Aumento del fattore di potenza nei circuiti a corrente sinusoidale

La maggior parte dei moderni consumatori di energia elettrica ha una natura induttiva del carico, le cui correnti sono in ritardo rispetto alla tensione della sorgente. Quindi per i motori a induzione, trasformatori, saldatrici e altra corrente reattiva è necessaria per creare un campo magnetico rotante nelle macchine elettriche e un flusso magnetico alternato nei trasformatori.

La potenza attiva di tali consumatori ai valori dati di corrente e tensione dipende da cosφ:

P = UCosφ, I = P / UCosφ

Una diminuzione del fattore di potenza porta ad un aumento della corrente.

Coseno phi è particolarmente ridotto quando i motori ei trasformatori sono a vuoto o sottoposti a carichi pesanti. Se la rete ha corrente reattiva, la potenza del generatore, delle sottostazioni di trasformazione e delle reti non viene utilizzata completamente. Quando il cosφ diminuisce, aumentano in modo significativo perdita di energia per il riscaldamento di fili e bobine di dispositivi elettrici.

Ad esempio, se la potenza reale rimane costante, viene fornita una corrente di 100 A a cosφ= 1, quindi con cosφ decrescente a 0,8 e la stessa potenza, la corrente nella rete aumenta di 1,25 volte (I = Inetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Perdite sui fili della rete di riscaldamento e gli avvolgimenti di un generatore (trasformatore) Pload = I2nets x Rnets sono proporzionali al quadrato della corrente, cioè aumentano di 1,252 = 1,56 volte.

A cosφ= 0,5, la corrente nella rete con la stessa potenza attiva è pari a 100 / 0,5 = 200 A, e le perdite nella rete aumentano di 4 volte (!). Sta crescendo perdite di tensione di reteche interrompe il normale funzionamento di altri utenti.

Il contatore dell'utenza riporta in tutti i casi la stessa quantità di energia attiva consumata per unità di tempo, ma nel secondo caso il generatore alimenta la rete con una corrente 2 volte superiore a quella del primo. Il carico del generatore (modalità termica) è determinato non dalla potenza attiva dei consumatori, ma dalla potenza totale in kilovolt-ampere, ovvero dal prodotto della tensione per amperaggioche scorre attraverso le spire.

Se indichiamo la resistenza dei fili della linea Rl, la perdita di potenza in essa può essere determinata come segue:

Pertanto, maggiore è l'utente, minori sono le perdite di potenza nella linea e più economica è la trasmissione dell'elettricità.

Il fattore di potenza mostra come viene utilizzata la potenza nominale della sorgente. Quindi, per fornire al ricevitore 1000 kW a φ= 0,5 la potenza del generatore dovrebbe essere S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, e a cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Pertanto, l'aumento del fattore di potenza aumenta l'utilizzo della potenza dei generatori.

Per aumentare il fattore di potenza (cosφ) vengono utilizzati impianti elettrici compensazione della potenza reattiva.

L'aumento del fattore di potenza (riduzione dell'angolo φ - sfasamento di corrente e tensione) può essere ottenuto nei seguenti modi:

1) sostituzione di motori poco caricati con motori di potenza inferiore,

2) sotto tensione

3) disconnessione di motori e trasformatori inattivi,

4) l'inclusione nella rete di speciali dispositivi di compensazione, che sono generatori di corrente principale (capacitiva).

A tale scopo, i compensatori sincroni - motori elettrici sincroni sovraeccitati - sono appositamente installati nelle potenti sottostazioni regionali.

Compensatori sincroni

Per aumentare l'efficienza delle centrali elettriche, i banchi di condensatori più comunemente usati sono collegati in parallelo al carico induttivo (Fig. 2 a).

Riso. 2 Accensione dei condensatori per la compensazione della potenza reattiva: a — circuito, b, c — diagrammi vettoriali

Vengono utilizzati per compensare il cosφ negli impianti elettrici fino a diverse centinaia di kVA condensatori coseno… Sono prodotti per tensioni da 0,22 a 10 kV.

La capacità del condensatore necessaria per aumentare il cosφ dal valore esistente cosφ1 al cosφ2 richiesto può essere determinata dal diagramma (Fig. 2 b, c).

Quando si costruisce un diagramma vettoriale, il vettore della tensione della sorgente viene preso come vettore iniziale. Se il carico è induttivo, il vettore corrente Az1 è in ritardo rispetto all'angolo del vettore di tensione φ1Aza coincide in direzione con la tensione, la componente reattiva dell'attuale Azp è in ritardo di 90 ° (Fig. 2 b).

Dopo aver collegato il banco di condensatori all'utente, la corrente Az viene determinata come somma geometrica dei vettori Az1 e Az° C... In questo caso, il vettore di corrente capacitiva precede di 90 ° il vettore di tensione (Fig. 2, c) . Questo mostra il diagramma vettoriale φ2 <φ1, cioè dopo l'accensione del condensatore, il fattore di potenza aumenta da cosφ1 a cosφ2

La capacità di un condensatore può essere calcolata utilizzando un diagramma vettoriale delle correnti (Fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Dato che P = UI, scriviamo la capacità del condensatore C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

In pratica, il fattore di potenza viene solitamente aumentato non a 1,0, ma a 0,90 — 0,95, poiché la compensazione completa richiede l'installazione aggiuntiva di condensatori, che spesso non è economicamente giustificata.