Вимірювання коефіцієнта потужності в ланцюгах змінного струму - студопедія

Значення коефіцієнта потужності електричних установок змінного струму різні. Електричні лампи мають, головним чином, активним опором, тому при їх включенні зрушення фаз між струмом і напругою практично відсутня. Отже, для освітлювального навантаження коефіцієнт потужності можна вважати рівним одиниці. Коефіцієнт потужності для двигунів змінного струму залежить від навантаження. При номінальній розрахунковому навантаженні двигуна cos? = 0,8-0,9, а у великих двигунів навіть вище. При недовантаження двигунів коефіцієнт потужності їх різко знижується (при холостому ході cos. = 0,25-0,3).

Підвищення коефіцієнта потужності. Cos. підвищують різними способами. Основний з них - включення паралельно приймачів електричної енергії спеціальних пристроїв, званих компенсаторами. В якості останніх найчастіше використовують батареї конденсаторів (статичні компенсатори), але можуть бути застосовані також і синхронні електричні машини (обертові компенсатори).

Спосіб підвищення cos. за допомогою статичного компенсатора (рис. 202, а) називають компенсацією зсуву фаз, або компенсацією реактивної потужності. При відсутності компенсатора від джерела до приймача, який містить активну і індуктивний опори, надходить струм i1 який відстає від напруги і на деякий кут зсуву фаз? 1. При включенні компенсатора Хс по ньому проходить струм ic. випереджаюче напруга і на 90 °. Як видно з векторної діаграми (рис. 202, б), при цьому в ланцюзі джерела буде проходити струм i

Для повної компенсації кута зсуву фаз. т. е. для отримання cos. = 1 і мінімального значення струму Imin. необхідно, щоб струм компенсатора Iс дорівнював реактивної складової I1p = I1 sin? 1 струму I1.
При включенні компенсатора 5 (див. Рис. 200, б) джерело 1 і електрична мережа розвантажуються від реактивної енергії 3, так як вона циркулює вже по ланцюгу «приймач - компенсатор». Завдяки цьому досягаються суттєве підвищення використання генераторів змінного струму і електричних мереж і зменшення втрат енергії, що виникають при марною циркуляції реактивної енергії між джерелом 1 і приймачем 4.

Мал. 202. Схема, що ілюструє спосіб підвищення cos. за допомогою компенсатора (а), і векторна діаграма (б)

Компенсатор в цьому випадку виконує роль генератора реактивної енергії, так як струми Iсв конденсаторі і I1р в котушці індуктивності (див, рис. 202, б) спрямовані назустріч один одному (перший випереджає по фазі напругу на 90 °, другий відстає від нього на 90 ° ), внаслідок чого включення компенсатора зменшує загальний реактивний струм Iр і зрушення фаз між струмом I і напругою U. При належному підборі реактивної потужності компенсатора можна домогтися, що вся реактивна енергія 3 (див. рис. 200, б), що надходить в приймач 4, буде циркулювати всередині контуру «пр іемнік - компенсатор », а генератор і мережа не братимуть участі в її передачі. При цих умовах від джерела 1 до приймача 4 передаватиметься тільки активна потужність 2, т. Е. Cos. буде дорівнювати одиниці.

У більшості випадків з економічних міркувань в електричних установках здійснюють неповну компенсацію кута зсуву фаз і обмежуються значенням cos. = 0,95.

Вимірювання коефіцієнта потужності
Для прямого вимірювання cos # 966; і фази застосовуються спеціальні прилади електровимірювань - фазометри.

При відсутності таких приладів коефіцієнт потужності можна визначити непрямим методом за показниками трьох приладів: амперметра, вольтметра і ватметра. Тоді в однофазної ланцюга
cos # 966; = P / (U х I),
де Р, U, I - свідчення ваттметра, вольтметра і амперметра, відповідно.
У симетричному трифазному ланцюзі
cos # 966; = Pw / (√3 х Uл х Iл);
де Pw - активна потужність трифазної системи,
Uл, Iл - відповідно лінійні напруга і струм.
У симетричному трифазному ланцюзі значення коефіцієнта потужності можна визначити також за показаннями двох ватметрів Pw1 і Pw2 за формулою

Коефіцієнт потужності величина не постійна, він залежить від характеру і величини навантаження. Для асинхронного двигуна зміна навантаження від нуля до номінальної призводить до зміни cos # 966; від 0,1 на холостому ходу до 0,86 - 0,87 при номінальному навантаженні. Для практичних цілей розрахунку потужності компенсуючих пристроїв в електричних мережах використовують середньозважений коефіцієнт потужності за певний інтервал часу - добу або місяць. Для цього за аналізований період знімають показники лічильників активної та реактивної енергії Wa і Wр і розраховують середньозважений коефіцієнт потужності за формулою

Компенсація реактивної потужності
Для зменшення втрат, усунення перевантажень трансформаторів і ліній електропередач вдаються до штучного підвищення коефіцієнта потужності електричних установок шляхом компенсації реактивної потужності безпосередньо у споживачів за допомогою батарей статичних конденсаторів.

Енергетична діаграма, що ілюструє передачу електричної енергії між генератором Г і споживачем Д, який споживає активну і реактивну енергію. а) - при відсутності компенсатора, б) - при наявності його (батарея статичних конденсаторів С). Синім кольором показано потік активної енергії, червоним - реактивної.