33. Коефіцієнт потужності та шляхи його підвищення.

 Коефіціє́нт поту́жності — безрозмірна фізична величина, що характеризує споживача змінного електричного струму з точки зору наявності в навантаженні реактивної складової. Коефіцієнт потужності показує, наскільки зсувається по фазі змінний струм, що протікає через навантаження, щодо прикладеного до нього напруги.

Чисельно коефіцієнт потужності дорівнює косинусу цього фазового зсуву.

Можна показати, що якщо джерело синусоїдального струму (наприклад, розетка ~220 В, 50 Гц) навантажити на навантаження, в якому струм випереджає чи відстає по фазі на деякий кут від напруги, то на внутрішньому активному опорі джерела виділяється підвищена потужність. На практиці це означає, що при роботі на навантаження з зсунутими напругою і струмом від електростанції потрібно більше енергії: надлишок переданої енергії виділяється у вигляді тепла в проводах і може бути досить значним.

Коефіцієнт потужності дорівнює відношенню споживаної електроспоживачем активної потужності до повної потужності. Активна потужність витрачається на здійснення роботи. Повнапотужність — геометрична сума активної та реактивної потужностей (у разі синусоїдальних струму і напруги). У загальному випадку повну потужність можна визначити як добуток діючих (середньоквадратичних) значень струму і напруги в колі. Повна потужність дорівнює квадратному кореню із суми квадратів активної і неактивної потужностей. В якості одиниці вимірювання повної потужності прийнято використовувати вольт-ампер (В•А) замість вата (Вт).

Згідно нерівності Коші-Буняковського, активна потужність дорівнює середньому значенню добутку струму і напруги, і завжди не перевищує добуток відповідних середньоквадратичних значень. Тому коефіцієнт потужності приймає значення від нуля до одиниці (тобто від 0 до 100%).

Коефіцієнт потужності математично можна інтерпретувати як косинус кута між векторами струму і напруги. Тому в разі синусоїдальних напруги і струму величина коефіцієнта потужності збігається з косинусом кута, на який відстають відповідні фази.

В електроенергетиці для коефіцієнта потужності прийняті позначення cos φ (де φ - зсув фаз між силою струму і напругою) або λ. Коли для позначення коефіцієнта потужності використовується λ, його величину звичайно виражають у відсотках.

При наявності реактивної складової в навантаженні крім значення коефіцієнта потужності іноді також вказують характер навантаження: активно-ємнісний або активно-індуктивний. У цьому випадку коефіцієнт потужності відповідно називають випереджаючим або відстаючим.

У разі синусоїдальної напруги, якщо навантаження не має реактивної складової, коефіцієнт потужності дорівнює частці потужності першої гармоніки струму в повній потужності, споживаної навантаженням, і рівний коефіцієнту спотворень струму.

34. Незв’язна і зв’язна трифазна система.

Кінці обмоток джерела X, Y, Z з'єднують у загальну точку N, яка називається нульовою точкою, або нейтраллю. Прово­ди, які з'єднують початки А, В і С обмоток джерела з приймачем (ліній­ні проводи), зберігають; три проводи, приєднані до кінців обмоток, замінюють одним. Завдяки цьому в приймачі також утворюється нульо­ва точка N' (нейтраль). Нульові точки джерела енергії і приймача мо­жуть бути зв'язані проводом, який називається нульовим, або нейтраль­ним (рис. 20.4, а). При цьому матимемо зв'язану чотирипровідну три­фазну систему електричних кіл.

Далі буде показано, що в симетричних трифазних колах можна відмовитись від нульового проводу, оскільки струм у ньому дорівнює нулю. В цьому випадку зв'язок між джерелом і приймачем, з'єднаними зіркою, можна здійснювати за трипровідною схемою (рис. 20.4, б).

Фазні напруги

Різниця потенціалів між лінійними затискачами і нейтраллю називається фазною напругою (йa, ub, Uc)-

Фазні напруги джерела — це напруги між печатками й кінцями фаз, вони відрізняються від е. р. с. на спад напруги в обмотках. Якщо опором обмоток можна знехтувати, то фазні напруги джерела дорівню­ють відповідним е. р. с. У симетричній системі вони зображуються, так само як і е. р. с., трьома однаковими за значенням векторами, зсу­нутими за фазою на 120° (рис. 20.5, а).

У чотирипровідному і симетричному трипровідному колах фазні напруги в приймачі менші, ніж у джерелі, на спад напруги у з'єдну­вальних проводах. Якщо опором проводів можна знехтувати, то фазні напруги в приймачі вважають такими ж, як у джерелі.

Лінійні напруги

Різниця потенціалів між кожною парою лінійних проводів нази­вається лінійною напругою (11 ав, vbc, oca)-

Якщо прийняти потенціал нульової точки N джерела енергії таким, що дорівнює нулю, то потенціали його лінійних затискачів:

Лінійні напруги:

Перейшовши до діючих значень, запишемо вирази в комплексній формі: Потенціали лінійних затискачів (або лінійних проводів) у кожну мить відрізняються один від одного через наявність зсуву фаз між фаз­ними напругами. Отже, лінійні напруги не дорівнюють нулю, їх можна визначити аналітичне за рівняннями (20.3) або графічно за допомогою векторної діаграми рис. 20.5.

З векторної діаграми видно, що при симетричній системі фазних на­пруг система лінійних напруг також симетрична: uab, obc,uca одна­кові за значенням і зсунуті відносно одна одної на 120°. Разом з тим при прямій послідовності фаз зірка векторів лінійних напруг ви­переджає на 30° зірку векторів фазних напруг.

Векторну діаграму зручно виконати топографічною, тоді кожній точці кола відповідає певна точка на діаграмі (рис. 20.5, б). Вектор, проведений між двома точками топографічної діаграми, виражає за значенням і фазою напругу між однойменними точками кола.

Діюче значення лінійних напруг легко визначити за векторною діа­грамою з трикутника, утвореного векторами двох фазних і однієї лі­нійної напруг, наприклад ANB:

Позначивши всі фазні напруги а лінійні напруги Un, дістанемо загальне співвідношення між лінійними та фазними напругами в си­метричній системі:

Фазні та лінійні струми У зв'язаній системі (див. рис. 20.4, а), так само як і в незв'язаній, кожна фаза є замкненим колом. Згідно з додатним напрямом е. р. с., в обмотках джерела додатний напрямструмів у лінійних проводах — від джерела до приймача, а в нульо­вому проводі — від приймача до джерела.

В трифазних колах розрізняють фазні та лінійні струми.

Струми в фазах джерела і приймача називають фазними (на рис. 20.4 ц-е іл, ів, іс', загальне позначення Іф). Струми в лінійних проводах називають лінійними (іа, ів, іс', загальне позначен­ня гл).