8.
КОЭФФИЦИЕНТ
МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
ЭП,
подключаемые к сети переменного тока,
потребляют из нее активную Рл
и
реактивную Q
мощности. Активная мощность расходуется
на полезную работу ЭП и покрытие потерь
в нем, а реактивная мощность, обеспечивая
создание электромагнитных полей
двигателя и других его элементов,
непосредственно полезной работы не
совершает. Отметим, что в отношении
реактивной мощности точнее говорить
не о потреблении ее, а об обмене
(циркуляции) между сетью и двигателем.
Работа
ЭП, как и любого другого потребителя
активной и реактивной энергии,
характеризуется коэффициентом мощности
где
S
—
полная (или кажущаяся) мощность.
Уголкак
известно из электротехники, определяет
сдвиг фаз между напряжением сети и
током ЭП: если он потребляет реактивную
мощность, то сдвиг фазЕсли
ЭП реактивную мощность не потребляет,
тс
ЭП,
потребляя реактивную мощность, нагружает
ею систему электроснабжения, вызывая
дополнительные потери напряжения и
энергии в ее элементах. По этой причине
всегда следует стремиться к обеспечению
максимально возможного cos
ф ЭП как одного из основных энергетических
показателей его работы.
Если
ЭП работает в каком-то цикле при различных
нагрузках или скоростях в установившемся
и переходном режимах, то он как потребитель
реактивной энергии характеризуется
средневзвешенным или цикловым
коэффициентом мощности, который
определяется отношением потребленной
активной энергии за цикл Аа
к
полной или кажущейся энергии Ап
в
соответствии с формулой
где
Коэффициентом
мощности характеризуется работа ЭП с
двигателями переменного тока (АД и
СД), а также системы ЭП постоянного
тока «управляемый выпрямитель — двигатель
постоянного тока».
Коэффициент
мощности АД.
Активная Ра
и
реактивная Q
мощности применительно к установившемуся
режиму работы трехфазного АД могут
быть рассчитаны по следующим формулам:
формулу (8.35) можно записать в следующем
виде:
Для
П-образной схемы замещения АД (см. рис.
5.2) при
На
рис. 8.3, а
приведены
зависимости номинального коэффициента
мощности АД от различных номинальных
мощностейi
чисел пар полюсов р
(кривая
1
при
р{=,
кривая
2
при
р=4).
Характерным
для них является более высокое значение
cosдля
двигателей с большими номинальными
мощностями и скиристями вращения.
Для
большинства АД cos~
0,8…0,9. Для этих значений Q
= (0,5…0,75) Рр
т.е. АД на каждый киловатт активной
мощности потребляет из сети 0,5…0,75 кВ-А
реактивной мощности и чем ниже cos
ф,
тем
большую реактивную мощность потребляет
АД из сети, загружая ее дополнительным
током и вызывая дополнительные потери.
Коэффициент
мощности АД существенно зависит от его
нагрузки. При холостом ходе АД
коэффициент мощности невелик, так как
при этом относительно велика доля
реактивной мощности по сравнению с
активной. По мере увеличения нагрузки
АД возрастает и cos
ф,
достигая
своего максимального значения примерно
в области ее номинальных значений.
Зависимость cos
ф
от
кратности механической нагрузкидля
АД серии 4А при различных номинальных
значения:приведена
на рис. 8.3, б,
АД
являются основными потребителями
реактивной мощности в системе
электроснабжения, поэтому повышение
коэффициента их мощности представляет
собой важную технико-экономическую
задачу. В настоящее время существуют
несколько способов повышения cos
ф
АД.
Замена
малозагруженных АД двигателями
меньшей мощности, что иллюстируется
кривыми 7…3,
построенными
соответственно при=
0,9; 0,8 и 0,6 (см. рис. 8.3, б).
При
замене АД меньшей
мощписш
иудет
работать в области больших нагрузок с
более высоким cos
ф.
Напомним,
что и КПД полностью загруженного дви-
гателя
будет высоким. Замена двигателя, как
любая модернизация ЭП, должна быть
экономически обоснована.
Ограничение
времени работы АД на холостом ходу, т.е.
работы с низкимДля
этого двигатель отключается от сети
при его работе вхолостую автоматически
или оператором.
Понижение
напряжения питания АД, работающих
с малой или переменной нагрузкой. При
этом уменьшаются потребляемый из сети
ток и реактивная мощность и повышается
cos
ф. Реализация этого способа осуществляется
с помощью регулятора напряжения (см.
разд. 5.5) или, когда это возможно,
переключением обмоток статора со
схемы треугольника на звезду, что
приводит к снижению напряжения на
обмотке каждой фазы в)аз.
Замена
АД на СД, когда
это возможно по условиям технологического
процесса рабочей машины и экономически
обосновано.
Коэффициент
мощности системы «управляемый
выпрямитель-двигатель постоянного
тока» (УВ
— ДПТ). Так как в этой системе напряжение
на якоре двигателя регулируется задержкой
открытия вентилей управляемого
выпрямителя, происходит сдвиг фазы тока
ЭП по отношению к напряжению сети и он
начинает потреблять реактивную
мощность из сети. Кроме того, работа
системы УВ — ДПТ вызывает искажение
синусоидальной формы напряжения системы
электроснабжения, оказывая вредное
воздействие на другие ЭП, что выражается
в повышенном нагреве электродвигателей,
снижении их мощности и КПД, усилении
вибрации и шума при работе.
Искажение
синусоидальной формы напряжения приводит
к появлению высших гармоник напряжения,
которые нарушают нормальную работу
других потребителей электроэнергии,
устройств автоматики, защиты и
сигнализации, создает помехи в линиях
связи. Несинусоидальность напряжений
и токов приводит к дополнительным
погрешностям измерительных приборов,
а также оказывает отрицательное
воздействие и на батареи конденсаторов,
применяемых для компенсации реактивной
мощности, вызывая их перегрузку по
току и напряжению.
где—
коэффициент искажения; / — действующее
значение
потреоляемого
из сети тока; /, — действующее значение
первой гар-
4
Коэффициент
мощности системы УВ — ДПТ определяется
двумя факторами: углом :двига основной
первой гармоники потребляемого из
сети токаотносительно
напряжения сети и коэффициентом
искажения v
этого же тока:
моники
этого тока; — соответственно углы
управления и коммутации вентилей.
где
Ed
— ЭДС
преобразователя;
О)0
— скорость
идеального
холостого
хода,
соответствующая
Ed.
Из
приведенных выражений следует, что
коэффициент мощности вентильного
ЭП постоянного тока зависит от скорости
двигателя, определяемой углом
управления вентилей а, и его нагрузки,
определяющей угол коммутации у.
Снижение
скорости (увеличение диапазона
регулирования) или увеличение нагрузки
приводит к уменьшению коэффициента
мощности ЭП. Анализ зависимости cos
ф вентильного ЭП от относительной
скоростипри
номинальной нагрузке на валу двигателя
(рис. 8.4, а)
показывает,
что уменьшение коэффициента мощности
происходит пропорционально снижению
скорости, т.е. увеличению диапазона
регулирования. Это видно также и из
следующего приближенного выражения
для коэффициента мощности при регулировании
скорости:
При
регулировании скорости с одинаковым
временем работы двигателя на каждой
скорости при Мс
= const
зависимость средневзвешенного
циклового коэффициента мощности cos
фсв
от диапазона регулирования D
показана
на рис. 8.4, б.
Повышение
коэффициента мощности и уменьшение
несинусоидальности напряжения сети
при
работе системы УВ — ДПТ может быть
достигнуто несколькими способами:
за
счет применения фильтрокомпенсирующих
и фильтросиммет-рирующих устройств,
обеспечивающих одновременно компенсацию
реактивной мощности, фильтрацию высших
гармоник и уменьшение отклонений
напряжения по фазам. Эти устройства
целесообразно размещать в узле
подключения ЭП к электрической сети.
Состоят они из управляемого компенсатора,
обеспечивающего регулирование
реактивной мощности и выполняемого
обычно на основе специального
тиристорного преобразователя, и
энергетичес кого фильтра, который служит
для фильтрации высших гармоник тока
ЭП, а также компенсации реактивной
мощности. Энергетические фильтры
представляют собой последовательные
индуктивно-емкостные резонансные
цепи, настроенные на частоты высших
гармоник вентильных ЭП (нагрузок). Число
параллельно включенных резонансных
цепей фильтров должно быть таким, чтобы
коэффициент несинусоидальности
напряжения был не более 5%. Для каждой
высшей гармоники используется свой
фильтр;
путем
использования традиционных компенсирующих
устройств, к числу которых относятся
синхронные двигатели и компенсаторы,
батареи конденсаторов, а также тиристорные
источники реактивной мощности.
