатель 1А) – до 0,2 кВт.
  2. АВ 2А – до 0,4 кВт.
  3. АВ 3А – до 0,7 кВт.
  4. АВ 6А – до 1,3 кВт.
  5. АВ 10А – до 2,2 кВт.
  6. АВ 16А – до 3,5 кВт.
  7. АВ 20А – до 4,4 кВт.
  8. АВ 25А – до 5,5 кВт.
  9. АВ 32А – до 7 кВт.
  10. АВ 40А – до 8,8 кВт.
  11. АВ 50А – до 11 кВт.
  12. АВ 63А – до 13,9 кВт.

При выборе выключателя для трехфазной сети мощностью 380В, по сути, ничего не меняется. Единственным различием будет учет упомянутого ранее косинуса фи (или угла сдвига).

Пример: необходимо установить на такую сеть АВ. Косинус фи по документации равен 0,6, напряжение – 380В, общая мощность – 7000 Вт. Формула – 7000/380/0,6 = 30,07. На одну фазу (полюс) придется напряжение, близкое к характеристикам 10А. По аналогии с прошлым сравнительным списком, ниже приведены характеристики для такой сети.

  1. АВ 1А – до 1,1 кВт.
  2. АВ 2А – до 2,3 кВт.
  3. АВ 3А – до 3,4 кВт.
  4. АВ 6А – до 6,8 кВт.
  5. АВ 10А – до 11,4 кВт.
  6. АВ 16А – до 18,2 кВт.
  7. АВ 20А – до 22,8 кВт.
  8. АВ 25А – до 28,5 кВт.
  9. АВ 32А – до 36,5 кВт.
  10. АВ 40А – до 45,6 кВт.
  11. АВ 50А – до 57 кВт.
  12. АВ 63А – до 71,8 кВт.

При выборе автоматического выключателя будьте предельно внимательны и обращайте внимание на все показатели самого АВ (марка, производитель, продавец, сила тока) и сети (косинус, мощность, напряжение, сечение, фазы и т.д.)

Как известно сопротивление проводника при переменном токе больше чем при постоянном, в следствии явлений поверхностного эффекта, эффекта близости, возникновение вихревых токов и излучение электромагнитной

энергии в пространство. Именно поэтому сопротивление проводника в постоянных цепях называют омическим, а в переменного тока называют активным сопротивлением.

Основные способы коррекции cos φ

1. Коррекция реактивной составляющей мощности производится путём включения реактивного элемента, имеющего противоположное действие. К примеру, для компенсации работы асинхронной машины, обладающей высокой индуктивной реактивной составляющей мощности, в параллель включается конденсатор.

2. Корректировка нелинейности электропотребления. При потреблении тока нагрузкой непропорционально основной гармонике напряжения, для повышения коэффициента мощности в схему вводят пассивный (активный) корректор коэффициента мощности. Наиболее простым примером пассивного корректора cos φ является дроссель с высокой индуктивностью, подключаемый последовательно с нагрузкой. Дроссель производит сглаживание импульсного потребления нагрузки и создание низшей, основной гармоники тока.

3. Корректировка естественным способом, не предусматривающая установку дополнительных устройств, предполагает упорядочение технологического процесса, рациональное распределение нагрузок, ведущее к улучшению режима потребления электроэнергии оборудованием, повышению коэффициента мощности.

Подробное видео с объяснением, что такое cosφ :

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector