Повышение коэффициента мощности в цепях переменного тока

В энергетических системах наибольшую часть нагрузки ( около 80%) составляют асинхронные двигатели, в которых при помощи вращающегося магнитного поля электрическая энергия преобразуется в механическую.

Чем больше магнитное поле, тем меньше и больше ток при данной активной мощности Р:

Низкий (коэффициент мощности) приводит к следующим нежелательным последствиям:

1. Генераторы и трансформаторы, питающие потребителя, рассчитываются на определенную номинальную мощность S_ном=U_ном*I_ном при заданном напряжении U_ном они могут быть нагружены током, не превышающим номинальное значения I_ном. Отдаваемая ими активная мощность P= S_ном* составляет часть номинальной мощности и это часть будет тем меньше, чем меньше . Таким образом, чем ниже , тем менее полно используется мощность генераторов и трансформаторов.

2. работа первичного двигателя, приводящего в Действие генератор, в основном определяется активной мощностью генератора. Поэтому недогрузка генератора активной мощностью влечет за собой недогрузку и снижение к.п.д. первичного двигателя и всей энергетической установки. Себестоимость электроэнергии от этого повышается.

3. Работа потребителей с низким приводит к увеличению мощности потерь в проводах линии электропередачи: (здесь r_пр – сопротивление проводов линии электропередачи) следовательно , чем ниже cosφ потребителя, тем дороже будет обходиться передача к нему электроэнергии.

4. Повышенный ток потребителя при низком его создает дополнительное падение напряжения в сетях, что приводит к снижению напряжения у потребителя, ухудшая качество электроэнергии.

Из изложенного следует, что повышение коэффициента мощности в электрических системах является весьма важной технико-экономической задачей. Повышение всего на 0,01 дает дополнительное полезное использование электрической энергии в масштабах страны порядка миллиарда киловатт-часов в год, что равноценно годовой выработке электроэнергии трех таких электростанций, как Красноярская ГЭС.

С целью стимулирования повышения промышленными предприятиями в СССР введен дифференцированный тариф на электроэнергию: стоимость 1 кВт.ч, отпущенного предприятию, увеличивается при <0,90 и снижается при >0,92 . Незря на предприятиях говорят: «косинус -- наш друг».

Основные пути повышения заключаются в следующем.

1. Правильный подбор номинальной мощности асинхронных двигателей для привода рабочих машин загрузки их до номинальной мощности или близкой к ней, так как при недогрузке двигателей резко снижается их . При работе на холостом ходу он снижается до 0,1-0,2 .

2. Включение параллельно с асинхронными двигателями специальных конденсаторов или перевозбужденных синхронных двигателей, которые потребляют опережающий ток. В этом случае реактивная энергия, необходимая для создания магнитных полей в асинхронных двигателях , будет поступать от конденсаторов или синхронных двигателей и питающая сеть окажется в значительной мере разгруженной от реактивного тока.

На практике обычно нет нужды доводить до единицы, т.е. добиваться резонанса токов, т.к. это требует значительной емкости конденсаторов. Достаточно, если коэффициент мощности будет доведен до0, 95-0,96.

Пусть, например, имеется потребитель (или группа потребителей), активная мощность которого равна P при коэффициенте мощности ₁. Рассчитаем мощность конденсаторов, необходимую для повышения коэффициента мощности до значения ₂.

Реактивная мощность до включения конденсаторов

Реактивная мощность потребителя совместно с конднсаторами

Реактивная мощность конденсаторов

С другой стороны, реактивная мощность конденсаторов

Из двух последних равенств находим требуемую емкость кондесаторов: