Закрыть

Дайте определение полной активной и реактивной мощностей: Мощность цепи синусоидального тока | Учебные материалы

Содержание

Расчет Активной, реактивной и полной мощности

Активная мощность (P)

Единица измерения - ватт (W, Вт).

Среднее за период T значение мгновенной мощности называется активной мощностью:

В цепях однофазного синусоидального тока

, где Uи I - действующие значения напряжения и тока, φ - угол сдвига фаз между ними. Для цепей несинусоидального тока электрическая мощность равна сумме соответствующих средних мощностей отдельных гармоник. Активная мощность характеризует скорость необратимого превращения электрической энергии в другие виды энергии (тепловую и электромагнитную). Активная мощность может быть также выражена через силу тока, напряжение и активную составляющую сопротивления цепи r или её проводимость g по формуле

 . В любой электрической цепи как синусоидального, так и несинусоидального тока активная мощность всей цепи равна сумме активных мощностей отдельных частей цепи, для трёхфазных цепей электрическая мощность определяется как сумма мощностей отдельных фаз. С полной мощностью S активная связана соотношением

В теории длинных линий (анализ электромагнитных процессов в линии передачи, длина которой сравнима с длиной электромагнитной волны) полным аналогом активной мощности является проходящая мощность, которая определяется как разность между падающей мощностью и отраженной мощностью.

Реактивная мощность (Q)

Единица измерения - вольт-ампер реактивный (var, вар)

Реактивная мощность - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые в электротехнических устройствах колебаниями энергии электромагнитного поля в цепи синусоидального переменного тока, равна произведению действующих значений напряжения U и тока I, умноженному на синус угла сдвига фаз φ между ними:

(если ток отстаёт от напряжения, сдвиг фаз считается положительным, если опережает - отрицательным). Физически "реактивная мощность" - это, например, энергия, затрачиваемая на перемагничивание короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя при его работе, то есть ЛЮБОЙ асинхронный двигатель потребляет реактивную мощность из сети независимо от момента на своем валу. Реактивная мощность связана с полной мощностью S и активной мощностью Р соотношением:

 . Синхронные генераторы, установленные на электрических станциях, могут как производить, так и потреблять реактивную мощность в зависимости от величины тока возбуждения, протекающего в обмотке ротора генератора. За счет этой особенности синхронных электрических машин осуществляется регулирование заданного уровня напряжения сети. Для устранения перегрузок и повышения коэффициента мощности электрических установок осуществляется компенсация реактивной мощности.

Необходимо отметить, что величина sin φ для значений φ от 0 до плюс 90° является положительной величиной. Величина sin φ для значений φ от 0 до -90° является отрицательной величиной. В соответствии с формулой Q = UI sin φ реактивная мощность может быть как положительной величиной (если нагрузка имеет активно-индуктивный характер), так и отрицательной (если нагрузка имеет активно-ёмкостный характер). Данное обстоятельство подчёркивает тот факт, что реактивная мощность не участвует в работе электрического тока. Отрицательное значение активной мощности нагрузки характеризовало бы нагрузку как генератор энергии. Активное, индуктивное, ёмкостное сопротивление не могут быть источниками постоянной энергии.

Модуль величины Q = UI sin φ приблизительно описывает реальные процессы преобразования энергии в магнитных полях индуктивностей и в электрических полях емкостей.

Применение современных электрических измерительных преобразователей на микропроцессорной технике позволяет производить более точную оценку величины энергии возвращаемой от индуктивной и емкостной нагрузки в источник переменного напряжения.

Измерительные преобразователи реактивной мощности, использующие формулу Q = UI sin φ, более просты и значительно дешевле измерительных преобразователей на микропроцессорной технике.

Полная мощность (S

Единица полной электрической мощности - вольт-ампер (V*A, В*А)

Полная мощность - величина, равная произведению действующих значений периодического электрического тока I в цепи и напряжения U на её зажимах:

 S = U×I; связана с активной и реактивной мощностями соотношением:

, где Р - активная мощность, Q - реактивная мощность (при индуктивной нагрузке Q > 0, а при ёмкостной Q < 0).

Векторная зависимость между полной, активной и реактивной мощностью выражается формулой:

Резонанс напряжений

Резонанс напряжений - резонанс, происходящий в последовательном колебательном контуре при его подключении к источнику напряжения, частота которого совпадает с собственной частотой контура.

В цепи переменного тока с активным, индуктивным и емкостными сопротивлениями, соединенными последовательно (рис. 59, а), может возникнуть резонанс напряжений.

При резонансе напряжения на зажимах индуктивного и емкостного сопротивлений могут стать значительно больше чем напряжение на зажимах цепи.

Резонанс напряжений наступает в том случае, если индуктивное сопротивление ХL и емкостное сопротивление ХC равны между собой, т. е.

Допустим, что подбором индуктивности и емкости или изменением частоты создано условие, при котором ХL=ХС. Когда цепь не настроена в резонанс, то ее полное сопротивление

а в рассматриваемой цепи при резонансе (когда ХL=ХC) ее полное; сопротивление

Уменьшение полного сопротивления цепи приводит к тому, что сила тока в ней возрастает. Напряжение генератора переменного тока, включенного в цепь, расходуется на активном сопротивлении

Напряжение на индуктивности определяется согласно закону Ома произведением силы тока на величину индуктивного сопротивления Так как в цепи увеличилась сила тока, то напряжение

UL=IXL возросло.

Напряжение на емкости также определяется произведением тока на величину емкостного сопротивления. Поэтому напряжение на емкости Uс=IХс.

В связи с тем, что в последовательно соединенных сопротивлениях протекает одинаковый ток и при резонансе индуктивное сопротивление ХL равно емкостному сопротивлению Хс, напряжение на индуктивности и напряжение на емкости равны:

Если одновременно увеличить оба реактивных сопротивления ХL и Хс, не нарушая при этом условия резонанса ХL=Хс, то соответственно возрастут оба частичных напряжения UL и Uс, а сила тока в цепи при этом не изменится. Таким путем можно получить UL и Uс во много раз большие, чем напряжение U на зажимах цепи.

Построим векторную диаграмму (рис. 59, б) для рассматриваемой цепи при резонансе напряжения. Отложим по горизонтали в выбранном масштабе вектор тока I. В активном сопротивлении ток

и напряжение совпадают по фазе. Поэтому вектор напряжения Uа отложим по вектору тока. Так как напряжение на индуктивности опережает ток на 90°, то вектор UL, отложим вверх под углом 90°.

Напряжение на емкости отстает от тока на 90°, поэтому вектор Uс, равный вектору UL, отложим вниз под углом 90° к вектору тока. На векторной диаграмме видно, что напряжение на индуктивности и напряжение на емкости равны и сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180° и взаимно компенсируются.

Угол сдвига фаз между током и напряжением при резонансе равен нулю. Это значит, что ток и напряжение совпадают по фазе (как в цепи с активным сопротивлением).

Пример. В цепь переменного тока включены последовательно активное сопротивление r = 5 ом, индуктивность L = 0,005 гн и емкость 63,5 мкф. Генератор, включенный в цепь, вырабатывает переменное напряжение U=2,5 в с резонансной частотой f=285 гц.

Определить индуктивное и емкостное сопротивления, полное сопротивление цепи, ток, протекающий в цепи, напряжение на емкости и на индуктивности.

РЕЗОНАНС ТОКОВ

Резонанс токов может возникнуть в параллельной цепи (см. рис. 2.17, а), одна из ветвей которой содержит L и r, а другая Си r.

Резонансом токов называется такое состояние цепи, когда общий ток совпадает по фазе с напряжением, реактивная мощность равна нулю и цепь потребляет только активную мощность. На рис. 2.17, г изображена векторная диаграмма цепи рис. 2.17, а при резонансе токов.

Как видно из векторной диаграммы, общий ток цепи совпадает по фазе с напряжением, если реактивные составляющие токов ветвей с индуктивностью и емкостью равны по модулю:

I1р = I2р.

Общий реактивный ток цепи, равный разности реактивных токов ветвей, в этом случае равен нулю:

I1р - I2р = 0.

Общий ток цепи имеет только активную составляющую, равную сумме активных составляющих токов ветвей:

Iа = I1а + I2а .

Выразив реактивные токи через напряжения и реактивные проводимости, получим

UbL = UbС,

 откуда

bL = bС

Итак, при резонансе токов реактивная проводимость ветви с индуктивностью равна реактивной проводимости ветви с емкостью.

Выразив bL и bС через сопротивления соответствующей ветви, можно определить резонансную частоту контура:

Энергетические процессы в цепи при резонансе токов аналогичны процессам, происходящим при резонансе напряжений, которые были подробно рассмотрены в § 2.12.

Реактивная энергия действует внутри цепи: в одну часть периода энергия магнитного поля индуктивности переходит в энергию электрического поля емкости, в следующую часть периода энергия электрического поля емкости переходит в энергию магнитного поля индуктивности. Обмена реактивной энергией между потребителями цепи и источником питания не происходит. Ток в проводах, соединяющих цепь с источником, обусловлен только активной мощностью.

 Рис. 2. 19. Электрическая цепь (а) и графики зависимости Ir, IL, IC и I от частоты f (б

Для резонанса токов характерно, что общий ток при определенном сочетании параметров цепи может быть значительно меньше токов в каждой ветви. Например, в идеальной цепи, когда r1 = r2 = 0 (см. рис. 2.18, а), общий ток равен нулю, а токи ветвей с емкостью и индуктивностью существуют, они равны по модулю и сдвинуты по фазе на 180°. Резонанс в цепи при параллельном соединении потребителей называется резонансом токов.

Резонанс токов может быть получен путем подбора параметров цепи при заданной частоте источника питания или путем подбора частоты источника питания при заданных параметpax цепи.

Линейные цепи синусоидального тока

Работа пользователя Yapolina
1. Какими тремя величинами характеризуется синусоидально изменяющийся ток (напряжение, ЭДС)?
2. Как определить действующее значение синусоидального тока (напряжения, ЭДС)? Зависит ли действующее значение от начальной фазы синусоидального тока (напряжения, ЭДС)? Зависит ли действующее значение от частоты синусоидального тока (напряжения, ЭДС)?
3.
Дайте определение понятия "сдвиг фаз" синусоидальных величин.
4. Дайте определение резистора как элемента электрической цепи переменного тока. В чем различие понятий линейный резистор и сопротивление?
5. Запишите связь между мгновенным значением напряжения и тока на линейном резисторе. Какой закон устанавливает эту связь? Какой сдвиг фаз между синусоидальным напряжением и синусоидальным током на резисторе? Зависит ли сдвиг фаз от амплитуды синусоидальных величин, от частоты?
6. Дайте определение катушки как элемента электрической цепи переменного тока. В чем различие понятий индуктивный элемент и индуктивность?
7. Запишите связь между мгновенным значением напряжения и тока на индуктивном элементе (линейной катушке) при действии переменных ЭДС. Какой закон устанавливает эту связь? Какой сдвиг фаз между синусоидальным напряжением и синусоидальным током на индуктивном элементе? Зависит ли сдвиг фаз от амплитуды синусоидальных величин, от частоты синусоидального тока?
8. Дайте определение конденсатора как элемента электрической цепи переменного тока. В чем различие понятий емкостной элемент и емкость?
9. Запишите связь между мгновенным значением напряжения и тока на индуктивном элементе (идеальной катушке) при действии переменных ЭДС. Какой закон устанавливает эту связь? Какой сдвиг фаз между синусоидальным напряжением и синусоидальным током на емкостном элементе? Зависит ли сдвиг фаз от амплитуды синусоидальных величин, от частоты синусоидального тока?
10. В чем отличие схем замещения идеальной катушки и неидеальной катушки? Запишите связь между мгновенным значением напряжения и тока для неидеальной катушки при действии переменных ЭДС. Какой сдвиг фаз между синусоидальным напряжением и синусоидальным током для неидеальной катушки? Зависит ли сдвиг фаз от амплитуды синусоидальных величин, от частоты синусоидального тока?
11. Как связаны действующие значения напряжения и тока на резисторе в цепи синусоидального тока. Изменится ли это соотношение при изменении частоты синусоидального тока?
12. Как связаны действующие значения напряжения и тока на индуктивном элементе в цепи синусоидального тока. Изменится ли это соотношение при изменении частоты синусоидального тока? Дайте определение индуктивного сопротивления.
13. Как связаны действующие значения напряжения и тока на емкостном элементе в цепи синусоидального тока. Изменится ли это соотношение при изменении частоты синусоидального тока? Дайте определение емкостного сопротивления.
14. Почему в расчетах цепи постоянного тока учитываются только сопротивления резисторов?
15. Дайте понятие мгновенной, полной, активной и реактивной мощности. Что такое треугольник мощностей?
16. Как определить полную мощность по показаниям приборов? Каким прибором измеряется активная мощность? Как определить cosj приемника?
17. Для чего проводят компенсацию реактивной мощности?
18. Изложите основы комплексного метода расчета. Дайте определение комплексной амплитуды, комплекса действующего значения тока, напряжения, ЭДС. Как перейти от мгновенного значения синусоидальной величины к соответствующим комплексным величинам?
19. Можно ли на одной векторной диаграмме изображать комплексные токи, соответствующие синусоидальным токам разных частот?
20. Какие формы записи комплексных величин вы знаете? Как перейти от одной формы записи к другой? Как проводятся математические операции над комплексными величинами?
21. Дайте определение векторной диаграммы. Как проводится сложение, вычитание двух комплексных величин на комплексной плоскости?
22. Изобразите векторные диаграммы комплексов напряжения и тока для резистора, идеальной катушки и конденсатора. Изменятся ли диаграммы при изменении частоты синусоидального тока?
23. Изобразите векторную диаграмму комплексов напряжения и тока неидеальной катушки. Изменится ли диаграмма при изменении частоты синусоидального тока?
24. Запишите закон Ома в комплексной форме. Дайте определение комплексного сопротивления, комплексной проводимости. Чему равно комплексное сопротивление резистивного, индуктивного, емкостного участков?
25. Дайте определение треугольника тока, треугольника напряжения, треугольника сопротивлений и треугольника проводимостей.
26. Дайте определение комплексной мощности. Как рассчитывается комплексная мощность? Составьте уравнение баланса комплексной мощности.
27. Дайте определение "потери напряжения", "падения напряжения", "потери мощности".
28. Как увеличить cosj до необходимого значения?
29. В каком случае говорят, что цепь настроена в резонанс? Какое условие должно выполняться в таком случае?
30. Дайте определение резонанса напряжений и резонанса токов.
31. Как в расчете учитывают наличие индуктивной связи между элементами? Дайте определение одноименных зажимов индуктивно связанных элементов. Как проводится разметка одноименных зажимов?
32. Можно ли рассчитать цепь с индуктивно связанными элементами, если на схеме не указаны одноименные зажимы?
33. Какими параметрами характеризуется индуктивно связанная система? От чего зависит коэффициент связи?
34. Как определить сопротивление самоиндукции и взаимоиндукции? Как определить складываются или вычитаются напряжения самоиндукции и взаимоиндукции при расчете напряжения на индуктивно связанных катушках? От чего это зависит?
35. Дайте определение согласного и встречного включения последовательно соединенных катушек. Изобразите векторные диаграммы для согласного и встречного включения катушек.
36. Объясните принцип действия линейного трансформатора. Изобразите векторную диаграмму тока и напряжений трансформатора в режиме холостого хода.
37. Дайте определение коэффициента трансформации, сформулируйте условия для идеального трансформатора.