Синхронные двигатели являются эффективным
и удобным средством компенсации
реактивной мощности в системе
электроснабжения. Выполняя свою основную
функцию приводного электродвигателя,
СД одновременно могут генерировать
в сеть реактивную мощность, т.е. работать
с опережающим cos
ф, что обеспечивается соответствующим
регулированием их тока возбуждения
(см. разд. 6.4). Синхронные компенсаторы
представляют собой СД, работающие без
нагрузки. Их основная функция состоит
только в регулировании реактивной
мощности в системе электроснабжения.
Конденсаторы по своему действию
эквивалентны перевозбужденным СД, по
сравнению с другими источниками
реактивной мощности они имеют такие
преимущества, как малые потери этой
мощности, простота монтажа и
эксплуатации. К их недостаткам следует
отнести зависимость генерируемой
мощности от напряжения, недостаточную
стойкость при перегрузках по току и
напряжению, а также ухудшение их работы
в сетях с повышенным содержанием высших
гармоник. Тиристорные источники
реактивной мощности строятся с
использованием преобразователей,
имеющих искусственную коммутацию
вентилей. Такой преобразователь имеет
на стороне выпрямленного тока реактор
(индуктивный накопитель энергии) или
батарею конденсаторов (емкостный
накопитель энергии). Сочетание
преобразователя с реактивным элементом
позволяет создать устройство для
регулирования реактивной мощности
в системе энергоснабжения;
путем
использования специальных законов
управления У В и способов коммутации
их вентилей, к числу которых относятся
поочередное и несимметричное
управление преобразователями, а также
искусственная коммутация вентилей
преобразователей. Сущность этих способов
рассмотрена в Г121.
—
Многие из вас наверняка видели на электроинструментах, двигателях, а также люминесцентных лампах, лампах ДРЛ, ДНАТ и других, такие надписи как косинус фи — cos ϕ.
Однако люди далекие от электротехники и позабывшие школьные уроки физики, не совсем понимают, что же означает данный параметр и зачем он вообще нужен.
Давайте рассмотрим и объясним этот косинус, как можно более простыми словами, исключая всякие непонятные научные определения, типа электромагнитная индукция. В двух словах про него конечно не расскажешь, а вот в трех можно попробовать.
Когда ток отстает от напряжения
Когда ток отстает от напряжения
Предположим перед вами есть 2 проводника. Один из этих проводников имеет потенциал. Не суть важно какой именно — отрицательный (минус) или положительный (плюс).
У другого провода вообще нет никакого потенциала. Соответственно между этими двумя проводниками будет разность потенциалов, т.к. у одного он есть, а у другого его нет.
Эту разность потенциалов как раз таки и принято называть напряжением.
Если вы соедините кончики двух проводов не непосредственно между собой, а через лампочку накаливания, то через ее вольфрамовую нить начнет протекать ток. От одного провода к другому.
На первый взгляд может показаться, что лампочка загорается моментально. Однако это не так. Ток проходя через нить накала, будет нарастать от своего нулевого значения до номинального, какое-то определенное время.
В какой-то момент он его достигает и держится на этом уровне постоянно. То же самое будет, если подключить не одну, а две, три лампочки и т.д.
А что случится, если вместе с лампой последовательно включить катушку, намотанную из множества витков проволоки?
Изменится ли как-то процесс нарастания тока? Конечно, да.
Данная катушка индуктивности, заметно затормозит время увеличения тока от нуля до максимума. Фактически получится, что максимальное напряжение (разность потенциалов) на лампе уже есть, а вот ток поспевать за ним не будет.
Его нарастание слишком медленное. Из-за чего это происходит и кто виноват? Виноваты витки катушки, которые оказывают влияние друг на друга и тормозят ток.
Если у вас напряжение постоянное, например как в аккумуляторах или в батарейках, ток относительно медленно, но все-таки успеет дорасти до своего номинального значения.
А далее, ток будет вместе с напряжением идти, что называется «нога в ногу».
А вот если взять напряжение из розетки, с переменной синусоидой, то здесь оно не постоянно и будет меняться. Сначала U какое-то время положительная величина, а потом — отрицательная, причем одинаковое по амплитуде. На рисунке это изображается в виде волны.
