Глава 16 электронные корректоры коэффициента мощности

16.1 Коэффициент мощности

На предприятии связи основной нагрузкой электрической сети являются потребители, принцип действия которых основан на явлении электромагнитной индукции в индуктивных элементах: трансформаторы, магнитные пускатели, контакторы, асинхронные двигатели, импульсные источники питания. В моменты времени, когда ток и напряжение отстают по фазе, мощность не потребляется нагрузкой, а возвращается обратно в сеть питания. Возникает колебательное движение энергии от нагрузки к генератору и обратно. Такая мощность называется реактивной мощностью, является негативным фактором:

• снижается пропускная способность сети;

• повышаются активные потери;

• большее падение напряжения (провал).

Рисунок 16.1 – Влияние реактивных элементов на возникновение сдвига фаз

Для снижения доли реактивного тока параллельно нагрузке включают электроприёмники с ёмкостным током. При этом возникают колебания между реактивными элементами – индуктивностью обмоток и ёмкостью конденсатора. Отношение активной мощности к полной мощности называется коэффициентом мощности cosφ = P/S. Коэффициент мощности показывает, как используется поступающая из сети мощность. При активной нагрузке cosφ = 1, поступающая энергия используется полностью (электрический нагреватель, электрическая лампа). При комплексной нагрузке часть энергии уходит на создание магнитного поля и меньше энергии идёт на полезную нагрузку cosφ < 1.

Коэффициент мощности должен быть не ниже cosφ = 0,92-0,95.

Рисунок 16.2 – Диаграмма мощностей

Пример: выпрямительное устройство ВУТ мощность 2 кВт имеет cosφ = 0,72.

Р = 2•0,72 = 1,44 кВт при применении КМ Р = 2•0,95 = 1,9 кВт;

ΔР = 1,9 – 1,44 = 0,46 кВт; увеличивается, отдаваемая выпрямителем, мощность на 33,3 %.

Если не применять компенсаторы реактивной мощности, а увеличить напряжение силового трансформатора, возрастает ток, происходит перегрев трансформатора, возможно возникновение аварийной ситуации, а это недопустимо.

Диаграмма мощностей наглядно демонстрирует, как используется мощность, поступающая из сети в нагрузку. На предприятии связи происходит учёт энергии, потребляемый нагрузками. Используются счётчики активной и реактивной энергии.

На предприятиях связи в электроустановке применяют конденсаторные установки (КУ) для компенсации реактивной мощности.

Преимущества:

• простота конструкции;

• простота монтажа;

• отсутствие вращающихся частей;

• низкая стоимость;

• быстрый и точный подбор конденсаторов при изменении нагрузки;

• простота подключения;

• малые удельные потери;

• отсутствие шума при эксплуатации;

В установке КУ при соединении «треугольником» используют трёхфазные конденсаторы, а при соединении «звезда» каждый однофазный конденсатор подключается между фазой и средней точкой.

Рисунок 16.3 – Схемы соединения фазных конденсаторов

При регулировании cosφ производится коммутация фазных конденсаторов, возникает пусковой ток на два порядка превышающий номинальный, что приводит к сокращению службы конденсаторов.

В современных установках включение производят с помощью специальных контакторов, ограничивающих пусковой ток. При изменении нагрузки включение фазных конденсаторов производится оператором или автоматически. На каждом конденсаторе указывается компенсируемая реактивная мощность (1-n10) кВАр.

На предприятиях связи при модернизации оборудования и на современных электроустановках устанавливают автоматические конденсаторные установки (АКУ).

Применяется АКУ упрощённого типа или АКУ модульного типа.

Рисунок 16.4 – Схема системы КРМ (АКУ)

Современные регуляторы АКУ производят дискретный автоматический подбор фазных конденсаторов. Используется контроллер, промышленный интерфейс RS-485, обеспечивается интеллектуальный контроль параметров сети с отображением на символьном цифровом табло.

16.2 Пассивные корректоры коэффициента мощности

Потребители электрической энергии: лампы дневного света, импульсные источники, асинхронные двигатели снижают cosφ. Вступивший в действие стандарт МЭК IEC-1000-555-2 ужесточает нормы на коэффициент мощности потребителей энергии. Применяется местная компенсация, используются пассивные корректоры коэффициента мощности.

В схеме для лампы питания дневного света, имеющей cosφ = 0,6, параллельно лампе ЛДС с дросселем L1 включена диодная ёмкостная схема (D5, D6, D7, C1, C2). Диоды обеспечивают коммутацию тока, конденсаторы подобраны так, чтобы компенсировать индуктивный характер нагрузки. Происходит обмен энергии дросселя и конденсаторов, cosφ повышается и достигает cosφ = 0,95.

Данный корректор мощности может использоваться при постоянной нагрузке и импульсной форме тока.

Рисунок 16.5 – Схема пассивного корректора для ЛДС

16.3 Активные корректоры коэффициента мощности

Из выпрямителя исключают ёмкость фильтра и устанавливают высокочастотный импульсный стабилизатор повышающего типа.

Рисунок 16.6 – Схема активного корректора мощности

Включение и выключение транзистора VT1 выполняется устройством управления, состоящего из схемы управления СУ, датчика выпрямленного напряжения ДВН и датчика тока ДТ.

Включение транзистора VT1 происходит в момент времени, когда напряжение на выходе ДТ становится равным нулю. Выключение транзистора VT1 происходит в момент времени, когда линейно нарастающее напряжение с датчика тока достигнет величины изменяющегося по синусоидальному закону напряжения с датчика выпрямленного напряжения ДВН. Далее процесс повторяется с высокой частотой.

Усреднённый ток в индуктивности оказывается синусоидальной формы и совпадает по фазе с выпрямленным напряжением. Схема корректора обеспечивает высокий коэффициент мощности.

16.4 Микросхемы управления корректорами коэффициента мощности

Разработаны и выпускаются микросхемы управления для корректоров коэффициента мощности. Микросхема ML 4812 (1033ЕУ4) – контроллер повышающего стабилизатора с корректором коэффициента мощности. Микросхема ML4819 – корректор коэффициента мощности и ШИМ управления однотактным преобразователем.

ЗАПОМНИТЕ

При реактивной нагрузке возникает колебательное движение энергии от нагрузки к генератору и обратно, что приводит не эффективному использованию поступающей из сети энергии

Схемы корректоров обеспечивают высокий коэффициент мощности.

Темы докладов и рефератов

1. Расчёт реактивной мощности фазных конденсаторов.

2. Принципиальная схема АКУ со ступенчатым регулированием.

3. Разрядные резисторы фазных конденсаторов.

4. Микропроцессорные регуляторы реактивной мощности.

5. Антирезонансные дроссели.

Контрольные вопросы

1. Почему реактивная мощность является негативным фактором?

2. Что показывает коэффициент мощности?

3. Как повысить коэффициент мощности?

4. Поясните работу схемы АКУ модульного типа.

5. Как осуществляется подключение конденсаторов в установке АКУ?

6. Как работает схема пассивного корректора коэффициента мощности для лампы дневного света.

7. Поясните работу схемы активного корректора мощности?