 

Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

Активное и реактивное сопротивление

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, пропорционально активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.

Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:

R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.

На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное. Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока. В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Похожие темы:

Разница между активной и реактивной мощностью (активной и реактивной)

Наиболее важное различие между активной и реактивной мощностью состоит в том, что активная мощность - это реальная мощность, которая используется в цепи, в то время как реактивная мощность колеблется между нагрузкой и источником.

Прежде чем сравнивать активную и реактивную мощность, я хочу объяснить активную и реактивную мощность. Итак, давайте посмотрим на введение активной, реактивной мощности.

Активная мощность:

Активная мощность также называется фактической мощностью, активной мощностью или рабочей мощностью.Это мощность, которая фактически приводит оборудование в действие и выполняет полезную работу. Он измеряется в киловаттах (кВт) или МВт.

Реактивная мощность:

Реактивная мощность - это мощность, необходимая магнитному оборудованию (трансформатору, двигателю и реле) для создания намагничивающего потока. Он течет вперед и назад, что означает, что он движется в обоих направлениях контура.

Реактивная энергия вызывает перегрузку в линиях, трансформаторах и генераторах, не обеспечивая при этом полезной производительности.Однако это записано в счете, поэтому может значительно увеличить общую сумму к оплате. Реактивная мощность измеряется в киловольт-амперах реактивной мощности (кВАр) или в МВАр.

Давайте посмотрим на треугольник мощности, чтобы понять взаимосвязь между активной, реактивной и полной мощностью.

На упомянутом изображении вы можете видеть, что комплексная мощность - это векторная сумма активной и реактивной мощности. Кажущаяся мощность - это величина комплексной мощности. давайте посмотрим на терминологию, которая была использована На изображении

  • P => Активная мощность
  • Q => Реактивная мощность
  • S => Комплексная мощность
  • | S | => Полная мощность
  • φ => Фаза напряжения относительно тока

Следовательно, следующее выражение, показанное ниже, дает активную, реактивную и полную мощность соответственно.

  • Активная мощность P = V x I cosϕ = V I cosϕ
  • Реактивная мощность Pr или Q = V x I sinϕ = V I sinϕ
  • Комплексная мощность S = P + jQ
  • Полная мощность = | S | = √P² + Q²

Теперь я думаю, что мы можем увидеть разницу между активной и реактивной мощностью с помощью диаграммы.

Основа для сравнения

Активная мощность

Реактивная мощность

Определение Активная мощность - это реальная мощность, рассеиваемая в цепи. Мощность, которая движется вперед и назад между нагрузкой и источником такого типа мощности, известна как реактивная мощность
Формула P = V x I cosϕ = V I cosϕ Q = V x I sinϕ = V I sinϕ
Измерительный блок Ватт, кВт, МВт ВАр, кВАр, МВАр
В лице P Q
Причины Вырабатывает тепло в нагревателе, свет в лампах и крутящий момент в двигателе. Измеряет коэффициент мощности цепи.
Измерительный прибор Ваттметр Измеритель VAR

Рекомендуемый пост

О Amlendra

Я инженер-программист встраиваемых систем и корпоративный инструктор. В настоящее время я работаю старшим инженером-программистом в крупнейшей консалтинговой компании по программному обеспечению. Имею опыт работы с различными микроконтроллерами (stm32, LPC, PIC AVR и 8051), драйверами (USB и виртуальный com-порт), POS-устройством (VeriFone) и платежным шлюзом (глобальные и первые данные).

Реальная, реактивная комплексная и полная мощность


Полная мощность - это векторная сумма реальной и реактивной мощности

Инженеры используют следующие термины для описания потока энергии в системе (и назначают каждому из них разные единицы, чтобы различать их):

  • Реальная мощность ( P ) [Единица: Вт]
  • Реактивная мощность ( Q ) [Единица: ВАР]
  • Комплексная мощность ( S )
  • Полная мощность (| S |) [Единица: ВА]: i.е. абсолютное значение комплексной мощности S .

P - активная мощность, Q - реактивная мощность (в данном случае отрицательная), S - комплексная мощность, а длина S - полная мощность.

Единицей измерения всех форм мощности является Вт (обозначение: Вт) . Однако этот блок обычно зарезервирован для компонента реальной мощности. Полная мощность обычно выражается в вольт-амперах (ВА), поскольку это простое произведение среднеквадратичного напряжения и действующего тока.Единице реактивной мощности присвоено специальное название «VAR» , что означает реактивная мощность в вольт-амперах (поскольку поток реактивной мощности не передает полезную энергию нагрузке, ее иногда называют «безватной» мощностью). Обратите внимание, что не имеет смысла назначать одну единицу комплексной мощности, потому что это комплексное число, и поэтому оно определяется как пара из двух единиц: Вт и VAR.

Понимание взаимосвязи между этими тремя величинами лежит в основе понимания энергетики.Математические отношения между ними могут быть представлены векторами или выражены с помощью комплексных чисел
(где j - мнимая единица).

Комплексное значение

S называется комплексной степенью .

Рассмотрим идеальную цепь переменного тока, состоящую из источника и обобщенной нагрузки, в которой и ток, и напряжение синусоидальны. Если нагрузка является чисто резистивной, две величины меняют полярность одновременно, направление потока энергии не меняется, и течет только реальная мощность.Если нагрузка чисто реактивная, то напряжение и ток сдвинуты по фазе на 90 градусов и нет полезного потока мощности. Эта энергия, текущая вперед и назад, известна как реактивная мощность.

Если конденсатор и катушка индуктивности расположены параллельно, то токи, протекающие через катушку индуктивности и конденсатор, противоположны и имеют тенденцию компенсироваться, а не складываться. Обычно считается, что конденсаторы генерируют реактивную мощность, а катушки индуктивности - ее потребляют. Это основной механизм управления коэффициентом мощности при передаче электроэнергии; конденсаторы (или катушки индуктивности) вставляются в цепь для частичного гашения реактивной мощности нагрузки. Практическая нагрузка будет иметь резистивную, индуктивную и емкостную части, поэтому к нагрузке будет поступать как реальная, так и реактивная мощность.
Полная мощность - это произведение напряжения и тока. Полная мощность удобна для определения размеров оборудования или проводки. Однако сложение полной мощности для двух нагрузок не даст точной полной полной мощности, если они не имеют одинакового смещения между током и напряжением.

Коэффициент мощности:

Коэффициент мощности измеряет эффективность системы питания переменного тока.Коэффициент мощности - это реальная мощность на единицу полной мощности. (pf = Wh / VAh) Коэффициент мощности, равный единице, является идеальным, а 99% - хорошим. Если формы сигналов являются чисто синусоидальными, коэффициент мощности представляет собой косинус фазового угла (f) между формами синусоидальных сигналов тока и напряжения. По этой причине в технических паспортах оборудования и паспортных табличках коэффициент мощности часто сокращается до «cosf».
Коэффициент мощности равен 1, когда напряжение и ток совпадают по фазе, и равен нулю, когда ток опережает или отстает от напряжения на 90 градусов.Коэффициенты мощности обычно указываются как «опережающие» или «запаздывающие», чтобы показать знак фазового угла, где опережение указывает на отрицательный знак. Для двух систем, передающих одинаковое количество реальной мощности, система с более низким коэффициентом мощности будет иметь более высокие циркулирующие токи из-за энергии, которая возвращается к источнику из накопителя энергии в нагрузке. Эти более высокие токи в практической системе приведут к более высоким потерям и уменьшат общую эффективность передачи. Схема с более низким коэффициентом мощности будет иметь более высокую полную мощность и большие потери при том же количестве передаваемой активной мощности.
Чисто емкостные цепи вызывают реактивную мощность, форма волны тока опережает волну напряжения на 90 градусов, в то время как чисто индуктивные цепи вызывают реактивную мощность, форма волны тока отстает от формы волны напряжения на 90 градусов. В результате емкостные и индуктивные элементы схемы имеют тенденцию компенсировать друг друга.

Поток реактивной мощности:

При передаче и распределении энергии прилагаются значительные усилия для управления потоком реактивной мощности. Обычно это делается автоматически путем включения и выключения катушек индуктивности или конденсаторных батарей, регулировки возбуждения генератора и другими способами.Розничные продавцы электроэнергии могут использовать счетчики электроэнергии, измеряющие реактивную мощность, для финансового наказания потребителей с нагрузками с низким коэффициентом мощности. Это особенно актуально для клиентов, работающих с высокоиндуктивными нагрузками, такими как двигатели на водонасосных станциях.

Intelligent Battery:

Выходной ток зависит от состояния батареи. Интеллектуальное зарядное устройство может контролировать напряжение, температуру и / или время зарядки аккумулятора, чтобы определить оптимальный ток заряда в этот момент. Зарядка прекращается, когда комбинация напряжения, температуры и / или времени показывает, что аккумулятор полностью заряжен.

Для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов напряжение на аккумуляторе медленно увеличивается во время процесса зарядки, пока аккумулятор не будет полностью заряжен. После этого напряжение уменьшается до , что указывает интеллектуальному зарядному устройству, что аккумулятор полностью заряжен. Такие зарядные устройства часто обозначаются как зарядное устройство? V или «дельта-V», что указывает на то, что они контролируют изменение напряжения.

Типичное интеллектуальное зарядное устройство быстро заряжает аккумулятор примерно до 85% от его максимальной емкости менее чем за час, а затем переключается на непрерывную зарядку, которая занимает несколько часов, чтобы полностью зарядить аккумулятор.

Вольт-Ампер:

Вольт-ампер в электрических терминах означает количество полной мощности в цепи переменного тока, равное току в один ампер при ЭДС одного вольт. Это эквивалент ватт для безреактивных цепей.
  • 10 кВ · A = мощность 10 000 ватт (где префикс SI k равняется килограммам)
  • 10 MV · A = мощность 10 000 000 ватт (где M равняется мега)

В то время как вольт-ампер и ватт эквивалентны по размерам могут найти продукты, рассчитанные как в ВА, так и в ваттах с разными числами.Это обычная практика для ИБП (источников бесперебойного питания). Номинальная мощность в ВА - это кажущаяся мощность, которую ИБП способен производить, а номинальная мощность в ваттах - это реальная мощность (или истинная мощность), которую он способен производить, в отличие от реактивной мощности. Реактивная мощность возникает из-за влияния емкости и индуктивности компонентов нагрузки, питаемой от цепи переменного тока. В чисто резистивной нагрузке (например, лампы накаливания) кажущаяся мощность равна истинной мощности, а количество используемых ВА и ватт будет эквивалентным.Однако в более сложных нагрузках, таких как компьютеры (для питания которых предназначены ИБП), полная потребляемая мощность (ВА) будет больше, чем истинная потребляемая мощность (Вт). Отношение этих двух величин называется коэффициентом мощности.

кВАр (реактивная мощность): Расчет кВАр, формула и единица коэффициента мощности кВАр Работа


Если вы хотите сэкономить на расходах на энергопотребление, то вы, вероятно, слышали об агрегате кВАр или энергосберегающих устройствах кВАр.Это устройства, которые помогают жилым домам и коммерческим предприятиям экономить на счетах за электричество, особенно при использовании систем переменного тока.

Есть три термина, которые можно использовать для обозначения переменного тока переменного тока. Первый - это киловатт, который представляет реальную мощность. Это измерение, используемое для регистрации мощности в счетчиках электроэнергии рядом с вашим домом. Вторая - это реактивная мощность, которая измеряется в кВАр или реактивных киловольт-амперах. В контексте передачи и распределения электроэнергии реактивная мощность в киловольтах-амперах используется для обозначения единицы измерения реактивной мощности. Однако вы не платите за это, поэтому KVAR не отображается на ваших счетчиках коммунальных услуг. Третий член - полная мощность, обозначаемая как кВА. Чтобы лучше понять эти концепции, вам нужно упомянуть коэффициент мощности, который представляет собой соотношение между полной и активной мощностью. Полная мощность, в свою очередь, состоит из двух типов мощности: активной и реактивной. Чем ниже составляющая реактивной мощности, тем выше коэффициент мощности, что приводит к большей экономии для вас.

Как производится расчет KVAR?

Есть несколько способов выполнить расчет KVAR, если вам нужно рассчитать реактивную мощность данной нагрузки.Если вы хотите применить практический подход, используйте вольтметр вместе с амперметром или амперметром. Произведение показаний даст вам полную мощность нагрузки в вольт-амперах. Полученное значение также поможет вам определить истинную мощность в ваттах для данной нагрузки. Учитывая эти числа, поиск векторной разницы не вызовет никаких проблем. Определив реактивную мощность, вы сможете найти подходящие конденсаторы, необходимые для снижения полной мощности компонентов в ваших системах.Таким образом можно снизить коэффициент мощности, если вы хотите сэкономить на расходах. Например, если вы установите конденсаторы мощностью 30 кВАр, они снизят реактивную мощность, обеспечиваемую энергокомпанией, до 30 кВАр. С другой стороны, полная мощность, поставляемая коммунальным предприятием, упадет примерно до 85,4 кВА.

Что такое формула реактивной мощности / кВАр?

Реактивная мощность - это неиспользованная мощность, генерируемая реактивными компонентами в цепи или системе переменного тока, и измеряется в кВАр. Что касается коэффициента мощности, то чем больше реактивная мощность, тем выше полная мощность или кВА.В жилых домах количество потребляемой электроэнергии довольно мало. Вот почему компании не взимают плату за жилую недвижимость. Низкое энергопотребление не вызывает опасений у электроэнергетических компаний. Однако коммерческие и промышленные электрические компании потребляют это в огромных количествах, поэтому электроэнергетические компании взимают с них надбавку. Для формулы KVAR это выглядит следующим образом: Q = X * I * I. В формуле реактивной мощности X означает реактивное сопротивление цепи, а I - ток, протекающий по цепи.Вам нужно понять формулу, чтобы узнать больше об использовании реактивной мощности.

Как работает блок коэффициента мощности KVAR?

Прежде чем вы поймете, как работает коэффициент мощности KVAR, вам необходимо четко определить, что такое коэффициент мощности. По сути, это мера того, насколько эффективно использование входящей мощности в вашей электрической системе. Отношение рабочей мощности к полной или полной мощности. Это формула коэффициента мощности. Чтобы понять, что такое KVAR для коррекции коэффициента мощности, помните, что коэффициент мощности - это соотношение между реальной и полной мощностью.Это означает, что чем выше процент KVAR в вашей нагрузке, тем ниже отношение кВт к кВА. Результат дает плохой коэффициент мощности. Используйте это наблюдение при выполнении формулы расчета коэффициента мощности KVAR.

Как установить регулятор энергии KVAR?

Если вы хотите сэкономить и планируете установить регулятор энергии KVAR в своей системе, придерживайтесь основ. Внимательно следуйте инструкциям. Убедитесь, что вы выключили питание, прежде чем приступить к установке энергосберегающего устройства KVAR.Если у вас нет инструментов, опыта и знаний - не говоря уже о времени и навыках - для выполнения этой задачи, тогда вам повезет - и вы добьетесь большего успеха, когда наймете профессионала. Найдите кого-нибудь с опытом и знаниями, чтобы добавить энергосберегающий блок к вашей существующей системе. После этого вам нужно только подождать, пока экономия средств не начнет влиять на ваши счета.

Что такое кВА и как его рассчитать?

В то время как KVAR означает реактивный киловольт-ампер, kVA означает киловольт-ампер.По большей части его обычно называют киловатт или кВт, что является общим термином. Это единица измерения, используемая для оценки большинства (если не всех) электрических предметов, имеющихся у вас дома.

Термин относится к количеству энергии, которая используется для работы и преобразуется в выходную мощность, поэтому, когда вы говорите о кВт, вы говорите о фактической мощности. Чтобы рассчитать фактическую мощность или потребляемую мощность устройства, вам необходимо определить полную мощность. Это можно рассчитать по следующей формуле: Амперы x Вольт = Вольт-Амперы.Определив кажущуюся мощность, вы сможете определить реальную мощность. Например, это будет означать, что амперы x вольт x коэффициент мощности = ватты. Это расчет KVA.

Чтобы формула кВА дала желаемые результаты, вам также необходимо определить коэффициент мощности. Коэффициент мощности важен, если вы хотите узнать реальную потребляемую мощность устройства в вашем доме, например, вашего переменного тока. Когда вы закончите, вы получите точный расчет энергопотребления вашей системы.Эта информация поможет вам управлять счетами за коммунальные услуги в вашем доме или учреждении.

В чем разница между кВА и кВАр?

Электроэнергия, которую нам поставляют электроэнергетические компании, называется полной мощностью. Это фактическая мощность, измеренная в кВА и выраженная в виде напряжения и тока, которая затем разбивается на два типа мощности: активная мощность (кВт) и реактивная мощность (кВАр). Если вы хотите уточнить разницу между кВА и кВАр, кВА обозначает активную или фактическую мощность, а кВАр обозначает реактивную или индуктивную мощность.

Когда вы видите энергию, которая создает движение, свет, тепло и звук, все они питаются активной мощностью. Реактивная мощность - это мощность, которая создает магнитные поля, приводящие в движение вращающееся оборудование, и зависит от коэффициента мощности. Формула коэффициента мощности следующая: активная мощность x 100 / полная мощность.

Если вы ищете способ сэкономить на расходах на потребление энергии, подумайте об установке конденсаторов. Использование правильных конденсаторов снизит составляющую реактивной мощности энергосистемы, что приведет к падению составляющей полной мощности.Результат? В результате вы получите более высокий коэффициент мощности.

Получение помощи

Понимание этих концепций может помочь вам повысить энергоэффективность вашего предприятия. Если вы устали платить больше, чем нужно, по счетам за электроэнергию, поищите специалистов, которые проведут оценку энергопотребления дома. Узнайте, что вы можете сделать, чтобы снизить уровень потребления энергии. С помощью команды опытных и проверенных электриков, которые выполнят эту работу за вас, вы сможете найти способ сэкономить на расходах и обеспечить лучшие финансовые показатели вашего предприятия.

Чтобы выбрать подходящего поставщика услуг, убедитесь, что вы делаете свою домашнюю работу. Ознакомьтесь с отзывами о фирме. Много жалоб или положительных отзывов? Что в большинстве отзывов говорится о качестве услуг фирмы? Учитывайте это при поиске поставщика электрических услуг. Также изучите предысторию компании. Как долго это было в бизнесе? Достаточно ли опыта, чтобы заработать прочную репутацию в отрасли? Предоставляет ли фирма качественные результаты?

Эти соображения имеют значение. Чем больше вы будете знать, тем легче вам будет выбрать фирму, которая будет удовлетворять ваши потребности в энергии. Если вы хотите сэкономить на расходах, начните искать подходящую фирму, которая поможет вам снизить потребление энергии и счета за коммунальные услуги.

Электрическое испытательное оборудование | электростанция с розеткой

В этой статье мы исследуем некоторые ключевые практические аспекты измерения и оценки качества электроэнергии. Как следует из названия, мы выходим далеко за рамки основных принципов, но, чтобы обеспечить прочную основу, мы начнем с краткого обзора некоторых основных концепций, касающихся мощности и качества электроэнергии.

Основы питания
Мгновенная мощность в цепи согласно IEEE1459 - и, без сомнения, другим аналогичным стандартам во всем мире - определяется как произведение мгновенного напряжения и мгновенного тока в цепи. Мгновенная мощность состоит из двух компонентов: активной и реактивной мощности. Активная мощность вырабатывается составляющей тока, которая находится в фазе с напряжением, и она течет в одном направлении от источника к нагрузке.Реактивная мощность вырабатывается составляющей тока, которая не совпадает по фазе с напряжением и, по сути, колеблется между источником и нагрузкой. Это означает, что чистая передача энергии от источника к нагрузке за счет реактивной мощности равна нулю.

При проведении измерений активная мощность - это среднее значение мгновенной мощности за интервал времени наблюдения. Математически это можно выразить формулой:

где P = активная мощность, T = 1 / f в циклах, K = целое число, ԏ = начало измерения и p = мгновенная мощность.

Активная мощность - это функция рассеивающих элементов схемы, которые часто являются сопротивлениями. Активная мощность, измеряемая в ваттах, является однонаправленной, и ее значение всегда положительно. В схемах, которые имеют синусоидальную форму волны тока и напряжения, активная мощность может быть выражена как

где θ - фазовый угол между напряжением и током.

Если посмотреть на реактивную мощность аналогичным образом, то это функция амплитуды колеблющейся мгновенной мощности, измеренной во времени, которую математически можно выразить формулой:

Реактивная мощность измеряется в ВАР (реактивная мощность в вольт-амперах) и является функцией реактивного сопротивления цепи.Как уже упоминалось, поскольку энергия, связанная с реактивной мощностью, колеблется между источником и нагрузкой, средняя чистая передача энергии нагрузке отсутствует. В цепях с синусоидальными формами тока и напряжения реактивная мощность может быть выражена как

где θ - фазовый угол между напряжением и током.

Еще одна важная величина - полная мощность. Это функция от полного импеданса цепи и равна произведению среднеквадратичного (действующего) тока и действующего напряжения.В синусоидальной системе без гармоник соотношение между реактивной мощностью (относящейся к реактивному сопротивлению), активной мощностью (относящейся к сопротивлению) и полной мощностью (относящейся к импедансу) может быть выражено графически в форме «треугольника мощности».

Применение теоремы Пифагора к этому треугольнику показывает, что квадрат кажущейся мощности равен сумме квадратов активной и реактивной мощностей или, выражаясь формулой

Коэффициент вытеснения
Рассматривая треугольник мощности, косинус фазового угла, то есть угол между напряжением и током, обозначается как коэффициент мощности смещения (DPF).Обратите внимание, что DPF действителен только для синусоидальных сигналов и не учитывает гармоники. По мере добавления реактивного сопротивления к цепи фазовый угол увеличивается, а DPF уменьшается. Например, в чисто резистивной схеме фазовый угол равен нулю, а DPF равен 1. Если добавлено реактивное сопротивление, увеличивающее фазовый угол до 8º, DPF падает до 0,992 и, если добавляется большее реактивное сопротивление для дальнейшего увеличения фазы угол до 26º, DPF падает до 0,898.

Поскольку реактивные нагрузки могут быть индуктивными или емкостными, значения DPF могут быть положительными или отрицательными, поскольку индуктивные нагрузки вызывают отставание тока от напряжения, тогда как емкостные нагрузки приводят к тому, что ток опережает напряжение. Когда ток отстает от напряжения, DPF является положительным, а когда ток опережает напряжение, DPF отрицательный.

Низкие значения DPF указывают на неэффективность энергосистем, потому что система должна поддерживать доставку реактивной мощности, которая не выполняет полезной работы. Повышение коэффициента мощности системы позволит ей передавать больше энергии нагрузке, уменьшая при этом общую нагрузку на такие компоненты, как кабели и трансформаторы. Как показывает этот пример, улучшения могут быть существенными.

Система подавала мощность на нагрузку с DPF 0,829. Полная отдаваемая мощность (то есть общая нагрузка на систему) составляла 7030 кВА, что составляло 95% от мощности системы. Отведенная активная мощность составила 5828 кВт, реактивная мощность - 3931 кВАр. Были предприняты шаги по увеличению DPF до 0,990, что снизило полную мощность до 5960 кВА, что эквивалентно 80,5% мощности системы. Активная мощность, передаваемая на нагрузку, осталась практически неизменной и составила 5900 кВт, в то время как реактивная (потраченная впустую) мощность была снижена до 0. 829 кВАр. Другими словами, повышение DPF с 0,829 до 0,990 высвободило 15% мощности энергосистемы!

На практике нагрузки в энергосистеме с большей вероятностью будут индуктивными, чем емкостными, поэтому DPF будет положительным. В таких случаях DPF можно улучшить, добавив конденсаторную батарею, которая снижает реактивную мощность и увеличивает активную мощность. Вот пример того, как это работает:

Можно видеть, что когда реактивное сопротивление конденсаторной батареи, добавленной к цепи, равно индуктивному реактивному сопротивлению нагрузок в цепи, общее реактивное сопротивление становится равным нулю, и цепь ведет себя так, как если бы это была чисто резистивная нагрузка.На практике такая идеальная коррекция коэффициента мощности маловероятна, но к ней можно приблизиться.

Конденсаторные батареи для коррекции коэффициента мощности обычно рассчитываются в кВАр. Основные значения, указанные на паспортной табличке, - это напряжение, частота и кВАр. Импеданс конденсаторной батареи можно рассчитать по формуле

где Q - номинальная мощность конденсаторной батареи в кВАр. Например, если батарея рассчитана на 10 кВ и 150 кВАр, ее полное сопротивление будет 667 Ом.

Общий коэффициент мощности
Возвращаясь теперь к треугольнику мощности, важно помнить, что он работает только с чисто синусоидальными сигналами - отношения, которые он воплощает, не сохраняются при наличии гармонических искажений.Это связано с тем, что при наличии гармоник они не изменяют фазовый угол тока, как индуктивная или емкостная нагрузка, а искажают форму волны тока.