Эти постоянные колебания не дают нашему току, проходящему сквозь катушку, достигнуть своего установившегося значения и догнать таки напряжение. Только он будет подбираться к этой величине, а напряжение уже начинает падать.
Поэтому в этом случае и говорят, что ток отстает от напряжения.
Причем, чем больше в катушке намотано витков, тем большим будет это самое запаздывание.
Как же это все связано с косинусом фи — cos ϕ?
Что такое коэффициент мощности
Что такое коэффициент мощности
А связано это таким образом, что данное отставание тока измеряется углом поворота. Полный цикл синусоиды или волны, который она проходит от нуля до нуля, вместив в себя максимальное и минимальное значение, измеряется в градусах. И один такой цикл равен 360 градусов.
А вот угол отставания тока от напряжения, как раз таки и обозначается греческой буквой фи. Значение косинуса этого угла опаздывания и есть тот самый cos ϕ.
Таким образом, чем больше ток отстает от напряжения, тем большим будет этот угол. Соответственно косинус фи будет уменьшаться.
По научному, ток сдвинутый от напряжения называется фазовым сдвигом. При этом почему-то многие уверены, что синусоида всегда идеальна. Хотя это далеко не так.
В качестве примера можно взять импульсные блоки питания.
Не идеальность синусоиды выражается коэфф. нелинейных искажений — КНИ. Если сложить две эти величины — cos ϕ и КНИ, то вы получите коэффициент мощности.
Однако, чтобы все не усложнять, чаще всего под понятием коэфф. мощности имеют в виду только лишь один косинус фи.
На практике, данный коэффициент мощности рассчитывают не при помощи угла сдвига фаз, а отношением активной мощности к полной.
Активная и реактивная мощность
Активная и реактивная мощность
Существует такое понятие как треугольник мощностей. Сам косинус — это тригонометрическая функция, которая и появилась при изучении свойств прямоугольных треугольников.
Она здорово помогает производить определенные вычисления с ними. Например, наглядно показывает отношение длин прилежащего катета (P-активная мощность) к гипотенузе (S-полная мощность).
То есть, зная угол сдвига, можно узнать, сколько активной мощности содержится в полной. Чем меньше этот угол, тем меньше реактивной составляющей находится в сети, и наоборот.
Только не путайте cos ϕ с КПД. Это разные понятия. Реактивная составляющая не расходуется, а «возвращается» на подстанцию в сеть, т.е. фактически потери ее нет. Только небольшая ее часть может тратиться на нагрев проводов.
В КПД все более четко — полезная мощность используется на нагрев — охлаждение — механическую работу, остальное уходит безвозвратно. Эта разница и показывается в КПД.
Более подробно, с графиками, рисунками и простыми словами, без особых научных формулировок обо всем этом говорится в ролике ниже.
Низкий коэффициент мощности и его последствия
Низкий коэффициент мощности и его последствия
Рассмотренное запаздывание тока относительно напряжения — это не хорошее явление. Как оно может сказаться на ваших лампочках или проводке?
- во-первых, это повышенное потребление электроэнергии
Часть энергии будет просто «болтаться» в катушке, при этом не принося никакой пользы. Правда не пугайтесь, ваш бытовой счетчик реактивную энергию не считает и платить вы за нее не будете.
Например, если вы включите в розетку инструмент или светильник с полной мощностью 100Ва, на блоке питания которого будет указано cos ϕ=0,5. То прибор учета накрутит вам только на половину от этой величины, то есть 50Вт.
Зато по проводам питания будет проходить вся нагрузка, разогревая их бесполезной работой.
- величина тока в проводке увеличится
Вот известное наглядное видео, демонстрирующее последствия этого для проводки.
- для эл.станций и трансформаторов оно вредно перегрузкой
Казалось бы, выбрось катушку и вся проблема исчезнет. Однако делать этого нельзя.
В большинстве светильников, лампы работают не отдельно, а в паре с источниками питания. И в этих самых источниках, как раз таки присутствуют разнообразные катушки.
Катушки просто необходимы как функциональная часть всей схемы и избавиться от них не получится. Например в тех же дроссельных лампах ДРЛ, ДНАТ, люминесцентных и т.п.
Поэтому характеристика коэфф. мощности, здесь больше относится к блоку питания, нежели к самой лампе. Данный cos ϕ может принимать значение от ноля до единицы.
Ноль означает, что полезная работа не совершается. Единица — вся энергия идет на совершение полезной работы.
Чем выше коэффициент мощности, тем ниже потери электроэнергии. Вот таблица косинуса фи для различных потребителей:
Как измерить коэффициент мощности
Как измерить коэффициент мощности
Если вы не знаете точный коэфф. мощности своего прибора, или его нет на бирке, можно ли измерить косинус фи в домашних условиях, не прибегая к различным формулам и вычислениям? Конечно можно.
Для этого достаточно приобрести широко распространенный инструмент — цифровой ваттметр в розетку.
Подключая любое оборудование через него, можно легко без замеров и сложных вычислений, узнать фактический cos ϕ.
Зачастую, фактические данные могут быть даже точнее, чем написанные на шильдике, которые рассчитаны для идеальных условий.
Если он слишком низкий, что делать, чтобы привести его значение как можно ближе к единице? Можно это дело определенным образом компенсировать. Например, с помощью конденсаторов.
Однако это тема совсем другой статьи.
Что такое коэффициент мощности, косинус фи и тангенс фи
Содержание
- 1 Виды мощности
- 2 Что такое коэффициент мощности
- 3 Выгода электрооборудования с высоким коэффициентом мощности
- 4 Как узнать коэффициент мощности
- 5 Значения коэффициента для различных случаев
- 6 Видео по теме
Одной из важнейших характеристик электрических устройств является мощность. Поэтому желательно знать, что такое коэффициент мощности и как он рассчитывается. Это поможет не только оценить эффективность использования электрической энергии, но и правильно организовать работу электроприбора.
Виды мощности
В цепи переменного электротока возникают три мощности: активная, реактивная и полная. Активную называют полезной или действующей мощностью. Это связано с тем, что она тратится на осуществление полезной работы. Обычно при этом электрическая энергия преобразуется в другие виды.
Реактивная мощность в процессе работы электроприбора не тратится, а лишь переходит из одной формы в другую. В данной мощности нуждаются устройства, принцип действия которых основывается на использовании электромагнитного поля.
Одним из примеров таких устройств может служить колебательный контур, включающий в себя индуктивность и ёмкость в предположении, что активное сопротивление деталей пренебрежимо мало. Ещё одним можно считать трансформатор. В нём ток и напряжение передаются по сердечнику с помощью колебаний электромагнитного поля.
Полную мощность можно получить векторным сложением активной и реактивной составляющих.
Что такое коэффициент мощности
Иногда бывает важно понять, какая часть мощности уходит на выполнение полезной работы. Для этого необходимо узнать активную и реактивную мощность рассматриваемого электрического прибора. Далее на их основе определяют полную.
В электротехнике для определения мощности в сети постоянного тока используется следующее соотношение:
В цепи переменного тока вычисление искомой величины производится более сложным образом. При этом следует учитывать, что изменения напряжения и тока по времени совпадать не будут. Электроток в ёмкостной нагрузке опережает напряжение, а в индуктивной, наоборот, отстает.
Поэтому при вычислении мощности принято использовать эффективные значения тока и напряжения. При этом рассматривается такая постоянная величина тока и напряжения, которая на активном сопротивлении выделит то же количество тепла, что и рассматриваемые переменные величины.
Конечно, в таких случаях можно также вычислить мгновенную мощность. Для этого достаточно перемножить мгновенные значения тока и напряжения. Однако данная величина не учитывает сильную инерцию энергетических процессов, в связи с чем подобный расчет величин имеет ограниченное применение.
Чтобы определить коэффициент активной мощности нужно разделить активную мощность на полную. Данный коэффициент позволяет оценить эффективность использования рассматриваемого технического решения. Соотношение между реактивной и активной мощностью определяет тангенс «фи».
Полная мощность измеряется в вольт-амперах (ВА). Для активной используют ватты (Вт). Для реактивной применяется единица измерения вольт-ампер реактивный (ВАР).
Поскольку сложение мощностей происходит по векторным правилам, то нужно учитывать, что векторы активной и реактивной составляющих перпендикулярны друг к другу. Результат вычислений представляет собой гипотенузу прямоугольного треугольника с указанными катетами. Формула полной мощности выглядит следующим образом:
Это следует из теоремы Пифагора. Здесь применяется правило для нахождения гипотенузы прямоугольного треугольника. Если выразить катеты через гипотенузу и угол «фи», то можно получить формулу для определения активной мощности:
Аналогичным образом выражается и реактивная:
Следовательно, из формулы для активной мощности можно найти cosφ:
Для трехфазного напряжения формула принимает следующий вид:
Поэтому следует понимать, что такое косинус «фи» в данной формуле. А это все тот же коэффициент мощности, который позволяет оценивать электроприемники при наличии реактивной составляющей в потребляемом токе.
