8.4.1. Способи підвищення коефіцієнта потужності

Основним навантаженням електроенергетичних систем є електродвигуни, які є активно-індуктивним навантаженням, а це означає, що вони є споживачами не лише активної потужності, а й реактивної (індуктивної).

Активна складова струму перетворюється на механічну роботу, а реактивна складова втрачається для створення магнітного поля двигуна.

Отже, між напругою, яка підводиться до електродвигуна, і струмом, що протікає по його обмоткам, є зсув фаз

.

При цьому струм за фазою відстає від напруги.

Перший спосіб підвищення коефіцієнта потужності. Коефіцієнт потужності можна збільшити правильним вибором електродвигунів. Електродвигун потрібно вибирати так, щоб номінальна (зазначена в паспорті) потужність дорівнювала потужності механізму, який приводиться в роботу цим двигуном. Чим більша потужність електродвигуна і менша потужність механізму, що працює від даного двигуна (тобто, чим більша різниця фаз між потужністю електродвигуна і потужністю механізму), тим менше . Або чим менше навантаження двигуна, тим менший його коефіцієнт потужності.

Другий (штучний) спосіб підвищення . Паралельно двигуну (або будь-якому іншому навантаженню, яке має індуктивний характер) підмикають батарею конденсаторів (рис. 8.30).

Рис.8.30

На рис. 8.30позначено: – комплекс струму в лінії електропередачі; – комплексний опір лінії електропередачі; , – комплекс відповідно опору навантаження та струму навантаження; – струм конденсатора.

Згідно з першим законом Кірхгофа для кола, зображеного на рис. 8.30 маємо

(8.70)

Побудуємо векторну діаграму для даного кола. Базовим беремо вектор напруги на затискачах споживача - (рис. 8.31). Активна складова струму навантаження збігається з вектором напруги, підведеної до споживача. Реактивна складова струму навантаження, яка має індуктивний характер, відстає від вектора напруги на кут . Струм навантаження визначається як сума векторів ( тобто ).

Рис.8.31

Струм у конденсаторі випереджує напругу на кут . Струм у лінії визначається як сума струмів споживача (навантаження) і конденсатора. Отже, якби конденсатор не був увімкнений в коло, то струм споживача дорівнював би струму в лінії передачі, а кут зсуву фаз між напругою і струмом дорівнював би куту . При ввімкненому пара-лельно споживачу конденсаторі струм у лінії зменшиться до (див. рис. 8.31), а кут зсуву між струмом і напругою зменшиться до величини .

Розрахунок ємності конденсаторів, які вмикають паралельно споживачу, для зменшення кута зсуву фаз між струмом і напругою від до , виконують із таких міркувань. Згідно з рис. 18.14

; ; . (8.71) З урахуванням, що ; , підставивши два останніх вирази в (8.71), дістанемо

, звідки

, [Ф] (8.72)

або

,[мкФ] ( виражають у ватах ).

Зауваження. Батарею конденсаторів необхідно вмикати біля двигунів (або інших споживачів, що мають індуктивний характер); тоді коливання енергії електричного поля конденсаторів і енергії магнітного поля індуктивних котушок двигунів відбуватимуться між двигуном і конденсаторами, а лінія передачі при цьому значною мірою розвантажується від реактивного струму. Якщо конденсатори ввімкнено на початку лінії, то коливання енергії відбуватимуться в лінії електропередачі, що не збільшить .

Іноді для збільшення замість конденсаторів використовують синхронні компенсатори. Вони можуть або віддавати індуктивну потужність у мережу, або відбирати її з електромережі. Це спеціальні синхронні двигуни.