Это означает, что в схемах с присутствующими гармониками DPF не является точным показателем коэффициента мощности, поскольку учитывает только фазовый сдвиг, а не искажение формы сигнала. По этой причине в цепях со значительными уровнями гармоник требуется другое измерение коэффициента мощности. Это общий коэффициент мощности (TPF или иногда просто PF), который учитывает искажения, а также фазовый сдвиг.

TPF определяется как мощность, деленная на полную мощность (P / S). Если в цепи нет гармоник, TPF равен DPF. Однако по мере увеличения уровня гармоник увеличивается и разница между TPF и DPF. Иногда встречается связанный параметр - коэффициент мощности искажения (dPF), который определяется как соотношение между TPF и DPF (TPF / DPF).

Энергетические системы и средства измерения
Давайте теперь перейдем к рассмотрению конфигураций и характеристик некоторых практических систем распределения энергии, а также того, как можно проводить измерения мощности в этих системах.Первая - это четырехпроводная система типа звезда (звезда), показанная здесь:



Преимущества этой схемы заключаются в том, что подключение нейтрали обеспечивает дополнительную безопасность, напряжения изоляции ниже, чем в большинстве других схем распределения энергии, и можно подключать нагрузки как между фазами, так и между фазами и нейтралью, что дает возможность выбора. двух разных напряжений питания. Недостатки заключаются в том, что неисправности могут привести к потере напряжения на одной фазе, а устройство чувствительно к гармоникам нулевой последовательности. Кроме того, фазы могут быть несбалансированными, что вместе с гармониками нулевой последовательности может вызвать высокие токи нейтрали. Поэтому необходимо предусмотреть нейтральный провод соответствующего номинала, что значительно увеличивает затраты.

Альтернативной схемой является трехпроводная конфигурация треугольником, показанная здесь:

Преимущества такой схемы заключаются в том, что гармоники нулевой последовательности автоматически подавляются, а неисправность не приводит к потере фазы.Кроме того, система будет оставаться сбалансированной при наличии несбалансированных однофазных нагрузок, хотя следует отметить, что дисбаланс может быть вызван фазовыми сдвигами. Стоимость ниже, чем у четырехпроводной системы, соединенной звездой, так как нейтральный провод не требуется. Недостатки заключаются в том, что потеря фазы увеличивает ток в остальных фазах, а это означает, что требуется более высокий уровень изоляции. К тому же отсутствие нейтрали снижает безопасность.

Следующее расположение, которое следует рассмотреть, имеет различные названия - дельта красного конца, дельта дикого участка, дельта высокого участка и другие.Как бы то ни было, в этой схеме используется дельта-трансформатор с центральным отводом для обеспечения двух источников на 120 В. Подробности показаны на следующей диаграмме; особенно обратите внимание, что угол между фазами составляет 90º, а не 120º, как обычно в трехфазных системах.

Преимущества трехфазной схемы «красный треугольник» заключаются в том, что она может обеспечивать три различных напряжения питания - 240 В, 208 В и 120 В - и что при небольшой трехфазной нагрузке можно использовать два индивидуальные трансформаторы вместо трех, что снижает затраты.Недостатки заключаются в том, что такое расположение может привести к дисбалансу из-за несбалансированных однофазных нагрузок, и что только ограниченная нагрузка может быть подключена между высокой ветвью и нейтралью. Такая компоновка также усложняет проектирование сети.

Последнее устройство, которое мы рассмотрим, - это двухфазное питание, которое чаще всего используется для однофазного электроснабжения жилой недвижимости.

Основными преимуществами такой конструкции являются простота и низкая стоимость.Кроме того, он обеспечивает два напряжения питания - 240 В и 120 В. Недостатками здесь являются то, что он может стать несимметричным, он чувствителен к гармоникам нулевой последовательности, и эти гармоники вместе с несимметричными нагрузками могут привести к высоким токам нейтрали.

Теорема Блонделя и преобразования дельта-звезда
Для каждой из рассмотренных схем на схемах были указаны подключения ваттметров. Однако полезно знать, что теорема Блонделя утверждает, что полная мощность в системе из N проводников может быть правильно измерена с помощью N ваттметров или элементов измерения ватт.N ваттметров подключаются отдельно, так что каждый из них измеряет уровень тока в одном из N проводников и уровень потенциала между этим проводником и общей точкой. Однако, если общей точкой является один из проводов, ваттметр на этом проводе может быть удален, что означает, что необходимы только N-1 ваттметров или ваттметров.

Также полезно знать, что фазные напряжения, измеренные между фазами в системе, соединенной треугольником, можно легко преобразовать в «виртуальное» напряжение между фазами, просто разделив линейные значения на √3. .Это позволяет просматривать значения мощности для каждого канала, но важно помнить, что этот расчет действителен только в том случае, если дельта-система, на которой выполняются измерения, сбалансирована. К счастью, дельта-системы обычно остаются сбалансированными даже при наличии несбалансированных нагрузок, но они могут стать несбалансированными при введении фазовых сдвигов.

Просмотр энергетических данных
При просмотре данных об энергии, собранных приборами качества электроэнергии, или, действительно, просмотре этих данных в реальном времени, одно из первых действий для проверки положительной активной мощности. Реверсирование активной мощности может происходить, когда энергия возвращается в систему энергоснабжения, когда в сеть включаются такие источники, как возобновляемые источники энергии и системы распределенной генерации. Отрицательная активная мощность проблематична, поскольку может привести к частому переключению ответвлений трансформатора, что приведет к чрезмерному износу устройств РПН.

Гистограммы

, показывающие почасовое потребление энергии за интервал тестирования, также предоставляют бесценную информацию. Стоит отметить моменты, когда потребление энергии находится на пике, а также проанализировать общее потребление полной, активной и реактивной энергии за интервал тестирования.

Данные, относящиеся к токам нейтрали, заслуживают внимания, поскольку высокие токи нейтрали указывают либо на плохо сбалансированные нагрузки, либо на проблемы с гармониками, которые указывают на необходимость дальнейшего исследования.

Значительная разница между TPF и DPF обычно является надежным индикатором присутствия гармоник, но необходимо сделать одно предостережение. Если очень маленькие нагрузки имеют высокие гармоники, это может быть связано с плохим отношением сигнал / шум в измерительной системе.Этой проблемы можно избежать путем правильного выбора трансформаторов тока, используемых для измерений. Не используйте, например, ТТ 6000 А для контроля цепи с током нагрузки 60 А!

Высокие уровни реактивной мощности - еще один призыв к действию, поскольку большую экономию средств часто можно получить, обеспечив емкостную компенсацию больших индуктивных нагрузок, особенно потому, что многие энергоснабжающие предприятия налагают штрафы за низкий коэффициент мощности. Тем не менее, чрезмерная компенсация также может быть проблематичной, и всегда важно проверять, является ли коэффициент мощности отстающим, а не опережающим.

Одна из причин заключается в том, что нагрузки с опережающим коэффициентом мощности могут отрицательно повлиять на работу генераторов. Регулятор напряжения в генераторе предназначен для поддержания выходного напряжения на заданном уровне. По мере увеличения запаздывающего противофазного тока он уменьшается до напряженности поля ротора. Регулятор напряжения выполняет компенсацию, увеличивая ток, подаваемый на ротор.

Если, однако, генератор питает нагрузку с опережающим коэффициентом мощности, по мере увеличения ведущего противофазного тока, это увеличивает напряженность поля ротора.Регулятор напряжения уменьшает ток, подаваемый на электромагнит, для компенсации. И, если ведущий противофазный ток становится достаточно большим, регулятор вообще не подает ток, что может привести к отключению из-за перенапряжения.

Нагрузки с ведущим коэффициентом мощности также могут вызывать проблемы с источниками бесперебойного питания (ИБП). У них есть система постоянного тока, которая преобразует переменный ток в постоянный, и система переменного тока, которая преобразует постоянный ток в переменный. Некоторые конструкции инверторов имеют большие емкостные выходные фильтры. Емкостное реактивное сопротивление этих фильтров смещает реактивное сопротивление нагрузок с запаздывающим коэффициентом мощности, что позволяет ИБП выдавать почти всю свою номинальную мощность. Однако, если нагрузка имеет опережающий коэффициент мощности, реактивное сопротивление фильтров увеличивает реактивное сопротивление нагрузок, серьезно ограничивая мощность, которую может выдавать ИБП.

Проведение энергетических испытаний
Выполнение энергетических испытаний установки состоит из четырех основных этапов: сравнительный анализ, аудит, рекомендация изменений и повторное тестирование. Мы рассмотрим каждый из них по очереди.

Стадия сравнительного анализа должна начинаться со сбора счетов за электроэнергию за один-три года и тщательного анализа потребления энергии за прошлые периоды.Следует определить годовые тенденции - потребление энергии постоянно увеличивается, уменьшается или остается примерно таким же? Также следует учитывать сезонные тенденции. Это нормальное явление, и этого следовало ожидать, но большие изменения могут указывать на проблемы, связанные с системами отопления, кондиционирования или управления технологическими процессами, или на необходимость улучшения теплоизоляции здания. Графики тарифов на коммунальные услуги также должны быть тщательно изучены на случай, если есть возможность сократить затраты на электроэнергию, например, путем изменения графика энергопотребляющих операций.

Бенчмаркинг должен также включать в себя перечисление всего оборудования, потребляющего первичную энергию, на площадке и запись часов работы каждой единицы оборудования. Особое внимание следует уделять освещению, поскольку его влияние на общее потребление энергии часто недооценивается. Следует учитывать тип освещения, а также адекватность уровня освещенности в здании.

Следующий шаг - аудит; но перед тем, как продолжить, необходимо очень тщательно обдумать меры безопасности.Проверьте место нахождения на предмет угроз безопасности, убедитесь, что все системы соответствуют применимым нормам и стандартам, и проверьте наличие плохих соединений - для этого может пригодиться тепловизионная камера. Помните, что плохие соединения означают более высокое сопротивление, что не только угрожает безопасности, но и представляет собой потерю энергии.

Аудит будет включать в себя регистрацию использования энергии всего объекта за определенный период времени, но также важно индивидуально регистрировать энергопотребление первичных энергопотребляющих единиц оборудования.Однако перед началом записи необходимо выбрать соответствующие преобразователи тока.

Выберите преобразователи с правильным диапазоном: если диапазон слишком низкий, CT может насыщаться, но если он слишком высокий, это приведет к плохому разрешению. Также подумайте, понадобится ли датчик с гибким сердечником или с разъемным сердечником: подойдет ли он к месту, где он должен быть установлен, и нужны ли ему батареи? Если вы работаете в зоне с высоким ЭДС, тогда датчик с разъемным сердечником будет лучшим вариантом, а если вы записываете постоянный ток, вы должны использовать КТ с эффектом Холла.

При программировании прибора, который будет делать записи для аудита, прежде всего убедитесь, что выбрана правильная конфигурация мощности, затем установите скорость потребления на ту же скорость, что и счетчик доходов, обращая внимание на то, является ли она фиксированной или скользящей. ставка и является ли это интервалом спроса или тарифом со ставкой спроса. Обязательно включите гармоническую запись!

После завершения предварительных мероприятий можно начинать этап мониторинга аудита. При подключении анализатора PQ всегда используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ).Убедитесь, что провода напряжения подключены правильно в соответствии с инструкциями, предоставленными производителем анализатора, что диапазоны ТТ установлены правильно и что ТТ подключены в правильном направлении. Затем убедитесь, что мощность (кВт) положительна, и проверьте фазовые углы.

Использование прибора, который автоматически проверяет правильность настройки перед началом долгосрочной записи, является большим преимуществом. Досадно и дорого возвращаться к инструменту через неделю и обнаруживать, что запись была прервана из-за простой ошибки.Когда все будет готово, убедитесь, что инструмент заземлен, еще раз проверьте, действительно ли он записывает, затем заблокируйте его и оставьте его работать. Записи общего энергопотребления объекта и потребления основных единиц оборудования должны продолжаться как минимум в течение одной полной недели.

В конце этого времени проанализируйте данные, уделяя особое внимание анализу энергопотребления, просмотру гистограммы энергопотребления, а также изучению реактивной мощности, коэффициента вытесняющей мощности, истинного коэффициента мощности, дисбаланса и гармоник.Проведите этот анализ не только для всего объекта, но и для каждого из основных элементов энергопотребляющего оборудования.

Используя информацию, полученную в результате этого анализа, почти всегда можно порекомендовать изменения, которые улучшат энергоэффективность и снизят затраты на электроэнергию объекта. Типичные примеры включают снижение нагрузок, перенос нагрузок на часы непиковой нагрузки, установку более энергоэффективного освещения, снижение требований к обогреву и охлаждению и улучшение теплоизоляции.Практически в каждом случае экономия быстро окупит затраты на аудит и необходимые улучшения во много раз.

Осталось еще одно задание. После внесения рекомендованных улучшений вернитесь на объект и повторите аудит! Таким образом, эффективность улучшений будет подтверждена, и может оказаться даже возможным предложить дальнейшие улучшения. В конце концов, энергоэффективность - это постоянное улучшение, а не разовое исправление!

