Электротехника

Электротехника

Евсюков А. А. Электротехника: Учеб. пособие для студентов физ. спец. пед. ин-тов.— М.: Просвещение, 1979.— 248 с. В пособии описаны линейные цепи переменного тока, трехфазные цепи, электрические измерения и приборы, трансформаторы, электрические машины переменного и постоянного токов, элементы автоматики, а также техника безопасности. Приведены основные правила работы в учебной электротехнической лаборатории. Оглавление ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА I. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. ОДНОФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.2. ПРИНЦИП ПОЛУЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОЙ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ЭДС § 1.3. ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ § 1.4. СРЕДНЕЕ ЗНАЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1. 5. МЕТОД ВЕКТОРНЫХ ДИАГРАММ § 1.6. СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЦЕПЯХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 1.7. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ § 1.8. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ИНДУКТИВНОСТЬЮ § 1.9. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ИНДУКТИВНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.10. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЕМКОСТЬЮ § 1.11. ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С АКТИВНО-ЕМКОСТНОЙ НАГРУЗКОЙ § 1.12. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ R, L И С. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ § 1.13. РЕЗОНАНС НАПРЯЖЕНИЙ § 1.14. РЕЗОНАНС ТОКОВ § 1.15. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 1.16. ПРОВОДИМОСТЬ И РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ § 1.17. СИМВОЛИЧЕСКИЙ МЕТОД 2. ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ § 1.19. ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 1.20. СОЕДИНЕНИЕ ЗВЕЗДОЙ § 1.21. СОЕДИНЕНИЕ ТРЕУГОЛЬНИКОМ § 1.22. МОЩНОСТЬ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ ГЛАВА II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ПРИБОРЫ § 2.3. ПОГРЕШНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ § 2.4. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ § 2.5. МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2. 6. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.7. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.8. ФЕРРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.9. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ВАТТМЕТРЫ § 2.10. ОДНОФАЗНЫЙ ФАЗОМЕТР § 2.11. ОДНОФАЗНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ § 2.12. ОММЕТРЫ § 2.13. ЛОГОМЕТРЫ § 2.14. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 2.15. ДЕТЕКТОРНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.16. ШКОЛЬНЫЕ ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ § 2.17. ПОНЯТИЕ О ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ § 2.18. ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.19. ИЗМЕРЕНИЕ ЭНЕРГИИ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ § 2.20. СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ § 2.21. ПОНЯТИЕ ОБ ИЗМЕРЕНИЯХ НЕЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ГЛАВА III. ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.3. ХОЛОСТОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.4. РАБОЧИЙ РЕЖИМ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.5. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ТРАНСФОРМАТОРА § 3.6. ТРЕХФАЗНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ § 3.7. КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРОВ § 3. 8. АВТОТРАНСФОРМАТОР § 3.9. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ Глава IV. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ВЫПРЯМИТЕЛИ 4.1. ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И ЭЛЕМЕНТОВ § 4.2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ § 4.3. ТИРИСТОРЫ § 4.4. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 4.5. ПРИМЕНЕНИЕ ТИРИСТОРОВ ДЛЯ ВЫПРЯМЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА § 4.6. СГЛАЖИВАЮЩИЕ ФИЛЬТРЫ § 4.7. ПОНЯТИЕ ОБ ИНВЕРТОРАХ § 4.8. ФЕРРОРЕЗОНАНС В НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ § 4.9. ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ § 4.10. ШКОЛЬНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ ГЛАВА V. МАШИНЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.1. КЛАССИФИКАЦИЯ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА § 5.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.3. СОЗДАНИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТРЕХФАЗНОЙ СИСТЕМОЙ § 5.4. СКОРОСТЬ ВРАЩЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. ТИПЫ ОБМОТОК СТАТОРА § 5.5. СКОЛЬЖЕНИЕ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 1.6. МАГНИТНЫЙ ПОТОК ЭДС И ТОКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.7. ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5. 8. АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОНТАКТНЫМИ КОЛЬЦАМИ § 5.9. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.10. ПУСК В ХОД АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.11. РЕВЕРСИРОВАНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ СКОРОСТИ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.12. ОДНОФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.13. ПРИМЕНЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ § 5.14. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.15. ЭДС СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.16. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 5.17. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.18. УПРОЩЕННАЯ ВЕКТОРНАЯ ДИАГРАММА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА § 5.19. РАБОТА СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНО С СЕТЬЮ § 5.20. ОБРАТИМОСТЬ СИНХРОННЫХ МАШИН. ПРИНЦИП РАБОТЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.21. ПУСК И ОСТАНОВКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ § 5.22. ВЛИЯНИЕ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ НА РАБОТУ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ. СИНХРОННЫЙ КОМПЕНСАТОР § 5.23. РЕАКТИВНЫЕ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ § 5.24. ПРИМЕНЕНИЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВА VI. МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6. 2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА. ТИПЫ ОБМОТОК ЯКОРЯ § 6.3. ЭДС И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.4. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ § 6.5. КОММУТАЦИЯ § 6.6. СПОСОБЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА § 6.7. ОБРАТИМОСТЬ МАШИН ПОСТОЯННОГО ТОКА. ДВИГАТЕЛИ § 6.8. ДВИГАТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.9. ДВИГАТЕЛЬ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.10. ДВИГАТЕЛЬ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ § 6.11. КОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ГЛАВА VII. ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИКИ § 7.2. РЕЛЕ § 7.3. ДАТЧИКИ § 7.4. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ § 7.5. АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ § 7.6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ § 7.7. ТЕЛЕМЕХАНИКА § 7.8. КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ГЛАВА VIII. ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕДАЧА И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ § 8.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ § 8.2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ § 8.3. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ § 8.4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ ГЛАВА IX. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ ГЛАВА X. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ § 10.1. ОПАСНОСТЬ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ДЛЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА § 10.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА § 10.3. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.4. ЗАЩИТНОЕ ЗАЗЕМЛЕНИЕ И ЗАЗЕМЛЕНИЕ НА НЕЙТРАЛЬ (ЗАНУЛЕНИЕ) § 10.5. ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА И КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК § 10.6. ОКАЗАНИЕ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПОРАЖЕННОМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ § 10.7. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ В УЧЕБНЫХ ЛАБОРАТОРИЯХ ЛИТЕРАТУРА

И составление отчета по работе. При последовательном соединении участков электрической цепи полное сопротивление всей цепи — Студопедия

Поделись с друзьями

При последовательном соединении участков электрической цепи полное сопротивление всей цепи

(1.1)

и определяется из выражения (1. 2)

где r — активное сопротивление всей цепи; x – реактивное сопротивление всей цепи.

Таблица 1.2

Результаты измерений в неразветвленной цепи

№ п/п	Характер нагрузки	Измеренные величины	Примечание
U, B	I, A	P, Вт	Uk, B	Uc, B
	Катушка индуктивности и конденсатор						xk < xc(Cmin= )
						xk = xc (Cp= )
						xk > xc (Cmax= )
	Катушка индуктивности
	Конденсатор						Cmin=
	Ламповый реостат

Активное сопротивление катушки вычисляется по формуле:

(1.

3)

где Р_k — активная мощность, потребляемая катушкой индуктивности, в опытах 1, 2, 3 и 4 равная активной мощности всей цепи Р.

Реактивное (индуктивное) сопротивление катушки определяется следующим образом:

(1.4)

где — полное сопротивление катушки индуктивности.

Индуктивность катушки вычисляется по формуле:

(1.5)

где ω, с^-1 — круговая частота напряжения питания; f = 50 Гц — циклическая частота напряжения питания.

Реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора можно вычислить следующим образом:

(1.6)

Емкость конденсатора определяется по формуле:

. (1.7)

Коэффициенты мощности всей цепи cosφ и катушки индуктивности cosφ_к вычисляются по формулам:

(1.8)

(1.9)

Составляющие напряжения катушки U_ak — активная и реактивная U_pk — определяются по формулам:

(1.10)

Активное сопротивление лампового реостата определяется по данным опыта 6 как

(1. 11)

Реактивное сопротивление всей цепи при последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора можно определить по формуле:

. (1.12)

Рассчитанные значения параметров цепи записать в табл. 1.3.

По результатам измерений и расчетным данным строятся векторные диаграммы. На рис. 1.2 приведен пример построения векторной диаграммы.

Рис. 1.2. Пример построения векторной диаграммы для последовательного соединения катушки индуктивности и конденсатора

Таблица 1.3

Параметры неразветвленной цепи

№ п/п

Ламповый реостат

Катушка индуктивности

Конденса-тор

Вся цепь

rr, Ом

rk, Ом

xk, Ом

zk, Ом

cosφk

L, мГн

Uak, B

Upk, B

xc,Ом

C, мкФ

r, Ом

x, Ом

z,Ом

cosφ

. ..