Называется cosφ коэффициентом мощности в связи с тем, что при векторном сложении в прямоугольном треугольнике значение косинуса угла φ можно найти, разделив длину катета, соответствующего активной мощности, на длину гипотенузы, выражающей полную мощность. Следовательно, формула коэффициента мощности выглядит так:
Коэффициент активной мощности cosφ может иметь значение в диапазоне от 0 до 1. Иногда его выражают в процентах. В таком случае коэффициент обозначают греческой буквой «лямбда». Соотношение катетов в прямоугольном треугольнике определяет тангенс «фи».
Коэффициент мощности является низким в тех случаях, когда активная составляющая мала по сравнению с полной мощностью. Это говорит о неэффективности применяемого оборудования.
Для тока и напряжения синусоидальной формы cosφ соответствует косинусу угла отставания по фазе для этих параметров.
Выгода электрооборудования с высоким коэффициентом мощности
Это связано с наличием следующих факторов:
- Поставщики электроэнергии в некоторых случаях контролируют коэффициент мощности оборудования, используемого потребителями. Они могут выставлять дополнительный счёт, если он будет ниже 0.95. В том случае, когда коэффициент меньше 0.85, поставка электроэнергии может быть ограничена.
- Низкий коэффициент приводит к тому, что при относительно небольшом объёме полезной работы происходят повышенные траты электроэнергии. Таким образом, за определённый объём полезной работы потребителю приходится переплачивать.
- В линиях электропередач наличие высоких показателей указывает на незначительные потери при передаче энергии.
- Низкий коэффициент в системе электроснабжения может приводить к уменьшению напряжения в сети. Это часто становится причиной перегрева используемых потребителем устройств.
При рассмотрении работы электрических устройств нужно учитывать, что часть из них генерирует реактивную мощность, а другие являются потребителями. Следовательно, применение первых приводит к возрастанию реактивной мощности, а использование вторых — к её уменьшению.
Реактивная мощность генерируется при работе асинхронного электродвигателя, трансформаторов, ветряных генераторов, систем освещения на разрядных лампах. Наличие реактивной нагрузки ухудшает эффективность работы оборудования. В качестве потребителей рассматриваются конденсаторы, синхронные двигатели и генераторы.
Для уменьшения реактивной мощности можно использовать следующие способы:
- В цепи устанавливаются конденсаторы. При их использовании совместно с индуктивностью они образуют колебательный контур. В нём мощность от индуктивности будет потребляться ёмкостью.
- Следует избегать работы асинхронных двигателей вхолостую или с малой мощностью.
- Нужно исключить возможность работы оборудования при напряжении, которое превышает номинальное.
- Рекомендуется по мере замены двигателей переходить на те, которые имеют более высокий коэффициент полезного действия.
Оптимальной нагрузкой является номинальная. Если используется нагрузка, значение которой меньше или больше номинальной, то это существенно снижает эффективность работы оборудования.
Как узнать коэффициент мощности
Значение рассматриваемого коэффициента указывается в сопроводительной технической документации к приобретаемому промышленному оборудованию или бытовому прибору. Однако при этом речь идёт о номинальном значении.
Более точно коэффициент измеряется с помощью специализированного прибора, который называется фазометром.
Такие приборы могут быть электродинамическими или цифровыми. С помощью измерений можно достаточно просто и с большой точностью узнать чему равен cosφ и какова эффективность использования прибора.
Если фазометра нет в распоряжении, следует воспользоваться амперметром, вольтметром и ваттметром, с помощью которых измеряются такие физические величины, как сила тока, напряжение и мощность, а затем с помощью соответствующих формул вычислить коэффициент мощности.
Значения коэффициента для различных случаев
При измерении или вычислении коэффициента мощности необходимо знать характерные значения для различных видов оборудования:
- При использовании нагревательных устройств, несмотря на возможное присутствие индуктивных элементов, считается, что вся используемая мощность является активной. В таких случаях принимают косинус «фи» равный единице.
- Для перфораторов и ударных дрелей этот коэффициент составляет 0.95-0.97.