Реактивная мощность и требования к соединениям для фотоэлектрических и ветряных электростанций

Автор: Sandia National Laboratories [1]

Содержание

Фон

Напряжение в магистральной системе Северной Америки обычно регулируется операторами генераторов, которым обычно предоставляются графики напряжения от операторов системы передачи.В прошлом электростанции с регулируемой производительностью считались очень небольшими по сравнению с обычными генерирующими установками и, как правило, представляли собой либо индукционные генераторы (ветряные), либо инверторы с коммутацией линий (PV), которые не имели встроенной способности регулирования напряжения. Регулирование напряжения в основной системе обеспечивалось почти исключительно синхронными генераторами. Однако растущий уровень проникновения нетрадиционной возобновляемой генерации, особенно ветровой и солнечной, привел к необходимости того, чтобы возобновляемая генерация вносила более значительный вклад в напряжение энергосистемы и регулирование реактивной мощности.По большей части новые ветряные электростанции используют асинхронные генераторы с двойным питанием или машины полного преобразования с самокоммутируемыми электронными интерфейсами, которые обладают значительной динамической реактивной способностью и возможностью регулирования напряжения. Если необходимо выполнить требования к межсетевому соединению, реактивная мощность солнечных и ветряных электростанций может быть дополнительно увеличена путем добавления статического компенсатора реактивной мощности (SVC), статических компенсаторов (STATCOMS) и другого реактивного вспомогательного оборудования на уровне станции. Следует отметить, что преобразователи должны быть больше по размеру, чтобы обеспечивать реактивную мощность на полной мощности. В настоящее время реактивная способность на основе инвертора более дорогостоящая по сравнению с той же способностью, обеспечиваемой синхронными машинами. Частично по этой причине Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) в Приказе 661A (применимом к ветрогенераторам) предусмотрела, что оператор передачи должен провести исследование на конкретном участке, чтобы обосновать требование реактивной способности с запаздыванием до 0,95, чтобы опередить в точке. взаимосвязи. Ожидается, что для солнечных фотоэлектрических систем в ближайшем будущем будут сформулированы аналогичные требования к межсоединениям для диапазона коэффициента мощности и сквозного прохода низкого напряжения.Инверторы, используемые для солнечных фотоэлектрических и ветряных электростанций, могут обеспечивать реактивную способность при частичной выходной мощности, но любая реактивная способность инвертора на полной мощности подразумевает, что преобразователь должен иметь больший размер, чтобы выдерживать полный активный и реактивный ток.
Тем не менее, ресурсы переменной генерации, такие как ветровые и солнечные фотоэлектрические системы, часто расположены в удаленных местах со слабыми линиями передачи. Для ветряных парков и солнечных фотоэлектрических станций нередки коэффициенты короткого замыкания (т. Е. Отношения мегавольт-ампер (МВА) трехфазного короткого замыкания, деленные на номинальную мощность электростанции в МВА) не более 5.Поддержка напряжения в таких системах является жизненно важной вспомогательной услугой для предотвращения нестабильности напряжения и обеспечения хорошей передачи мощности.
Регулирование напряжения в распределительных системах обычно выполняется на уровне распределительной подстанции, а регулирование напряжения распределения распределенными ресурсами не допускается IEEE 1547. Обычно распределенные ресурсы работают с фиксированным коэффициентом мощности по отношению к локальной системе.

Реактивная способность синхронных генераторов


Обычно, когда реактивная способность ресурсов переменного генерирования указывается для соединений передачи, это делается в точке соединения (POI), которая является точкой, в которой мощность доставляется в систему передачи. Это часто (но не всегда) на стороне высокого напряжения главного трансформатора объекта. Типичным требованием будет отставание 0,95 для опережающего коэффициента мощности в точке POI, что означает, что машина должна быть способна впрыскивать или поглощать эквивалент примерно 1/3 своей активной мощности (МВт) в качестве реактивной мощности (МВАр). Это отставание от опережающей спецификации возникло из приказа FERC 2000 (Соглашение о межсетевом соединении крупных генераторов) и было предложено Североамериканской корпорацией по надежности электроснабжения (NERC) в качестве типичного примера возможности синхронного генератора.На самом деле синхронные генераторы почти всегда применяются с коэффициентом мощности, измеренным на клеммах, а не в точке POI. Обычная реактивная мощность синхронного генератора обычно описывается «кривой D», которая охватывает диапазон от нуля до номинальной выходной мощности. Однако следует отметить, что синхронные генераторы ограничены минимальной нагрузочной способностью генерирующей установки. Некоторые обычные генераторы предназначены для работы в качестве синхронных конденсаторов, что позволяет им обеспечивать реактивную мощность при нулевой нагрузке, но они по-прежнему не могут работать между нулевой и минимальной нагрузкой.Способность обеспечивать реактивную мощность при нулевой нагрузке должна быть предусмотрена в установке, и это невозможно для многих более крупных конструкций. Значение вышеизложенного состоит в том, что практическая реактивная мощность типичного синхронного генератора более ограничена, чем показывает типичная «D-кривая».

Допуская пренебрежимо малую вспомогательную нагрузку, соответствующий коэффициент мощности на интерфейсе передачи может быть легко вычислен с учетом коэффициента мощности генератора на клеммах и реактивного сопротивления повышающего трансформатора генератора.Как правило, генератор с реактивной способностью отставания 0,9, опережение 0,983 (измерено на клеммах генератора), подключенный к системе передачи через трансформатор с реактивным сопротивлением утечки 14% на базе генератора MVA, может обеспечить отставание 0,95 для опережения при передаче. интерфейс, если система передачи работает при номинальном (т. е. 100%) напряжении.

Типичные спецификации для синхронных генераторов требуют отставания 0,90 (чрезмерное возбуждение) и опережения 0,95 (недостаточное возбуждение) на клеммах машины, чтобы обеспечить регулирование напряжения в диапазоне напряжения передачи в пределах от 90% до 110% от номинального.Синхронные генераторы имеют максимальное постоянное напряжение 105% и минимальное постоянное напряжение 95%. В зависимости от напряжения системы и уровня выходной мощности генератора эти ограничения могут вступить в силу, и в этом случае реактивная мощность будет снижена. Например, на рисунке слева показана допустимая реактивная мощность в точке POI для синхронного генератора при номинальной мощности с типичной реактивной способностью от 0,90 до 0,95 опережения на клеммах машины, подключенных к системе через 14% MVA base) повышающий трансформатор реактивного сопротивления.Обратите внимание, что диапазон коэффициента мощности при перенапряжении в точке POI составляет примерно 0,95 запаздывания для напряжения системы при номинальном или ниже, но резко падает при напряжениях выше номинала. Точно так же диапазон коэффициента мощности при недовозбуждении в точке POI на самом деле близок к -0,9 опережения (то есть Q = 0,48 x P) для напряжений выше 100% от номинального, но возможности снижаются для напряжения системы ниже номинального.
Спецификация отставания 0,95 для опережения при полной мощности обычно оговаривается для переменной генерации. Однако ограничения напряжения на клеммах также влияют на реактивную мощность генераторов переменной мощности; поэтому, чтобы зафиксировать этот эффект, зависимость реактивной мощности от напряжения следует указывать отдельно от реактивного диапазона.Например, в дополнение к требованию запаздывания для опережения диапазона реактивной мощности 0,95, диаграмму, показанную на рисунке справа, можно использовать для определения реактивной мощности в зависимости от характеристики напряжения.

Реактивная способность или требования к ветровым и солнечным фотоэлектрическим генераторам

В

фотоэлектрических генераторах и некоторых типах ветряных генераторов используются преобразователи мощности. Реактивная способность преобразователей отличается от реактивной способности синхронных машин, поскольку они обычно не ограничиваются мощностью, как синхронные машины, а ограничиваются внутренними ограничениями по напряжению, температуре и току.

Реактивная мощность ветрогенераторов

Ветрогенераторы с интерфейсом преобразователя часто рассчитаны на работу от 90% до 110% номинального напряжения на клеммах. Диапазон запаздывающего коэффициента мощности может уменьшаться по мере увеличения напряжения на клеммах из-за внутренних ограничений напряжения и может уменьшаться при уменьшении напряжения на клеммах из-за ограничений по току преобразователя. Опережающая способность обычно увеличивается с увеличением напряжения на клеммах. Эти характеристики также применимы к фотоэлектрическим инверторам.Ветрогенераторы с двойным питанием и с полным преобразователем часто продаются с характеристиками реактивной способности «треугольной», «прямоугольной» или «D-образной». Это представляет реактивную мощность отдельных ветряных генераторов или фотоэлектрических инверторов.
Машины с прямоугольной или D-образной характеристикой реактивной способности могут использоваться для обеспечения услуги регулирования напряжения, когда они не вырабатывают активную мощность (например, в условиях низкой скорости ветра для ветрового ресурса или ночью для фотоэлектрического ресурса, или во время свертывания) при работе в режиме СТАТКОМ.Однако эта возможность может быть недоступна или отключена по умолчанию. В отличие от генераторов ветряных турбин с двойным питанием или с полным преобразователем, индукционные ветрогенераторы без преобразователей не могут управлять реактивной мощностью. В установившемся режиме они поглощают реактивную мощность, как и любые другие индукционные машины. Обычно конденсаторы с механической коммутацией устанавливаются на клеммах ветрогенератора для корректировки коэффициента мощности до единицы. Несколько конденсаторных каскадов используются для поддержания коэффициента мощности, близкого к единице, во всем диапазоне мощности.

Реактивная мощность фотоэлектрических инверторов

Фотоэлектрические инверторы

имеют такую ​​же технологическую конструкцию, что и ветрогенераторы с полным преобразователем, и все чаще продаются с аналогичной реактивной мощностью. Однако исторически фотоэлектрические инверторы были разработаны для использования в распределительной системе, где применимые стандарты межсоединений (IEEE 1547) в настоящее время не позволяют регулировать напряжение. Инверторы для этого приложения предназначены для работы с единичным коэффициентом мощности и продаются с номинальной мощностью в киловатт (кВт), а не с мощностью в киловольт-ампер (кВА).Подобно инверторным ветряным генераторам, фотоэлектрические инверторы обычно рассчитаны на работу в пределах от 90% до 110% номинального напряжения на клеммах. Реактивная мощность инвертора, насколько она доступна, зависит от напряжения на клеммах. Кроме того, входное напряжение постоянного тока может также влиять на реактивную мощность при использовании одноступенчатых инверторов. Например, низкое значение точки максимальной мощности (MPP) может снизить откладывающуюся реактивную мощность. С увеличением использования фотоэлектрических инверторов в сети электропередач отрасль движется к способности обеспечивать реактивную мощность.Некоторые фотоэлектрические инверторы могут поглощать или вводить реактивную мощность, если это необходимо, при условии, что номинальные значения тока и напряжения на клеммах не превышаются. Учитывая, что стоимость инвертора зависит от номинального тока, обеспечение реактивной мощности на «полной мощности» означает, что инвертор должен быть больше для того же номинального значения МВт установки, что требует более высоких затрат по сравнению с существующей отраслевой практикой. На рисунке справа показана реактивная способность инвертора, основанная только на ограничениях по току. Исходя из исторической отраслевой практики, этот инвертор будет рассчитан на работу с единичным коэффициентом мощности (P1).Инверторы смогут производить или поглощать реактивную мощность, когда они работают на уровнях мощности ниже P1 (например, P2). Однако в ответ на недавние сетевые нормы, такие как немецкий BDEW, все больше производителей фотоэлектрических инверторов «занижают» свои инверторы и теперь предоставляют мощность как в кВт, так и в кВА. В принципе, инверторы также могут обеспечивать поддержку реактивной мощности при нулевой мощности, аналогично STATCOM. Однако эта функциональность не является стандартной в отрасли. Фотоэлектрические инверторы обычно отключаются от сети в ночное время, и в этом случае мощность реактивной мощности инвертора недоступна.Эта практика, конечно, может быть изменена, если условия площадки диктуют использование реактивной способности в периоды, когда генерация обычно находится в автономном режиме.

Реактивная способность установок переменной генерации


Требования к реактивной мощности для соединения указываются в точке интереса. Это важное соображение для ветряных и солнечных электростанций. Прежде всего, это означает, что при проектировании станции можно учесть несколько технических вариантов для удовлетворения требований к межсетевым соединениям.Технически, установка с инверторными ветряными или солнечными генераторами может полагаться на инверторы для обеспечения части или всего необходимого диапазона реактивной мощности в точке интереса. Может быть более экономичным использовать внешние статические и динамические устройства, такие как STATCOM, SVC или конденсаторы с механической коммутацией (MSC). Требуемый дополнительный объем реактивной поддержки зависит от реактивной способности отдельных ветряных генераторов фотоэлектрических инверторов и от того, как она используется. Иногда требуется внешняя динамическая реактивная поддержка, чтобы обеспечить соблюдение требований к постоянному напряжению.
В периоды слабых ветровых или солнечных ресурсов некоторые генераторы на станции могут отключаться от сети. Напряжение постоянного тока для солнечных фотоэлектрических инверторов может ограничивать реактивную мощность инверторов. Это следует учитывать при определении мощности реактивной мощности для электростанций с регулируемой производительностью. Ниже определенного уровня выходного сигнала имеет смысл, чтобы в спецификации был указан диапазон пониженного коэффициента мощности или допустимый диапазон в МВАр.
Требования к межсетевым соединениям часто применяются к ветряным электростанциям, подключенным к передаче.В случае фотоэлектрических модулей требование поддерживать диапазон реактивной мощности на полной мощности представляет собой изменение по сравнению с исторической отраслевой практикой. Это влияние на стоимость может быть значительным, если фотоэлектрическая установка полагается на фотоэлектрические инверторы для обеспечения части или всей необходимой реактивной мощности на уровне предприятия. На рисунке справа показана кривая реактивной мощности для работы с единичным коэффициентом мощности на основе фотоэлектрической установки (красная линия) и ее сравнение с «треугольным» требованием реактивной мощности (синяя линия), которое обычно указывается для межсоединений передачи.В этом случае фотоэлектрическая установка не будет соответствовать требованиям на полной мощности без увеличения мощности инвертора, снижения номинальных характеристик установки или установки внешних устройств поддержки реактивной мощности. Чтобы достичь диапазона коэффициента мощности 0,95, чтобы опередить точку POI при номинальной выходной мощности установки с использованием только инверторов, общий номинал инвертора должен увеличиться на целых 10% с учетом реактивных потерь. Следует отметить, что как фотоэлектрические установки, так и инверторные ветряные установки технически способны обеспечивать реактивную способность на полной мощности.Разница в том, что такое требование является новым для солнечной отрасли по сравнению с ветроэнергетикой.
Требование, обозначенное синей кривой, может не требоваться для всех фотоэлектрических станций, подключенных к передаче. Учитывая, что большинство фотоэлектрических станций относительно малы, а выходная мощность является переменной, работа по красной кривой или с единичным коэффициентом мощности может быть столь же выгодна для системы, как и работа по синей кривой. В периоды, когда этого требуют системные условия, этим установкам можно было бы дать указание снизить выходную активную мощность, чтобы можно было поддерживать диапазон реактивной мощности.
В дополнение к описанной выше зависимости реактивной способности от уровня выходного сигнала, полная спецификация должна учитывать ожидаемую реактивную способность в условиях напряжения, отличного от номинального.