При построении векторных диаграмм для последовательного соединения элементов электрической цепи за исходный вектор принимается вектор тока. Векторы напряжений откладываются в масштабе, общем для всех напряжений. Вектор Ū_r совпадает по направлению с вектором тока, а вектор Ū_с отстает от вектора тока на угол π/2. Вектор напряжения Ū_k строится как векторная сумма вектора активной составляющей Ū_аk, совпадающего по фазе с вектором тока, и вектора индуктивной составляющей Ū_pk, опережающего вектор тока на угол π/2.

Вектор приложенного к схеме напряжения Ū равен векторной сумме векторов напряжений на отдельных элементах цепи.

При последовательном соединении катушки индуктивности и конденсатора и условии

х_k = х_с . (1.13)

наступает резонанс напряжений.

В этом режиме цепь ведет себя как активное сопротивление:

(1.14)

При резонансе напряжений, если реактивные сопротивления катушки индуктивности и конденсатора значительно больше активного сопротивления цепи, на катушке индуктивности и конденсаторе возникают перенапряжения, величина которых существенно больше напряжения питания, что может привести к пробою изоляции и выходу из строя этих элементов.

В отчете привести:

– принципиальные схемы с необходимыми пояснениями;

– паспортные данные приборов;

– таблицы и расчетные формулы;

– резонансную кривую;

– векторные диаграммы для режимов, указанных преподавателем.

Вопросы для самоконтроля

1. Как зависят х_k и х_с от частоты?

2. Как найти полное сопротивление последовательной цепи, если известно сопротивление отдельных элементов?

3. Что такое коэффициент мощности?

4. Как можно изменить коэффициент мощности всей цепи?

5. Вследствие чего ток в цепи при резонансе напряжений имеет наибольшее значение?

6. Что такое резонанс напряжений и каковы его характерные особенности?

7. Каков знак φ при х_k > х_с , х_k < х_с?

---

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  

---



Введение в схемы коррекции коэффициента мощности на основе конденсаторов

Часть мощности переменного тока, потребляемой индуктивными нагрузками, используется для поддержания переполюсовки магнитного поля из-за фазового сдвига между током и напряжением. Эту энергию можно рассматривать как потраченную впустую энергию, поскольку она не используется для выполнения полезной работы. Схемы коррекции коэффициента мощности используются для минимизации реактивной мощности и повышения эффективности потребления переменного тока индуктивными нагрузками. Конденсаторы являются важными компонентами схем компенсации коэффициента мощности, и в этой статье будут рассмотрены некоторые аспекты проектирования при использовании этих компонентов для компенсации коэффициента мощности.

Реактивная мощность в индуктивных нагрузках

Индуктивные нагрузки, такие как дроссели, двигатели, индукционное нагревательное оборудование, генераторы, трансформаторы и оборудование для дуговой сварки, создают электрическую задержку, которую обычно называют индуктивностью. Эта индуктивность вызывает разность фаз между током и напряжением. На рис. 1 показаны формы сигналов тока и напряжения для нагрузки с нулевым запаздыванием (чисто резистивная нагрузка).

Рисунок 1. Напряжение и ток для идеальной нагрузки

В результате фазового сдвига из-за индуктивности бывают моменты, когда ток и напряжение имеют разные знаки. В это время генерируется отрицательная энергия и возвращается в сеть электроснабжения. Когда они восстанавливают один и тот же знак, для создания магнитных полей требуется одинаковое количество энергии. Энергия, которая теряется из-за инверсии магнитного поля в индуктивных нагрузках, обычно называется реактивной мощностью.

Индуктивные нагрузки переменного тока можно разделить на линейные и нелинейные устройства. Для линейных нагрузок форма волны тока и форма волны напряжения имеют совпадающие синусоидальные профили. На рис. 2 показаны формы сигналов тока и напряжения для типичной линейной нагрузки. С другой стороны, поскольку нелинейные нагрузки потребляют ток с разной частотой, формы сигналов тока и напряжения различаются. Для большинства нелинейных нагрузок форма тока обычно несинусоидальна. На рис. 3 показаны формы тока и напряжения для нелинейной нагрузки.

Рисунок 2. Напряжение и ток для линейной нагрузки

Рисунок 3. Напряжение и ток для нелинейной нагрузки

Некоторые примеры линейных электрических нагрузок включают нагревательное оборудование, двигатели и осветительные приборы с лампами накаливания. К нелинейным устройствам относятся частотно-регулируемые приводы, приводы постоянного тока, программируемые контроллеры, дуговые осветительные приборы, индукционные печи, источники бесперебойного питания и персональные компьютеры. Известно, что нелинейные электрические нагрузки являются основной причиной гармонических искажений в системах распределения электроэнергии.

Коэффициент мощности

Эффективность, с которой электрические устройства или установки потребляют энергию переменного тока, варьируется. Некоторые нагрузки используют энергию эффективно, в то время как другие тратят впустую значительную часть энергии, которую они потребляют. Коэффициент мощности используется для описания эффективности, с которой нагрузки потребляют мощность переменного тока. Эта безразмерная величина находится в диапазоне от 0 до 1.

Как показано на рисунках 4 и 5, общая мощность переменного тока, также известная как полная мощность, потребляемая электрическим устройством или оборудованием, зависит от двух компонентов: полезной мощности (активной мощности) и реактивной мощности. Полезная мощность относится к мощности, необходимой устройству для выполнения задачи. С другой стороны, реактивная мощность не производит полезной работы. Полезная мощность обычно измеряется в кВт, а реактивная мощность измеряется в кВАр.

СВЯЖИТЕСЬ С НАМИ СЕГОДНЯ!
У вас есть вопросы? Связаться с нами!

Примечание: для этого контента требуется JavaScript.

Рис. 4 и 5, активная и реактивная мощность диаграммы полной полной мощности

Для идеальной электрической нагрузки коэффициент мощности равен 1,0 (единица коэффициента мощности). Это означает, что вся мощность, потребляемая нагрузкой, используется для выполнения полезной работы. Однако для реальной электрической нагрузки этого добиться трудно. Полное сопротивление нагрузки, представленной на рисунке 5, определяется уравнением 3, где XL — индуктивное реактивное сопротивление, которое определяется уравнением 4.

Почему для электрической нагрузки трудно достичь коэффициента мощности, равного единице? Большинству электрических нагрузок присущи реактивные свойства, которые затрудняют достижение идеального коэффициента мощности. Чтобы обойти это ограничение, в сеть добавляются схемы коррекции коэффициента мощности, чтобы компенсировать реактивные характеристики нагрузки.

ALTER TECHNOLOGY 
Лабораторные услуги Брошюра
Лабораторные услуги ALTER включают в себя закупку деталей для испытаний оборудования, включая разработку и сборку упаковки, скрининг, DPA, квалификацию, оценку подделок и многое другое.

Коррекция коэффициента мощности (компенсация)

Электрические нагрузки с низким коэффициентом мощности потребляют больше энергии, чем необходимо для выполнения задачи. Это может привести к значительным потерям мощности в сети и высоким потерям трансформатора. Такое увеличение потребления энергии увеличивает стоимость эксплуатации оборудования или установок. Плохие коэффициенты мощности также вызывают повышенное падение напряжения в сети распределения электроэнергии. Поставщики электроэнергии обычно штрафуют отрасли, коэффициент мощности которых ниже установленного значения.

Поставщики электроэнергии побуждают промышленных потребителей повышать коэффициент мощности по разным причинам. Начнем с того, что улучшение коэффициента мощности может помочь значительно сократить счета за электроэнергию. Во-вторых, высокий коэффициент мощности позволяет минимизировать потери КПД в трансформаторах потребителя. В-третьих, добавление системы коррекции коэффициента мощности позволяет увеличить полезную мощность электрической сети потребителя. Наконец, высокий коэффициент мощности способствует увеличению срока службы электрооборудования.

Сеть компенсации коэффициента мощности снижает мощность, потребляемую нагрузкой, тем самым улучшая общий коэффициент мощности. Компенсационная сеть позволяет электрическим нагрузкам достигать хорошего коэффициента мощности, обычно от 0,95 до 0,98. Коэффициент мощности 0,85 и ниже обычно рассматривается коммунальными компаниями как плохой коэффициент мощности.

Конденсаторные схемы коррекции коэффициента мощности

Существуют различные методы улучшения коэффициента мощности нагрузки или установки. Один из часто используемых методов включает в себя добавление в сеть конденсаторов для коррекции коэффициента мощности. На рис. 6 показана простая схема, состоящая из источника переменного тока и индуктивной нагрузки.

Рис. 6 и 7: индуктивная нагрузка с конденсатором для коррекции коэффициента мощности и без него

Как конденсатор помогает улучшить коэффициент мощности? В цепи переменного тока перемагничивание из-за разности фаз между током и напряжением происходит 50 или 60 раз в секунду. Конденсатор помогает улучшить коэффициент мощности, разгружая линию питания от реактивной мощности. Конденсатор достигает этого, накапливая энергию перемагничивания.

Рис. 8. Улучшение коэффициента мощности при добавлении конденсатора в цепь.

На рис. 7 показана индуктивная нагрузка с конденсатором для коррекции коэффициента мощности. Рисунок 8 выше иллюстрирует улучшение коэффициента мощности при добавлении конденсатора в цепь. Полное сопротивление цепи с конденсатором для компенсации коэффициента мощности определяется уравнением 5, где XC — емкостное реактивное сопротивление, и определяется уравнением 6.

В большинстве отраслей для реактивного компенсация мощности. При проектировании системы коррекции коэффициента мощности важно избегать добавления в сеть избыточной емкости. Добавление избыточной емкости в цепь может привести к чрезмерной коррекции, как показано на рисунке 9..

Рис. 9. Добавление избыточной емкости в цепь может привести к чрезмерной коррекции

Полупроводниковые устройства также широко используются для коррекции коэффициента мощности. Использование полупроводниковых устройств в цепи для улучшения коэффициента мощности обычно называют активной компенсацией. Синхронные машины с перевозбуждением также обычно используются для улучшения коэффициента мощности сети.

Как упоминалось выше, большинство электрических нагрузок, включая трансформаторы, сварочные аппараты, асинхронные двигатели и индукционные печи, являются индуктивными. Для работы индуктивных нагрузок требуется как рабочая мощность, обычно измеряемая в киловаттах (кВт), так и реактивная мощность, обычно измеряемая в реактивных киловольт-амперах (кВАр). Рабочая мощность используется для выполнения фактической работы, а реактивная мощность используется для поддержания магнитного поля, необходимого для индуктивных нагрузок. При объединении рабочая мощность и реактивная мощность образуют полную мощность, обычно измеряемую в киловольт-амперах (кВА).

Коэффициент мощности — это мера эффективности, с которой электрические нагрузки преобразуют электрическую мощность в полезную работу. Это отношение полезной мощности (рабочей мощности) к общей подводимой мощности (полной мощности). Высокий коэффициент мощности указывает на то, что электрические нагрузки используют мощность эффективно, тогда как низкий коэффициент мощности указывает на то, что подключенные электрические нагрузки используют мощность неэффективно. Низкий коэффициент мощности приводит к значительным потерям энергии и снижает мощность электрической системы. Это может быть вызвано разницей фаз между током и напряжением на клеммах электрической нагрузки или искаженной формой кривой тока.

Решения для коррекции коэффициента мощности

Плохой коэффициент мощности, вызванный асинхронными двигателями, трансформаторами и другими индуктивными нагрузками, можно исправить, подключив подходящие конденсаторы. Плохой коэффициент мощности, вызванный искаженной формой волны тока, корректируется путем добавления фильтров подавления гармоник. Процесс создания магнитного поля, необходимого для индуктивной нагрузки, вызывает разность фаз между напряжением и током. Конденсатор корректирует коэффициент мощности, обеспечивая опережающий ток для компенсации отстающего тока. Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности разработаны таким образом, чтобы коэффициент мощности был как можно ближе к единице. Хотя конденсаторы для коррекции коэффициента мощности могут значительно снизить нагрузку, вызванную индуктивной нагрузкой на источник питания, они не влияют на работу нагрузки. Нейтрализуя магнитный ток, конденсаторы помогают сократить потери в системе распределения электроэнергии и уменьшить счета за электроэнергию.

Низкий коэффициент мощности из-за асинхронных двигателей, трансформаторов и других индуктивных нагрузок можно исправить, подключив подходящие конденсаторы. Плохой коэффициент мощности, вызванный искаженной формой волны тока, корректируется путем добавления фильтров подавления гармоник. Процесс создания магнитного поля, необходимого для индуктивной нагрузки, вызывает разность фаз между напряжением и током. Конденсатор корректирует коэффициент мощности, обеспечивая опережающий ток для компенсации отстающего тока. Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности разработаны таким образом, чтобы коэффициент мощности был максимально близок к единице. Хотя конденсаторы для коррекции коэффициента мощности могут значительно снизить нагрузку, вызванную индуктивной нагрузкой на источник питания, они не влияют на работу нагрузки. Нейтрализуя магнитный ток, конденсаторы помогают сократить потери в системе распределения электроэнергии и уменьшить счета за электроэнергию.

Чтобы воспрепятствовать нерациональному использованию энергии, некоторые электрораспределительные компании наказывают потребителей с коэффициентом мощности ниже определенного значения и предлагают поощрение потребителям с хорошим коэффициентом мощности (обычно выше 0,95). Это побуждает потребителей устанавливать в своих электрических системах оборудование для коррекции коэффициента мощности. Преимущества добавления конденсаторов для коррекции коэффициента мощности в электрические сети включают снижение потерь, повышение напряжения, увеличение пропускной способности системы и снижение счетов за электроэнергию. Ключевые переменные, которые следует учитывать при выборе конденсаторов для коррекции коэффициента мощности, включают тип нагрузки, постоянство нагрузки, размер нагрузки, нагрузочную способность, метод выставления счетов за коммунальные услуги и методы запуска нагрузки.

Конденсаторы для коррекции коэффициента мощности обычно устанавливаются в виде батарей конденсаторов, когда речь идет о подстанциях или крупных объектах. В случае синусоидальной или линейной нагрузки они могут быть установлены как отдельные конденсаторы, которые легко установить или заменить и не требуют отдельной коммутации. С другой стороны, установки конденсаторных батарей имеют меньшую стоимость в пересчете на кВАр и обеспечивают точную емкость для коррекции коэффициента мощности при использовании систем автоматического переключения.

В зависимости от потребностей конкретной подстанции или объекта могут быть установлены стационарные или автоматически переключаемые конденсаторные батареи. Конденсаторная батарея с фиксированным коэффициентом мощности может включаться при включении индуктивной нагрузки и выключаться при отключении отдельной нагрузки. На такие конденсаторы подается питание только тогда, когда необходима коррекция коэффициента мощности. На объектах с несколькими нагрузками условия нагрузки и необходимость корректировки коэффициента мощности часто меняются. Для таких объектов подходят автоматические конденсаторные системы. Они предотвращают чрезмерную и недостаточную коррекцию.

Большие индуктивные нагрузки, такие как буровые установки, ветряные турбины, большие двигатели, дуговые печи и автомобильные дробилки, имеют характеристики динамической нагрузки. Такие большие динамические нагрузки требуют сложных автоматических конденсаторных систем с быстрым откликом. Автоматические конденсаторные батареи без переходных процессов используются для коррекции коэффициента мощности в приложениях с большими индуктивными нагрузками. Гармоники могут значительно сократить срок службы конденсаторных батарей. Для нагрузок, создающих гармоники, следует добавить фильтр гармоник. Этот фильтр удаляет нежелательные частоты гармоник из электрической системы.

Типы конденсаторов для коррекции коэффициента мощности

Конденсаторы для компенсации коэффициента мощности производятся различных типов, размеров и конструкций. Наиболее часто используемые типы изготавливаются из металлизированной полипропиленовой пленки, в то время как в некоторых используется металлизированная полиэфирная пленка или бумага.

Биметаллические бумажные конденсаторы обычно используются в приложениях, где требуются надежные решения для коррекции коэффициента мощности. Специальная бумага, используемая для изготовления этих конденсаторов, содержит тонкий слой металлического сплава. Листы бумаги разделены полипропиленовой пленкой. Эти конденсаторы сконструированы таким образом, чтобы выдерживать высокие температуры и высокое содержание гармоник. Биметаллические бумажные конденсаторы находят множество применений в силовой электронике. Конденсаторы из металлизированной полиэфирной пленки компактны, легки и обеспечивают превосходную стабильность емкости. Хотя эти конденсаторы используются в основном для приложений постоянного тока, они также подходят для фильтрации сети переменного тока и коррекции коэффициента мощности.