- Сварочные трансформаторы в значительной степени используют индуктивную нагрузку. Поэтому коэффициент мощности трансформатора обычно находится в диапазоне от 0.5 до 0.85.
Когда значения коэффициента являются широко известными, их могут не указывать в сопроводительной документации. Нужно помнить, что хотя в большинстве случаев напряжение меняется синусоидально, иногда оно может существенно отклоняться от этой формы. В такой ситуации говорят о присутствии высших гармоник в колебаниях.
Их появление ведёт к дополнительным затратам мощности, а также снижает компенсацию реактивной мощности, если она применялась. Подобное явление наблюдается при работе с дуговыми сталеплавильными печами, установками дуговой сварки, газоразрядными лампами.
Видео по теме
Номинальный коэффициент — мощность
Cтраница 1
Номинальный коэффициент мощности ( ваттметров, варметров) — значение коэффициента мощности ( cos ср — для ваттметров и sin ф — для варметров), указанное на приборе, являющееся множителем при определении предела измерения в единицах мощности.
[1]
Номинальный коэффициент мощности для большинства двигателей составляет cos фном 0 8 — ь 0 9 и зависит от мощности двигателя. С ростом мощности и номинальной угловой скорости двигателя повышается номинальный коэффициент мощности. Коэффициент мощности асинхронного двигателя в сильной степени зависит от нагрузки; при холостом ходе коэффициент мощности мал вследствие значительной реактивной мощности, затрачиваемой на создание потока, и малой активной мощности, связанной лишь с постоянными потерями. По мере роста нагрузки примерно до номинальной активная мощность растет быстрее реактивной и cos ф возрастает до номинального значения.
[2]
Номинальный коэффициент мощности ( cos p) представляет отношение номинального значения активной мощности на зажимах машины к номинальному значению кажущейся мощности.
[3]
Номинальный коэффициент мощности ( cos f) представляет отношение номинального значения активной мощности на зажимах машины к номинальному значению кажущейся мощности.
[4]
Номинальный коэффициент мощности ( ваттметров, варметров) — значение коэффициента мощности ( cos ср — для ваттметров и sin ф — для варметров), указанное на приборе, являющееся множителем при определении предела измерения в единицах мощности.
[5]
Номинальный коэффициент мощности равен значению cos рн при нагрузке, равной номинальной мощности электроприемника.
[7]
Номинальный коэффициент мощности для асинхронных электродвигателей составляет 0 75 — 0 90, в зависимости от типа и номинальной мощности двигателя.
[8]
Номинальный коэффициент мощности согласно ГОСТ принимается равным 0 8 для генераторов мощностью до 125 MB-А, 0 85 для турбогенераторов мощностью до 588 MB-А и гидрогенераторов до 360 MB-А, 0 9 для более мощных машин.
[9]
Номинальный коэффициент мощности согласно ГОСТ принимается равным 0 8 для генераторов мощностью 125 MB-А и ниже, 0 85 — для турбогенераторов мощностью до 588 MB — А и гидрогенераторов до 360 MB — A, 0 9 — для более мощных машин.
[10]
Номинальный коэффициент мощности приемника равен значению cos фном при нагрузке, равной номинальной мощности электроприемника.
[12]
Номинальный коэффициент мощности синхронных машин должен быть: 0 8 ( при отстающем токе) для синхронных генераторов; 0 9 ( при отстающем токе) для синхронных двигателей.
[14]
Чем выше номинальный коэффициент мощности coscpH электродвигателя, тем относительно меньшую реактивную мощность Qx он потребляет при холостом ходе.
[15]
Страницы:
1
2
3
4
Страница 23 из 52
ГЛАВА IX
КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ
§ 9.1. Технико-экономическое значение коэффициента мощности
Как известно, в электрической цепи переменного тока, имеющей чисто активную нагрузку, ток совпадает по фазе с приложенным напряжением.
Если в цепь включены электроприемники, обладающие активным и индуктивным сопротивлениями (например, асинхронные электродвигатели, сварочные и силовые трансформаторы и т. п.), то ток будет отставать от напряжения на некоторый угол φ, называемый углом сдвига фаз. Косинус этого угла (cosφ) называется коэффициентом мощности. Величина коэффициента мощности характеризует степень использования активной мощности источника электроэнергии. Чем выше коэффициент мощности электроприемников, тем лучше используются генераторы электрических станций и их первичные двигатели (турбины и др.), трансформаторы подстанции и электрические сети.
Наоборот, чем ниже cosφ, тем хуже используется электрооборудование электростанций и всех других элементов электроснабжения. Низкие значения cosφ при тех же величинах активной мощности приводят к дополнительным затратам на сооружение более мощных станций, подстанций и сетей, а также к дополнительным эксплуатационным расходам.
Отсюда становится ясным большое народнохозяйственное значение повышения коэффициента мощности в электрических установках.
ПУЭ (1-2-47) установлена минимальная величина cosφ = 0,92—0,95, обязательная для предприятий.
Чтобы создать заинтересованность предприятий в увеличении коэффициента мощности, существует шкала скидок и надбавок к стоимости электроэнергии в зависимости от величины его среднего значения в электрохозяйстве предприятия.
§ 9.2. Определение коэффициента мощности
Действительная мощность электроприемников предприятия непрерывно изменяется с течением времени. Это объясняется тем, что работа отдельных участков или цехов предприятий не совпадает во времени. Кроме того, часть оборудования может работать с неполной загрузкой или даже находиться в состоянии холостого хода.
Изменение активной и реактивной мощностей электроприемников влечет за собой и соответствующие изменения cosφ. Различают следующие понятия коэффициента мощности.
Мгновенный коэффициент мощности — это величина cosφ в данный момент времени.
Значение мгновенного коэффициента мощности можно определить по фазометру или по одновременным указаниям измерительных приборов — амперметра, вольтметра и киловаттметра из выражения
На предприятиях принято средневзвешенный коэффициент мощности определять за месяц.
Энергоснабжающие организации при расчетах с абонентами различают два вида средневзвешенного коэффициента мощности: естественный и общий.
Естественный средневзвешенный коэффициент мощности характеризует электрическую установку без компенсирующих устройств.
Общий средневзвешенный коэффициент мощности определяется с учетом действия компенсирующих устройств.
§ 9.3. Причины, вызывающие снижение коэффициента мощности
Основными потребителями реактивной энергии являются асинхронные электродвигатели, трансформаторы и индуктивные печи, сварочные аппараты, газоразрядные лампы и т. д.
Асинхронный электродвигатель, работающий с нагрузкой, близкой к номинальной, имеет наибольшее значение cosφ. При снижении нагрузки электродвигателя коэффициент мощности уменьшается. Это объясняется тем, что активная мощность на зажимах электродвигателя изменяется пропорционально его загрузке, в то время как реактивная мощность вследствие незначительного изменения намагничивающего тока практически остается постоянной.
При холостом ходе cosφ имеет наименьшую величину, которая в зависимости от типа электродвигателя, мощности и скорости вращения находится в пределах 0,14-0,3.
Силовые трансформаторы, как и асинхронные электродвигатели, при загрузке меньше чем на 75% имеют пониженное значение коэффициента мощности.
Перегруженные асинхронные электродвигатели тоже имеют низкий cosφ, что объясняется увеличением по токов магнитного рассеяния.
Электродвигатели открытого типа, обладающие лучшими условиями охлаждения по сравнению с закрытыми электродвигателями, могут нести большую нагрузку (активную мощность) и будут иметь, следовательно, более высокий cosφ. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором вследствие меньших значений индуктивного сопротивления рассеяния имеют cosφ выше, чем электродвигатели с фазным ротором. Значение cosφ у машин одного и того же типа возрастет с ростом номинальной мощности и скорости вращения ротора, так как при этом уменьшается относительная величина намагничивающего тока.
Увеличение напряжения на вторичной стороне силовых трансформаторов вследствие снижения нагрузки (например, во время ночных смен и в часы обеденных перерывов) ведет к повышению напряжения по сравнению с номинальным на зажимах работающих электродвигателей. Это в свою очередь приводит к увеличению намагничивающего тока и реактивной мощности электродвигателей, что влечет за собой уменьшив коэффициента мощности.
Обточка ротора, которую производят при износе подшипников, чтобы ротор не задевал статор, приводит к увеличению воздушного зазора между статором и ротором, что вызывает увеличение намагничивающего тока и понижение cosφ. Уменьшение числа проводников в пазу статора при перемотке вызывает увеличение намагничивающего тока и снижение cosφ асинхронного двигателя.
Применение газоразрядных ламп (ДРЛ и люминесцентных), имеющих в цепи индуктивное сопротивление (дроссель) при отсутствии компенсирующих устройств, также снижает коэффициент мощности электроустановок.