Статическая и динамическая реактивная способность

Обеспечение динамической реактивной способности может иметь финансовые последствия, отличные от статической реактивной способности, и поэтому должно быть указано отдельно. Некоторые сетевые коды определяют как динамический диапазон, так и полный диапазон реактивной работы.Например, код сетки может указывать динамический диапазон отставания 0,95 для опережения и общий диапазон от 0,90 до 0,95 опережения, указывая на необходимость плавной и быстрой работы между отставанием 0,95 и опережением 0,95, но с учетом некоторой временной задержки для запаздывания. коэффициенты мощности ниже 0,95. Динамическая реактивная способность преобразователей может быть обеспечена почти мгновенно, аналогично синхронным машинам, почти мгновенно (т. Е. В пределах цикла) реагируя на изменения напряжения системы, чтобы поддерживать систему во время переходных процессов, таких как короткие замыкания, коммутационные скачки. , так далее.Конденсаторы постоянной емкости или реакторы могут использоваться для смещения динамической реактивной способности в сторону отстающей или опережающей стороны, соответственно, по мере необходимости. Если имеется недостаточная динамическая реактивная способность, доступная из ресурсов генерации переменных, может возникнуть необходимость дополнить ресурсы генерации переменных с помощью SVC или STATCOM.
Нединамические реактивные источники, такие как дополнительные механически переключаемые конденсаторы или реакторы, могут быть установлены для увеличения общей (но не динамической) реактивной способности.Время отключения находится в диапазоне циклов, а не секунд. Однако после отключения конденсаторы не могут быть повторно вставлены без предварительной разрядки (если не используется синхронное переключение). Обычно разрядка занимает пять минут. Трансформаторы с быстрой разрядкой могут применяться для разрядки за несколько секунд. Хорошая инженерная практика требует рассмотрения работы переключаемых реактивных ресурсов. Например, иногда требуется, чтобы запаздывающая реактивная способность вводилась в действие как функция переменной выходной мощности, независимо от состояния напряжения в системе.Оператор передачи может потребовать, например, чтобы конденсаторы были введены в эксплуатацию для компенсации реактивных потерь передачи всякий раз, когда мощность ветряного парка превышает 90% от номинальной мощности. Если напряжение в системе высокое и турбины уже работают с максимальным пределом коэффициента мощности, включение конденсаторов может вызвать высокое переходное и установившееся перенапряжение, которое может привести к отключению турбины и другим трудностям в эксплуатации. Может потребоваться отрегулировать отводы трансформатора для смещения напряжений турбины в безопасном направлении, если такая операция необходима.

Рекомендации по эксплуатации

Реактивная способность систем передачи обычно реализуется в режиме регулирования напряжения. Оператор системы передачи предоставляет график напряжения, и ожидается, что генератор (обычная или переменная генерация) отрегулирует реактивную мощность, чтобы поддерживать напряжение близко к уровню уставки. Обычно это делается путем регулирования напряжения на клеммах ресурса на стороне низкого напряжения главного трансформатора ресурса. Другой появляющейся практикой является регулировка реактивного выхода в соответствии с характеристикой «реактивного спада» с использованием передаваемого напряжения.Обычно используется реактивное падение в диапазоне от 2% до 10%. Типичное падение на 4% просто означает, что ресурс будет регулировать реактивный выход линейно с отклонением от запланированного напряжения, так что полная реактивная способность раскрывается, когда измеренное напряжение отклоняется от запланированного напряжения более чем на 4%. Отклонение в 1% приводит к развертыванию 25% доступной реактивной мощности и т. Д. Отклонение напряжения меньше предела зоны нечувствительности не потребует ресурсов для изменения выходной реактивной мощности.
Спецификации требования к реактивному спаду (например, зона нечувствительности отклика на спад вместе со временем реакции на изменения напряжения) могут привести к требованиям к динамической поддержке реактивной мощности, а также к потенциально быстродействующему поведению контроллера установки. Возможность реактивного спада - это новая возможность для солнечных фотоэлектрических станций, хотя нет никаких технических препятствий для реализации таких схем управления. Отдельные ветряные генераторы и солнечные фотоэлектрические инверторы обычно следуют уставке коэффициента мощности или реактивной мощности.Уставку коэффициента мощности можно отрегулировать с помощью регулятора напряжения / мощности на уровне предприятия, что позволяет генераторам участвовать в управлении напряжением. В некоторых случаях относительно медленный интерфейс связи (порядка нескольких секунд) инверторов ограничивает время отклика реактивной мощности.
Реактивные спады менее 2% для регулирования напряжения в системе передачи - это, по сути, «взрывные» регуляторы напряжения, которые могут вызывать колебания, вызывать чрезмерно быстрые колебания напряжения и истощать реактивные резервы на случай непредвиденных обстоятельств.Они могут быть необходимы в некоторых слабых системах, но их по возможности следует избегать. Для крупных электростанций, подключенных к системе передачи, управление реактивной мощностью (фиксированная Q) и управление коэффициентом мощности (фиксированное отношение Q к P) обычно не используется, потому что они могут привести к неправильной реакции на колебания напряжения в системе и обычно отвлекают от локальной системы. стабильность напряжения. Однако следует отметить, что реактивное управление или управление коэффициентом мощности являются разумными вариантами при подключении к очень жесткой шине по сравнению с размером установки.Это важное соображение в ожидании того, что более мелкие заводы должны быть учтены в стандартах NERC. Кроме того, для генераторов, подключенных к распределительной сети, подходят управление реактивной мощностью или управление коэффициентом мощности.

Обзор существующих стандартов реактивной мощности

В следующих разделах обсуждаются основные требования к реактивной мощности, применимые в Северной Америке и за рубежом.

Стандарты, применяемые в Северной Америке

FERC

Приказ FERC 661A применяется конкретно к ветряным электростанциям с суммарной паспортной мощностью более 20 МВА.Операторы передачи обычно требуют от ветрогенераторов обеспечивать отставание в 0,95, чтобы опережать диапазон коэффициента мощности в точке соединения, а также возможность регулирования напряжения. Приказ 661A возлагает на оператора передачи бремя установления потребности в требовании коэффициента мощности до отставания 0,95 для опережения диапазона коэффициента мощности, а также потребности в динамической реактивной способности. Некоторые операторы передачи предпочли бы интерпретировать Приказ 661-A как базовое требование, основанное на необходимости на уровне системы, а не на индивидуальной основе.По-прежнему существует большая неопределенность в отношении этого вопроса для всех типов генерации переменных. Кроме того, существуют разные интерпретации и отсутствие ясности в отношении количества требуемой динамической реактивной мощности по сравнению со статической, с Приказом 661-A, требующим, чтобы ветряные электростанции обеспечивали достаточную поддержку динамического напряжения вместо стабилизатора энергосистемы (PSS) и автоматического напряжения. регулятор (АРН). Требования FERC к межсетевым соединениям в настоящее время не содержат формулировок, применимых к солнечной генерации.Однако процедуры присоединения генерации в Калифорнии были недавно пересмотрены с целью включения положений, аналогичных Приказу FERC 661A, но применимых ко всем асинхронным генераторам.

NERC

Применимость стандартов NERC к производителям определена в Заявлении о соответствии критериям реестра NERC (редакция 5.1). Генераторы мощностью более 20 МВА, завод / объект мощностью более 75 МВА в совокупности, любой генератор, являющийся блоком «черный пуск», подчиняется стандартам NERC.Региональные стандарты и другие требования дополняют стандарты НКРЭ. Важным соображением является то, что стандарты NERC, в отличие от некоторых региональных сетевых кодексов, стремятся быть технологически нейтральными. Хорошим примером этой философии является стандарт PRC-024 по допускам по напряжению и частоте, который в настоящее время разрабатывается.
NERC FAC-001 предписывает владельцу передачи определять и публиковать требования к подключению для оборудования, включая генераторы. Требования к подключению должны учитывать реактивную мощность и требования к управлению (R2.1.3 и R2.1.9). Как указано в предыдущем разделе, способ использования реактивной мощности влияет на требования к межсоединениям. В этом отношении стандарты NERC VAR рассматривают эксплуатационные требования в отношении управления реактивной мощностью, хотя используемый язык более уместен для синхронной генерации и может быть изменен, чтобы лучше адресовать генерацию переменных. В VAR-001 R3 указано, что « Оператор передачи должен указать критерии, которые освобождают производителей от соблюдения требований, определенных в Требовании 4 и Требовании 6.1. ”VAR-001 R4 и R6.1 относятся к требованиям для работы в режиме автоматического регулирования напряжения или регулирования реактивной мощности. VAR-002 указывает, что генераторы с автоматическими регуляторами напряжения должны работать в режиме управления напряжением, если иное не указано оператором передачи.
Стандарты присоединения, выпущенные операторами передачи в соответствии с FAC-001, не являются единообразными. Некоторые операторы передачи прямо рассматривают требования к реактивной мощности, а некоторые просто ссылаются на проформу FERC LGIA / SGIA.Например, в заявлении Idaho Power о соответствии требованиям NERC FAC-001 в Разделе R2.1.9 указано, что «Требования к контролю напряжения, реактивной мощности и коэффициента мощности IPC для генераторов описаны в соглашениях о взаимном подключении генераторов. Требования к генераторам мощностью более 20 МВт перечислены в разделе 9.6 Стандартного соглашения о присоединении крупных генераторов (LGIA) IPC. Для генераторов мощностью менее 20 МВт в разделе 1.8 Соглашения IPC о присоединении малых генераторов (SGIA) описаны требования. »В отличие от этого, в Разделе G3.1.2.2 Справочника по объединению генерации Pacific Gas and Electric Company (PG&E) говорится, что« Ветрогенераторные установки должны обеспечивать единичный коэффициент мощности в точке соединения (POI), если только в исследованиях PG&E не указывается диапазон. PG&E может дополнительно потребовать обеспечения реактивной поддержки, эквивалентной той, которая обеспечивается при работе синхронного генератора в любом месте в диапазоне от 95% опережающего коэффициента мощности (поглощающая переменная) до 90% запаздывающего коэффициента мощности (производящая переменную) в рабочем диапазоне ± 5%. номинального напряжения на клеммах генератора и полной нагрузки.(Это типично, если проект индукции превышает 1000 кВт.) »Далее, в G3.1.3, в документе PG&E говорится, что« Инверторные генерирующие установки должны обеспечивать реактивную мощность (Вар) для управления напряжением. Он должен быть измерен на стороне объекта (обычно на стороне низкого напряжения) повышающего трансформатора, который подключается к PG&E. Реактивная способность объекта должна быть, по крайней мере, способна обеспечивать систему как минимум 43% номинальной мощности объекта и принимать 31% номинальной мощности объекта ватт от системы. ”Другие стандарты, касающиеся реактивной мощности, рассматриваются ниже.

ERCOT
Процедуры подключения генератора

ERCOT или запроса на изменение применяются к отдельным блокам мощностью более 20 МВА или нескольким блокам (например, ветровым и солнечным генераторам) с совокупной мощностью 20 МВА, подключенным к системе передачи. Требуемый диапазон коэффициента мощности составляет 0,95 отставания для опережения при максимальной выходной мощности и должен обеспечиваться в точке POI (передача). При частичной мощности реактивная способность должна быть до диапазона в МВАр при номинальной мощности или, по крайней мере, до требуемого диапазона при номинальной мощности, масштабируемого отношением активной мощности к номинальной мощности.Реактивный диапазон должен соответствовать профилю напряжения, установленному ERCOT. Все генераторы должны соблюдать график напряжения в пределах реактивной способности генератора и работать в режиме регулирования напряжения, если ERCOT не предписывает иное при уровнях выходной мощности, равных или превышающих 10% от номинальной выходной мощности. [2]

Калифорнийский независимый системный оператор

Калифорнийский независимый системный оператор (CAISO) недавно предложил более подробные требования к коэффициенту мощности, которые применяются ко всем формам «асинхронной генерации» (включая ветровую и солнечную).Предлагаемое требование заключалось в запаздывании на 0,95 для опережения базовых требований по коэффициенту мощности в точке интереса. Параллелограмм использовался для определения зависимости реактивной мощности от напряжения. Предлагаемый стандарт также допускает допустимый диапазон реактивной мощности, когда выходная мощность генерирующего объекта ниже 20% от номинальной выходной активной мощности. Он также заявил, что реактивная мощность должна быть обеспечена при полной выходной реальной мощности, и пояснил, что возможности реактивной мощности могут быть удовлетворены с помощью внешнего оборудования поддержки статической или динамической реактивной мощности.Специальное требование для автоматического регулирования напряжения включало определения зоны нечувствительности по напряжению и времени отклика. FERC отклонила предложение CAISO на том основании, что базовые требования к реактивной мощности должны быть обоснованы конкретным исследованием межсетевого взаимодействия.

