3.1.6 Способы повышения коэффициента мощности
Большинство потребителей электрической энергии синусоидального тока представляют активно-индуктивные нагрузки, токи которых отстают по фазе от напряжения сети. Для потребителей электрической энергии при заданном напряжении питающей сети U и потребляемой активной мощности Р, ток потребителя зависит от величины cos :
,
то
есть с уменьшением cos
ток возрастает. Электрические генераторы,
трансформаторы и электрические сети
рассчитываются на определенные значения
напряжения
и тока
.
Поэтому при cos
= 0.5 и полной загрузке током генераторов,
трансформаторов и сетей, потребителю
может быть передана активная мощность,
составляющая 50% от номинальной активной
мощности трансформаторов и генераторов
при cos
= 1. Таким образом, генераторы, трансформаторы
и сеть будут полностью загружены по
току и недогружены по активной мощности.
Поэтому величину cos ,
характеризующую использование номинальной
мощности источника электрической
энергии, называют коэффициентом мощности.
Работа потребителей с малым коэффициентом
мощности, кроме ухудшения условий
использования источника питания,
приводит к увеличению мощности потерь
в линиях передач, вследствие увеличения
передаваемого тока.
Существует несколько способов для увеличения коэффициента мощности, основанных на подключении к нагрузке приемника с емкостным током:
Применение синхронных двигателей, которые позволяют регулировать cos при изменении тока возбуждения (синхронные компенсаторы).
Параллельно приемникам электрической энергии подключают конденсаторы.
Емкость конденсаторов, необходимая для уменьшения угла сдвига фаз между током и напряжением от 1 до требуемого значения 2 определяется из выражения:
.
Обычно при помощи конденсаторов компенсацию угла осуществляют, повышая cos до 0.9 - 0.95, так как дальнейшая компенсация требует больших затрат на установку конденсаторов, которые экономически неоправданны.
3.2 Выполнение лабораторной работы в программе Matlab
3.2.1 Описание лабораторной установки
Работа проводится в среде визуального моделирования MATLAB по вариантам (приложение Б). В данной лабораторной работе используются библиотеки:
1) Simulink, со следующими разделами:
а) Sinks;
б) Source.
2) SimPowerSystems, со следующими разделами:
а) Electrical Source;
б) Elements;
в) Measurement;
г) Extra Library.
Блоки разделов соединены по схеме, представленной на рисунках 2.16 - 2.19.
3.2.2 Порядок выполнения работы
Собрать электрическую цепь с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности (рисунок 3.16).
Задать
параметры элементов согласно варианту.
Представить преподавателю или лаборанту
собранную схему для проверки. Снять и
сохранить в отчет осциллограммы
напряжения
,
,
,
тока
и активную и реактивную мощность,
потребляемую схемой -
и Q
соответственно. Результаты измерений
занести в таблицу 3.1. По каждой осциллограмме
определить угол сдвига фаз.
Рисунок 3.16 - Схема электрической цепи с последовательным соединением резистора и катушки индуктивности
Таблица 3.1 - Результаты эксперимента исследуемой схемы на рисунке 3.16
Измерено |
||||||||||||
В |
В |
B |
А |
град |
град |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вычислено |
||||||||||||
В |
В |
B |
А |
|
Ом |
|
|
вар |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
,
,
,
,
,
,
,
град
,
град
,
,
,
,
,
Ом
,
,
град
,
Вт
,
,
ВА
Собрать электрическую цепь с последовательным соединением резистора и конденсатора (рисунок 3.17). Задать параметры элементов согласно варианту (активное сопротивление принять равным 100R). Представить преподавателю или лаборанту собранную схему для проверки.
Снять
и сохранить в отчет осциллограммы
напряжений
,
,
,
тока
и активную и реактивную мощность,
потребляемую схемой -
и Q
соответственно. Результаты измерений
занести в таблицу 3.2. По каждой осциллограмме
определить угол сдвига фаз.
Рисунок 3.17 - Схема электрической цепи с последовательным соединением резистора и конденсатора
Таблица 3.2 - Результаты эксперимента исследуемой схемы на рисунке 3.17
Измерено |
||||||||||||
, В |
В |
, B |
, А |
, град |
град |
, град |
, град |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вычислено |
||||||||||||
, В |
В |
, B |
, А |
|
, Ом |
, град |
, Вт |
, вар |
, ВА |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
,
,
,
,
Ом
Собрать электрическую цепь с параллельным соединением резистора и катушки индуктивности (рисунок 3.18).
Задать
параметры элементов согласно варианту.
Представить преподавателю или лаборанту
собранную схему для проверки. Снять и
сохранить в отчет осциллограммы
напряжения
,
токов
,
,
.
По каждой осциллограмме определить
угол сдвига фаз. Результаты измерений
занести в таблицу 3.3.
Рисунок 3.18 - Схема электрической цепи с параллельным соединением резистора и катушки индуктивности
Таблица 3.3 - Результаты эксперимента исследуемой схемы на рисунке 3.18
Измерено |
||||||||||||
А |
А |
, B |
, А |
град |
град |
, град |
, град |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вычислено |
||||||||||||
А |
А |
, B |
, А |
|
, Ом |
, град |
, Вт |
, вар |
, ВА |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
,
,
,
,
,
,
,
Ом
Собрать
электрическую цепь С параллельным
соединением резистора и конденсатора
(рисунок 3.19). Задать параметры элементов
согласно варианту (активное сопротивление
принять равным 100R).
Представить преподавателю или лаборанту
собранную схему для проверки. Снять и
сохранить в отчет осциллограммы
напряжения
,
токов
,
,
.
По каждой осциллограмме определить
угол сдвига фаз. Результаты измерений
занести в таблицу 3.4.
Рисунок 3.19 - Схема электрической цепи с параллельным соединением резистора и конденсатора
Таблица 3.4 - Результаты эксперимента исследуемой схемы на рисунке 3.19
Измерено |
||||||||||||
, А |
А |
, B |
, А |
, град |
град |
, град |
, град |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вычислено |
||||||||||||
, А |
А |
, B |
, А |
, Ом |
, Ом |
, град |
, Вт |
, вар |
, ВА |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
,
,
,