Заключение

Индуктивные нагрузки, такие как трансформаторы, генераторы, двигатели, дроссели и оборудование для дуговой сварки, создают электрическую задержку, в результате чего ток и напряжение имеют разные знаки. Энергия, необходимая для поддержания инверсии магнитного поля в индуктивных нагрузках, называется реактивной мощностью. Снижение реактивной мощности за счет улучшения коэффициента мощности нагрузки переменного тока помогает минимизировать общие затраты на эксплуатацию индуктивных нагрузок. Конденсаторы обычно используются в промышленности для улучшения коэффициента мощности и минимизации потерь энергии.

Источник: Блог Capacitor Faks

Авторы избранного изображения: Hydra
Оригинальная статья, впервые появившаяся на Capacitor Faks здесь, была отредактирована по длине и содержанию EPCI

СВЯЖИТЕСЬ СЕГОДНЯ!
У вас есть вопросы? Связаться с нами!

Примечание: для этого контента требуется JavaScript.

• Автор
• Последние сообщения

doEEEt Media Group

doEEEt media — группа, стоящая за каждым сообщением в этом блоге.
Команда экспертов, которая сообщает вам последние и самые важные новости о рынке EEE Part and Space.

Последние сообщения doEEEt Media Group (см. все)

• Смягчение ВЧ-умножения в вакууме в космических системах — 22 февраля 2023 г.
• Потери в конденсаторах (ESR, IMP, DF, Q), последовательное или параллельное уравнение. Схема? — 22 февраля 2023 г.
• Сопротивление изоляции, постоянный ток утечки и напряжение пробоя — 22 февраля 2023 г.

3,8 5 голосов

Рейтинг статьи

импеданс — Что означает отдаваемая/потребляемая реактивная мощность?

Для ответа на вопрос: Реальная мощность потребляется цепью. Реактивная мощность передается между цепью и источником.

Реальная мощность в Вт (P) является полезной мощностью. Кое-что, что мы можем получить вне схемы. Тепло, свет, механическая энергия. Мощность, потребляемая резисторами или двигателями.

Полная мощность в ВА (См) — это мощность, которую источник передает в цепь. Полное влияние схемы на источник.

Таким образом, коэффициент мощности является своего рода эффективностью pf = P / S для цепи. Чем ближе к 1, тем лучше.

Реактивная мощность в ВАр (реактивных вольт-амперах) (Q) — это мощность, которая циркулирует между источником и нагрузкой. Мощность, запасенная в конденсаторах или катушках индуктивности. Но это необходимо. Например, индуктивная реактивная мощность в электродвигателях формирует магнитные поля для вращения двигателя. Без него мотор бы не работал, так что опасно считать его потраченным впустую, но вроде так.

Конденсаторы и катушки индуктивности реактивны. Они запасают энергию в своих полях (электрических и магнитных). Для 1/4 формы волны переменного тока мощность потребляется реактивным устройством по мере формирования поля. Но следующая четверть волны, электрическое или магнитное поле разрушается, и энергия возвращается к источнику. То же самое для последних двух кварталов, но в противоположной полярности.

Анимацию см. в разделе «Формы сигналов для последовательных цепей переменного тока». На нем показаны все 6 последовательных цепей (R, L, C, RL, RC и RLC). Включите мгновенную мощность. Когда p положительное, источник обеспечивает питание. Когда p отрицательное, мощность передается на источник.

Для R потребляется мощность. Для L или C мощность течет между источником и устройством. Для RL или RC эти два отношения объединяются. Резистор потребляет, а реактивное устройство накапливает/отправляет энергию к источнику.

Истинное преимущество, когда в цепи есть катушка индуктивности И конденсатор. Опережающая емкостная реактивная мощность противоположна по полярности отстающей индуктивной реактивной мощности. Конденсатор подает питание на индуктор, уменьшая реактивную мощность, которую должен обеспечить источник. Основа коррекции коэффициента мощности.

Выберите RLC в ссылке. Обратите внимание, что напряжение источника \$V_S\$ (гипотенеза) формируется из \$V_R\$ и \$V_L — V_C\$. Это меньше, чем если бы оно образовалось из \$V_R\$ и \$V_L\$

Если конденсатор отдает всю мощность катушки индуктивности, нагрузка становится резистивной и P = S и pf = 1. Треугольник мощностей исчезает. Требуемый ток источника меньше, что означает, что кабели и защита цепи могут быть меньше. Внутри двигателя существует нескорректированный треугольник мощности с дополнительным током, поступающим от конденсатора.

Ссылка показывает последовательные цепи, но любой C будет подавать питание на любой L в цепи переменного тока, уменьшая полную мощность, которую должен обеспечить источник.