HECO

Гавайская электрическая компания (HECO) в настоящее время определяет требования к коэффициенту мощности посредством соглашения о межсетевом соединении и процесса соглашения о закупке электроэнергии, в том числе для площадок мощностью менее 20 МВт.Требования аналогичны требованиям, предложенным другими органами, с указанием того, что требование VAR (которое соответствует коэффициенту мощности 0,95 при номинальной мощности) будет удовлетворительным вместо требования коэффициента мощности.

AESO

Оператор электросистем Альберты (AESO) определяет требования к реактивной мощности для ветряных генераторов, как показано на рисунке справа. Основное требование заключается в том, что устойчивая реактивная мощность должна соответствовать или превышать коэффициент мощности от 0,9 до 0,95 в зависимости от агрегированного уровня МВт станции.Часть реактивной способности, отставание от 0,95 до опережения 0,985, должна быть динамической. Кратковременная реактивная мощность, которая может поддерживаться в течение одной секунды или дольше, учитывается при определении требуемой динамической реактивной мощности. При условии рассмотрения и утверждения AESO несколько ветряных электростанций, подключенных к общей передающей подстанции, могут рассмотреть возможность объединения регулирования напряжения и реактивной мощности от одного источника для удовлетворения общих требований к реактивной мощности. Целью требований регулирования напряжения является достижение разумного отклика на помехи, а также установившееся регулирование +/- 0.5% от контролируемого напряжения. Стандарт определяет минимальные требования к динамической реактивной мощности и позволяет некоторым управляемым реактивным устройствам, таким как батареи конденсаторов, удовлетворять требованиям к общей реактивной мощности. Характеристики реактивной мощности и регулирование напряжения оцениваются на стороне низкого напряжения повышающего трансформатора (ов) передачи и при номинальном напряжении коллекторной системы.

Требования к реактивной мощности, применимые к распределительной системе межсоединений

В Северной Америке распределительные межсоединения в целом соответствуют стандартам IEEE 1547, как это указано в стандартных процедурах FERC для генераторов (SGIP) и процессах межсоединений на уровне штата.Что касается реактивной мощности, IEEE 1547.1 утверждает, что коэффициент выходной мощности должен составлять 0,85 от опережения или выше; однако фотоэлектрические и ветряные системы, подключенные к распределительной сети, обычно проектируются для работы с единичным или опережающим коэффициентом мощности при управлении коэффициентом мощности и могут обеспечивать небольшую реактивную способность или ее отсутствие на полной мощности. Управление напряжением, которое часто требуется для генерации, подключенной к передаче, не разрешено в соответствии с IEEE 1547.

Сводка
Сводка существующих стандартов реактивной мощности
Стандартный Технологический адрес Требования к коэффициенту мощности Диапазон напряжения Специфицированное оборудование (статическое / динамическое) Режимы управления
FERC 661A - Приложение G Ветряные установки 0.95 отставание в точке соединения (POI), бремя доказательства требуется от поставщика передачи Не указано? С помощью силовой электроники в пределах ограничений, обусловленных уровнем напряжения и активной выходной мощностью, или постоянными и переключаемыми конденсаторами по согласованию с поставщиком услуг передачи Без адреса
NERC FAC-001 Генераторы мощностью более 20 МВА, завод / объект мощностью более 75 МВА в совокупности, любой генератор, являющийся блоком «черный пуск», и любой генератор, подключенный к основной системе передачи (обычно 100 кВ и выше). Поручает владельцу передачи определить и опубликовать требования к подключению. Требования к подключению должны учитывать реактивную мощность и требования к управлению. Стандарты присоединения, выпущенные операторами передачи в соответствии с FAC-001, не являются единообразными. Не указано? Без адреса VAR-001 R4 и R6.1 относятся к требованиям для работы в режиме автоматического регулирования напряжения или регулирования реактивной мощности. VAR-002 указывает, что генераторы с автоматическими регуляторами напряжения должны работать в режиме управления напряжением, если иное не указано оператором передачи.
ERCOT Одиночные блоки мощностью более 20 МВА или несколько блоков (например, ветряные и солнечные генераторы) с совокупной мощностью 20 МВА, подключенные к системе передачи. Требуемый диапазон коэффициента мощности составляет 0,95 отставания для опережения при максимальной выходной мощности и должен обеспечиваться в точке POI (передача). При частичной мощности реактивная способность должна быть до диапазона в МВАр при номинальной мощности или, по крайней мере, до требуемого диапазона при номинальной мощности, масштабируемого отношением активной мощности к номинальной мощности. Реактивный диапазон должен соответствовать профилю напряжения, установленному ERCOT. Все генераторы должны соблюдать график напряжения в пределах реактивной способности генератора и работать в режиме регулирования напряжения, если ERCOT не предписывает иное, при уровнях реальной выходной мощности 10% и выше.
CAISO (предложено) Генерация переменного тока Отставание на 0,95 для опережения (потребление / производство) в точке POI, когда ресурсы переменного генерирования (VER) экспортируют> 20% максимальной номинальной мощности в точку POI.Максимальная VAR - это функция реальной выдаваемой мощности (треугольная VAR поддерживает более 20% номинальной мощности). Например, VER экспортирует 10 МВт в POI, VER должен быть способен вводить или поглощать до 3,3 МВАр в POI. Первоначально была предложена возможность обеспечения полного диапазона поддержки реактивной мощности при напряжении от 0,95 до 1,05 о.е., но в настоящее время рассматривается. С помощью инверторов, переключаемых или фиксированных конденсаторов, статических устройств (STATCOM) или комбинации этих источников. Режим управления напряжением по умолчанию с возможностью работы в режиме управления коэффициентом мощности. В соответствии с требованиями Западного Координационного совета по электроэнергии. Отрегулируйте напряжение в точке POI в установившемся режиме и в условиях помех в соответствии с графиком напряжения с помощью системы автоматического управления напряжением (AVCS). Все устройства реактивной мощности должны контролироваться AVCS. Никакого упоминания о динамической поддержке напряжения или времени отклика. В рамках рейтинга оборудования.
HECO (пример PPA) На переговорах Минимум 0.95 отстают от опережения в пределах диапазона реактивной мощности при полной полной мощности. При номинальном напряжении Скорость реакции (зависит от сайта).

Есть несколько хороших примеров стандартов межсетевого взаимодействия, которые применяются к межсетевым соединениям переменной генерации в Европе и других странах.

Международные стандарты

Ниже приведены некоторые примеры.

«Сетевые коды» ветроэнергетики в Европе

В Европе стандарты межсетевого взаимодействия для ветроэнергетики, известные как «сетевые коды», являются относительно зрелыми по сравнению со стандартами в Северной Америке.Стандарты различаются в зависимости от юрисдикции оператора передачи, и в настоящее время предпринимаются усилия по гармонизации формата стандартов. Расчетные требования к коэффициенту мощности выражаются кривой зависимости Q от P. Некоторые примеры представлены на рисунке справа. Эти диаграммы определяют требования к реактивной мощности во всем рабочем диапазоне активной мощности, а не только при полной выходной мощности. В качестве ориентира требования к расчетному коэффициенту мощности при полной выходной мощности варьируются от единицы до 0,9 при пониженном / повышенном возбуждении в точке подключения.Большинство кодексов признают, что реактивная мощность зависит от условий напряжения, и содержат соответствующие спецификации.
Некоторые сетевые коды определяют часть кривой возможностей, которая должна быть динамической, как и в стандарте AESO (Альберта). В некоторых кодах сети обсуждается, как эта реактивная способность может быть использована в операциях (управление напряжением / падением, управление коэффициентом мощности и управление реактивной мощностью), а также ожидаемое время отклика для каждого из них. В некоторых правилах энергосистемы также обсуждается стратегия управления, необходимая при возникновении неисправности, которая может сыграть роль при проектировании системы и выборе оборудования.

Стандарты среднего напряжения в Германии

Требования к подключению солнечных фотоэлектрических систем, установленных на среднем напряжении (от 10 кВ до 100 кВ), были недавно введены в действие в Германии. Критерий расчета коэффициента мощности - отставание 0,95 для опережения при полной выходной мощности, что требует увеличения или уменьшения номинала инверторов. Этот стандарт также требует динамической поддержки реактивной мощности во время скачков напряжения.

Список литературы

Часть 12: Коэффициент мощности переменного тока

12.1 Коэффициент мощности

В разделах 11.3 и 11.4 мы видели, что для идеальных конденсаторов и катушек индуктивности возможно протекание тока и отсутствие рассеивания мощности. В разделах 11.5, 11.6 и 11.7 мы обнаружили, что даже когда цепь имеет некоторое сопротивление, если фазовый угол () между напряжением и током велик, то рассеивается очень мало мощности. В таких случаях P = UI недействителен как метод определения рассеиваемой мощности, равно как и не действительный метод определения тока, протекающего в цепи.Из рисунков 11.7 и 11.5 видно, что с большим фазовым углом синфазная или активная составляющая тока будет меньше, чем квадратурная или реактивная составляющая. Таким образом, ток, синфазный с напряжением и, следовательно, ответственный за рассеиваемую мощность, будет значительно меньше, чем полный ток, протекающий в цепи.

Несмотря на все это, произведение тока и напряжения все еще используется в цепях переменного тока и называется полной мощностью (ВА), что дает значение вольт-ампер (ВА).Термин кажущаяся мощность вводит в заблуждение, поскольку предполагает, что кажущаяся мощность рассеивается, однако, как мы обнаружили ранее, мощность, рассеиваемая в цепи переменного тока, называется активной , истинной или реальной мощностью (в ваттах), выдает:

Полная мощность определяется как:

Эти определения верны при любых обстоятельствах и если питание синусоидальное:

Из раздела 10.1 мы можем добавить, что:

В преимущественно индуктивной последовательной цепи, где ток отстает от напряжения, коэффициент мощности называется коэффициентом мощности с запаздыванием .Точно так же в преимущественно емкостной последовательной цепи, где ток ведет к напряжению, коэффициент мощности называется опережающим коэффициентом мощности . Коэффициент мощности может варьироваться в определенных пределах, составляя 1 (единица) для чисто резистивных цепей, где фазовый угол равен 0 ° и P = UI; или 0 для чисто реактивных (индуктивных или емкостных) цепей, где фазовый угол составляет 90 ° и P = 0. Примечание:

  • , если PF = 1 (т.е. чисто резистивная цепь), активная мощность = полная мощность = UI
  • , если PF = 0 (т.е. чисто индуктивная или емкостная цепь) активная мощность = реактивная мощность = UI (раздел 11.3)

Пример

Однофазный двигатель переменного тока потребляет 5 А при отстающем коэффициенте мощности 0,7 при подключении к источнику питания 240 В, 50 Гц. Рассчитайте потребляемую мощность двигателя. Если КПД двигателя составляет 70%, рассчитайте мощность.


Пример

Цепь 200 В переменного тока состоит из последовательно включенного резистора 40 Ом и конденсатора с реактивным сопротивлением 30 Ом. Рассчитайте ток и коэффициент мощности.



В качестве альтернативы коэффициент мощности можно было бы рассчитать на основе значений истинной и полной мощности.



Коэффициент мощности можно определить, если вольтметр, амперметр и ваттметр подключены к цепи (рисунок 12.1). Тогда коэффициент мощности равен показанию вольтметра, умноженному на показание амперметра, разделенному на показание ваттметра. Также доступен прибор, называемый измерителем коэффициента мощности, но он не является обычным.

Рисунок 12.1: Размещение вольтметра (V), амперметра (A) и ваттметра (W) для измерения коэффициента мощности.

12.2 Компоненты питания

Мы уже видели на рисунках 11.5 и 11.7, что можно считать, что ток цепи имеет синфазных и квадратурных составляющих . Аналогичным образом можно разделить на составляющие вольтамперы или полную мощность. На рисунке 12.2 показан треугольник мощности для резистивно-индуктивной цепи, где реактивная мощность и полная мощность ниже активной мощности, поскольку ток в цепи отстает от напряжения питания.В этом случае говорят, что кажущаяся мощность отстает. Из простой тригонометрии, поскольку cos  = Вт / ВА, истинная мощность (активная или активная мощность) составляет угол с полной мощностью, этот угол также является фазовым углом для рассматриваемой цепи.

На рисунке 12.3 показан треугольник мощности из резистивной и емкостной цепи, где реактивная мощность и полная мощность превышают активную мощность, поскольку ток в цепи опережает напряжение питания. Реактивная мощность считается ведущей.Если схема содержит емкостные и индуктивные элементы, то, будет ли опережение реактивной мощности или запаздывание, будет зависеть от баланса между емкостным и индуктивным реактивными сопротивлениями.

Рисунок 12.2: Схема питания резистивной и индуктивной цепи.

Рисунок 12.3: Схема мощности резистивной и индуктивной цепи.

Из рисунка 12.2:

  • Активная мощность (или истинная мощность, или действительная) - рассеиваемая или потребляемая мощность: она будет рассеиваться в резистивной части схемы.Рассчитайте, умножив синфазный ток на напряжение питания или P = UI cos . Обозначается буква P, а единицы измерения - ватты (Вт) или киловатты (кВт).
  • Полная мощность (или вольт) - произведение напряжения питания и тока цепи (P = UI). Символ - ВА, а единицы измерения - вольтамперы (ВА) или киловольтамперы (кВА).
  • Реактивная мощность - мощность, которая постоянно рециркулируется через не резистивные части цепи (т.е. индуктивности и емкости).Рассчитывается путем умножения квадратурного тока на напряжение питания или VA r = UI sin . Символ - VA r , а единицы измерения - вольтамперы (ВА) или киловольтамперы (кВА).

По Пифагору:

Пример

Резистор 10 Ом и емкостное реактивное сопротивление 20 Ом подключены последовательно к источнику питания 240 В. Рассчитайте полную мощность, истинную мощность, реактивную мощность и коэффициент мощности.






12.3 Добавление коэффициентов мощности

Нагрузки с разными коэффициентами мощности на один и тот же источник питания могут быть добавлены с помощью диаграммы мощности, чтобы показать результирующие вольтамперы и коэффициент мощности. Сумма выполняется с использованием полной мощности каждой нагрузки.

Пример

Однофазная нагрузка состоит из:

(i) 12кВт освещения и обогрева при единичном коэффициенте мощности,

(ii) 8кВт двигателя при отстающем коэффициенте мощности 0,8, и

(iii) 10 кВА двигателей с запаздыванием коэффициента мощности 0,7.

Рассчитайте (a) общий коэффициент мощности, (b) общий коэффициент мощности r , (c) общий коэффициент мощности, (d) общий коэффициент мощности и (e) общий ток питания при 240В.

Сумма показана на рис. 12.4a, b и c, где все значения даны в масштабе. На рисунках 12.4a, b и c показаны диаграммы мощности для нагрузок, которые являются резистивными или индуктивными, поэтому: истинная мощность отводится горизонтально, реактивная мощность отводится вертикально под ней, а полная мощность также ниже горизонтальной, но под углом.

Нагрузка (i): При единичном коэффициенте мощности кВт = кВА, таким образом, нагрузка 12 кВт = 12 кВА, изображена горизонтальной линией в подходящем масштабе длиной 12 единиц.

Загрузка (ii):

Угол запаздывания имеет косинус 0,8, поэтому равен 36,9 °. Линия, равная 10 единицам, представляет мощность 10 кВА, составляющую угол 37 ° с горизонтом.

Эти первые две нагрузки складываются вместе, образуя параллелограмм, чтобы получить результирующую букву «А», показанную пунктирной линией на рисунке 12.4a.

Нагрузка (iii): дана в кВА, угол равен косинусу 0,7, следовательно, 45,6 °, поэтому под этим углом к ​​горизонтали проведена линия длиной 10 единиц. Затем эта нагрузка добавляется к результирующему A и дает общую кВА для B, измеренную как 28,1 кВА (рисунок 12.4b). Синфазная (горизонтальная) составляющая этой нагрузки составляет 25,4 кВт и представляет собой истинную потребляемую мощность. Квадратурный (вертикальный) компонент составляет 11,9 кВА × и представляет реактивные киловольтамперы. Угол, образованный нагрузкой, составляет 25 °, а косинус этого угла - коэффициент мощности, равный 0.91 запаздывание (рисунок 12.4c).

нужна подпись lolz x xkldsgdjkfabv

12,4 кВА и текущие характеристики

Может показаться, что в расчете полной мощности нет особого смысла, но это очень полезная величина. В системах постоянного тока легко рассчитать ток, который будет протекать через часть оборудования, поскольку мы знаем, что напряжение источника питания и номинальная мощность оборудования, вероятно, будут указаны. Уравнение P = UI можно использовать для определения потребляемого тока, например, лампы мощностью 60 Вт, подключенной к источнику постоянного тока 24 В.

Рисунок 12.5: Волновые диаграммы мощности в: (а) резистивной цепи и (б) резистивной и индуктивной цепи. Обратите внимание, что v, i и p не отображаются в одном масштабе.

Мгновенные значения могут использоваться в любой схеме, так что p = vi всегда действителен. В цепи переменного тока, которая является чисто резистивной, ток и напряжение синфазны, коэффициент мощности равен единице, и можно использовать среднеквадратичное значение, так что P = UI является истинным, давая реальную мощность в ваттах.На рисунке 12.5 показана волновая диаграмма такой схемы и показано, что пиковое напряжение совпадает с пиковым током.

На рисунке 12.5b показана волновая диаграмма индуктивной цепи с теми же кривыми тока и напряжения, что и на рисунке 12.5a, но с фазовым углом () между ними. Рисунок 12.5 демонстрирует, что, когда волны тока и напряжения не совпадают по фазе, а пиковый ток не соответствует пиковому напряжению, меньше мощности рассеивается при таком же количестве тока, чем если бы волны синфазны.Таким образом, хотя в любой момент времени p = vi , P = UI недействителен. Следовательно, для цепи переменного тока с индуктивными и / или емкостными компонентами UI продукта дает полную мощность (VA = UI), и пока коэффициент мощности не равен единице, VA больше, чем P.

Источники питания переменного тока

часто измеряются в кВА, чтобы избежать путаницы в отношении коэффициента мощности. Например, если выходная мощность трансформатора 240 В рассчитана на 30 кВт, он может выдавать 30 кВт / 240 В = 125 А, однако он может выдавать только 30 кВт, если он передает эту мощность на резистивную нагрузку.Если нагрузка индуктивная и резистивная (например, двигатель), ток будет отставать от напряжения, и будет доступно меньшее количество активной мощности (хотя может подаваться тот же ток, рисунок 12.5), поэтому трансформатор фактически не выдает 30 кВт мощности. активная мощность, но полная мощность 30 кВА. Следовательно, рейтинг 30 кВА будет справедливым для нагрузок с любым коэффициентом мощности, тогда как рейтинг 30 кВт на самом деле означает, что максимум 30 кВт может быть доставлен на чисто резистивную нагрузку, но на другие нагрузки, у которых коэффициент мощности меньше единицы, мощность будет меньше.Используя кВА и зная напряжение питания, мы все равно можем определить, какой ток может подаваться, даже если мы не знаем коэффициент мощности нагрузки. Чтобы рассчитать активную мощность, нам нужно знать коэффициент мощности нагрузки.

Машины

переменного тока также часто оцениваются как кВА, потому что они могут работать с различным напряжением питания. Например, однофазный двигатель 4 кВА будет потреблять 4 кВА / 240 В = 16,7 А от источника питания 240 В и 36,36 А от источника питания 110 В. Мы рассчитали это, не зная коэффициента мощности и, следовательно, не зная активной мощности, потребляемой двигателем.Если бы двигатель был рассчитан на кВт, нам нужно было бы знать коэффициент мощности, чтобы узнать, какой ток он будет потреблять.

Пример

Однофазный двигатель мощностью 3,73 кВт на полной мощности имеет КПД 85% и питается от источника питания 240 В. Рассчитайте его ток полной нагрузки, если он работает при коэффициенте мощности (i) единице (ii) 0,85 с задержкой (iii) 0,6 с задержкой.

(i) коэффициент мощности = 1:

Следовательно:

(ii) коэффициент мощности = 0,85:

Следовательно:

(iii) коэффициент мощности = 0.6:

Следовательно:

Обратите внимание, что номинальная выходная мощность машины будет в кВт, следовательно, это потребляемая активная мощность - потери. В этом примере выходная мощность корректируется с учетом КПД, а затем определяется полная мощность, чтобы можно было рассчитать ток. Обратите внимание, что ток, необходимый для обеспечения той же выходной мощности, увеличивается при уменьшении коэффициента мощности с единицы, так что вы фактически получаете меньше кВт на ампер.

Хотя коэффициент мощности двигателя меняется в зависимости от нагрузки, он обычно выше при полной нагрузке, чем при более низких нагрузках.Коэффициент мощности при полной нагрузке можно безопасно использовать для расчета номинального тока кабелей, поскольку рост тока из-за снижения коэффициента мощности компенсируется падением тока нагрузки.

12,5 Недостатки низкого коэффициента мощности

Недостатки низкого коэффициента мощности связаны с тем, что нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет большой ток:

(i) Большие кабели, распределительное устройство и трансформаторы могут потребоваться как внутри установки, так и в питающей ее сети.

(ii) Работа с низким коэффициентом мощности вызывает трудности в работе высоковольтных линий электропередачи.

(iii) Из-за воздействия пунктов (i) и (ii) электроэнергетические компании обычно наказывают потребителя, нагрузка которого имеет низкий коэффициент мощности, взимая большую плату за использованную электрическую энергию.

(iv) Внутри установки могут потребоваться большие кабели для передачи дополнительного тока при низком коэффициенте мощности. В качестве альтернативы, дополнительная нагрузка может быть подключена к кабелю, если коэффициент мощности существующей нагрузки, которую он несет, будет улучшен.

(v) Более высокие токи приводят к более высоким потерям в меди в кабелях и трансформаторах.

(vi) Более высокие токи вызывают большее падение напряжения в кабелях, а изменение нагрузки приводит к большему изменению падения напряжения, если коэффициент мощности низкий. Это называется «плохое регулирование напряжения».

Рисунок 12.6: (а) резистивная и индуктивная цепь; (б) векторная диаграмма резистивной и индуктивной цепи; (c) конденсатор, добавленный для увеличения коэффициента мощности; (d) векторная биграмма для той же цепи.

12.6 Коррекция коэффициента мощности

Большинство факторов низкой мощности являются запаздывающими, поскольку они вызваны двигателями и трансформаторами, которые имеют индуктивность и сопротивление, но не имеют емкости. В таких машинах коэффициент мощности можно увеличить, подключив конденсатор параллельно клеммам катушки, как показано на рисунке 12.6c. На рисунке 12.6b показана векторная диаграмма для индуктивной и резистивной нагрузки, такой как двигатель, и видно, что ток I L отстает от напряжения на 1 .На рисунке 12.6d показана векторная диаграмма, когда добавлен конденсатор, результирующий ток (I) представляет собой векторную сумму I RL и L C , а фазовый угол уменьшается до 2 ; таким образом улучшается коэффициент мощности.

Коэффициент мощности будет равен единице, когда ток конденсатора равен квадратурной составляющей (I QRL ) нескорректированного тока (I RL ) и противоположен ей. Если I C превышает I RQ , происходит чрезмерная коррекция, и этой ситуации следует избегать.

Как показано на рисунке 12.6c, скорректированный ток (I) протекает в цепи только до точки ответвления конденсатора, поэтому желательно располагать конденсатор как можно ближе к двигателю. Однако из экономических соображений может потребоваться использование конденсатора большой емкости для корректировки питания всей установки в одной точке. Такие конденсаторы должны быть регулируемыми, чтобы не происходило чрезмерной коррекции при отключении некоторого оборудования.

Пример

Однофазный двигатель 240 В, 5 кВт, 50 Гц, работающий при полной нагрузке с КПД 85%, имеет коэффициент мощности 0.5 отстающих.

  1. Рассчитайте ток, потребляемый двигателем при полной нагрузке.
  2. Если конденсатор подключен к клеммам двигателя, чтобы повысить общий коэффициент мощности до единицы, рассчитайте;

(i) ток, переносимый конденсатором, и

(ii) емкость конденсатора в микрофарадах.

(а) мощность двигателя 5кВт


так:

(b) (i) Ток конденсатора:

Векторная диаграмма нарисована в масштабе (рисунок 12.7). Во-первых, вектор напряжения, нарисованный по горизонтали произвольной длины, действует как эталон. Вектор тока 35A (нескорректированный ток, потребляемый двигателем, I) затем добавляется под углом cos 0,7 = 45,5 ° с запаздыванием. Ток конденсатора (I C ), необходимый для корректировки тока цепи (I 1 ) до единицы, добавляется в виде вертикальной линии, длина которой определяется завершением параллелограмма. Путем измерения ток, переносимый конденсатором, составляет I C = 25A.

(ii) Емкость:

Следовательно:

Базовая электротехника

% PDF-1.4 % 64 0 объект > эндобдж xref 64 76 0000000016 00000 н. 0000002594 00000 н. 0000002693 00000 н. 0000003197 00000 н. 0000003343 00000 п. 0000003487 00000 н. 0000003695 00000 н. 0000004078 00000 н. 0000004532 00000 н. 0000005042 00000 н. 0000005513 00000 н. 0000005914 00000 н. 0000006027 00000 н. 0000006138 00000 п. 0000006386 00000 п. 0000006732 00000 н. 0000007009 00000 н. 0000007533 00000 н. 0000007801 00000 н. 0000008311 00000 н. 0000008585 00000 н. 0000009088 00000 н. 0000009460 00000 н. 0000009486 00000 н. 0000010020 00000 н. 0000010046 00000 п. 0000010619 00000 п. 0000010901 00000 п. 0000012077 00000 п. 0000013037 00000 п. 0000013176 00000 п. 0000013202 00000 п. 0000013900 00000 п. 0000015085 00000 п. 0000015215 00000 п. 0000015647 00000 п. 0000015673 00000 п. 0000016871 00000 п. 0000018112 00000 п. 0000019509 00000 п. 0000020870 00000 п. 0000021127 00000 п. 0000022050 00000 п. 0000022153 00000 п. 0000057039 00000 п. 0000063416 00000 п.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *