Cải thiện hệ số công suất trong động cơ cảm ứng

Sau khi đọc bài viết này, bạn sẽ tìm hiểu về: - 1. Giới thiệu về việc cải thiện hệ số công suất 2. Công suất trong mạch điện cảm / điện dung 3. Hệ số công suất / công suất trong mạch điện trở 4. Chỉ hệ số công suất / công suất trong điện cảm 5. Công suất / công suất Hệ số chỉ có điện dung 6. Hệ số công suất hàng đầu và độ trễ 7. Ảnh hưởng của hệ số công suất thấp và hiệu chỉnh của nó và các chi tiết khác .

Nội dung:

Giới thiệu về cải thiện hệ số công suất
Công suất trong mạch cảm ứng / điện dung
Chỉ số công suất / công suất trong điện cảm
Chỉ số công suất / công suất trong điện dung
Yếu tố sức mạnh hàng đầu và tụt hậu
Ảnh hưởng của hệ số công suất thấp và hiệu chỉnh
Đồng hồ đo hệ số công suất
Ứng dụng của tụ điện
Xác định xếp hạng tụ điện
Ưu điểm của tụ điện
Cây công nghiệp
Hệ thống truyền dẫn

1. Giới thiệu về việc cải thiện hệ số công suất:

Khi dòng điện chạy trong một hệ thống dòng điện xoay chiều cung cấp một động cơ cảm ứng được kiểm tra, sẽ thấy rõ rằng nó lớn hơn mong đợi từ các yêu cầu thông thường của động cơ. Do đó, vì bất kỳ tải trọng va chạm nào chủ yếu bao gồm các động cơ cảm ứng, nên theo đó một dòng điện lớn hơn được cung cấp hơn là thực sự cần thiết để cung cấp cho công việc đang được thực hiện.

Dòng điện dư này chỉ xảy ra trong các hệ thống hiện tại xen kẽ và không có đối tác trong các hệ thống hiện tại trực tiếp. Nó phát sinh do ảnh hưởng của phản ứng của cuộn dây trường đối với chu kỳ dòng điện xoay chiều.

2. Công suất trong mạch điện cảm / điện dung:

Chúng ta biết rằng trong một mạch điện một chiều, năng lượng được cung cấp bởi tích của điện áp và dòng điện. Nhưng trong một mạch ac thì điều này không đúng. Nếu mạch chứa điện kháng cảm ứng hoặc điện dung, thì tích của điện áp và dòng điện không cho công suất thực mà là công suất biểu kiến. Công suất thực tế này là một phần của công suất biểu kiến, phần được gọi là hệ số công suất (PF). Vì thế,

3. Hệ số công suất / công suất trong mạch điện trở:

Để có được dạng sóng công suất thực tế cho một điện áp và dòng điện cụ thể, cần phải nhân các giá trị tức thời của điện áp và dòng điện, ví dụ trong một mạch chỉ chứa điện trở, dạng sóng điện áp và dòng điện như trong hình 19.1.

Chúng ta hãy lấy điểm 5 trong hình 19.1 (a), giá trị của điện áp được cho bởi AC và của dòng điện bằng AB. Nhân hai giá trị này với nhau sẽ cho DE hoặc điểm 5 trong Hình 19.1 (b). Khi quá trình này được lặp lại cho tất cả các điểm khác, đường cong công suất thực tế sẽ thu được.

Bây giờ vì mạch chỉ chứa điện trở thuần, đường cong công suất thực tế cũng phải là đường cong công suất biểu kiến.

Đối với một mạch điện trở thuần,

Sức mạnh thực tế = Sức mạnh biểu kiến.

. ^. . Hệ số công suất = 1 = Thống nhất.

4. Hệ số công suất / công suất chỉ trong điện cảm:

Trong một mạch chỉ chứa điện cảm (không có điện trở) và sử dụng cùng một phương pháp như ở trên, đường cong công suất thực tế có thể thu được như trong hình 19.2. Bây giờ từ con số này có thể thấy rằng cứ sau nửa chu kỳ điện áp, có hai xung công suất, một xung dương và một âm.

Lý do tại sao điều này xảy ra? Chúng ta thấy rằng khi điện áp và dòng điện đều dương hoặc cả âm, năng lượng được cung cấp cho cuộn cảm để thiết lập từ trường.

Khi điện áp và dòng điện ngược chiều nhau, từ trường sụp đổ, trả lại nguồn cho nguồn. Và như vậy, người ta nhận thấy rằng công suất trung bình được sử dụng trong một chu kỳ đầy đủ là bằng không. Công suất biểu kiến, tuy nhiên, là sản phẩm của điện áp và dòng điện và có giá trị xác định. Do đó cho mạch thuần cảm

Sức mạnh thực tế = 0,

Hệ số công suất = 0 / Công suất biểu kiến = 0

5. Chỉ hệ số công suất / công suất trong điện dung:

Trong trường hợp một mạch chỉ chứa điện dung, dạng sóng của dòng điện và điện áp như trong hình 19.3. Ở đây cũng như trường hợp điện cảm, chúng ta có hai điểm cộng cho mỗi nửa chu kỳ điện áp mặc dù vị trí của các xung dương và âm đã được thay thế cho nhau.

Trong trường hợp này, khi điện áp và dòng điện đều dương hoặc âm, năng lượng được cung cấp cho điện dung để thiết lập trường tĩnh điện. Khi điện áp và dòng điện ngược chiều nhau, trường tĩnh điện sẽ sập nguồn trở lại nguồn.

Một lần nữa, như với độ tự cảm, mặc dù không có giá trị của công suất hữu ích, nhưng có một giá trị của công suất biểu kiến. Do đó cho một mạch điện dung hoàn toàn

Sức mạnh thực tế = 0

Hệ số công suất = 0 + Công suất thực tế = 0

6. Yếu tố sức mạnh hàng đầu và tụt hậu:

Từ các mạch điện cảm và điện dung như đã nêu ở trên, chúng ta thấy rằng cả hai mạch đều có hệ số công suất bằng không. Bây giờ để phân biệt giữa hai loại này, chúng ta nói rằng mạch cảm ứng có dòng điện làm mất điện áp và hệ số công suất bị trễ, và mạch điện dung có dòng điện dẫn điện áp và có điện áp hàng đầu

Ngoài ra, do mạch điện trở thuần có dòng điện cùng pha với điện áp tạo ra sự thống nhất hệ số công suất, có thể dễ dàng nhận thấy rằng sự kết hợp của cả ba mạch có thể tạo ra hệ số công suất ở đâu đó giữa độ trễ bằng 0 và độ dẫn bằng không. Trong thực tế, chúng tôi thấy từ kinh nghiệm của chúng tôi rằng một tập thể hoặc công nghiệp điển hình chủ yếu sử dụng động cơ cảm ứng có hệ số công suất thay đổi từ 0, 5 đến 0, 75 độ trễ.

7. Ảnh hưởng của hệ số công suất thấp và hiệu chỉnh của nó:

Một yếu tố năng lượng thấp là một vấn đề tốn kém cho một ngành công nghiệp. Thật không may đây là một hiện tượng thường xuyên, nhưng không nhất thiết là không thể tránh khỏi.

Trên thực tế, các ngành công nghiệp và người tiêu dùng trả tiền cho hệ số công suất thấp theo hai cách:

(a) Về chi phí ban đầu của việc cài đặt và

(b) Về phí cung cấp điện.

Do đó, đối với bất kỳ ngành công nghiệp nào, bắt buộc phải chạy thiết bị tại PF gần nhất với sự thống nhất. Trong trường hợp hệ số công suất thấp, người tiêu dùng có thể giảm hóa đơn bằng cách lắp đặt các tụ điện phù hợp để cải thiện hệ số công suất. Tuy nhiên, nguyên tắc theo sau trong hiệu chỉnh hệ số công suất có thể được thể hiện tốt nhất bằng một số ví dụ nhỏ. Lấy trường hợp tải một pha 250 vôn với dòng điện 10 ampe ở hệ số công suất .71 độ trễ, như trong hình 19.4.

Ở đây chúng tôi thấy:

Công suất biểu kiến = 10 x 250 = 2500 watt,

và Công suất thực tế = 10 x 250 x .71 = 1775 watt khoảng.

Do đó, có thể chỉ ra rằng 10 ampe hiện tại có thể được chia thành hai thành phần, một là ở hệ số công suất đơn vị và một là ở hệ số công suất bằng 0 như trong Hình 19.4. (b). Giá trị tối đa của các dòng điện này là cả 7.1 amp.

Hệ số công suất đơn nhất đang thực hiện công việc hữu ích, trong khi yếu tố công suất có độ trễ bằng 0 là thành phần dòng từ hóa phải được loại bỏ. Do đó, một dòng điện chính xác bằng nhau nhưng ở mức 0 dẫn phải được áp dụng cho mạch để hủy dòng từ hóa như trong hình 19.5. Điều này thường thu được bằng cách kết nối một tụ điện trong mạch có kích thước đủ để tạo ra dòng điện 7.1 amp dẫn đầu. Trận chung kết được thể hiện trong hình 19.6. trong đó dòng điện giảm 7.1 là ở hệ số công suất đơn vị.

Do đó, Công suất thực tế = Công suất biểu kiến = 7.1 x 250 = 1780 watt.

Trong thực tế, điều xảy ra là bây giờ nguồn cung cấp chỉ xem động cơ và tụ điện là tải thuần trở và truyền đủ năng lượng để thực hiện công việc thực sự là quay trục động cơ, và tụ điện liên tục gửi và nhận dòng từ hóa từ cuộn dây động cơ .

Trong thực tế, hai loại thiết bị:

(1) Tụ điện và

(2) Động cơ đồng bộ được sử dụng để cải thiện hệ số công suất.

Nhưng trong số hai tụ điện này hiện nay được sử dụng rộng rãi để điều chỉnh hệ số công suất. Một bảng hiệu chỉnh hệ số công suất được đưa ra ở cuối chương. Lý do sử dụng rộng rãi các tụ điện là vì các tụ điện có sẵn trong các xếp hạng phù hợp khác nhau và dễ dàng lắp đặt đồng loạt hơn tại điểm cung cấp colliery, hoặc để điều chỉnh các động cơ cảm ứng riêng lẻ bằng cách kết nối các tụ điện tại các cực của chúng. Chi phí cũng khôn ngoan, chúng rẻ hơn.

8. Đồng hồ đo hệ số công suất:

Đồng hồ đo hệ số công suất thường được lắp đặt tại trạm biến áp bề mặt chính và đưa ra chỉ dẫn trực tiếp về hệ số công suất của mạch mà nó được kết nối. Một thiết bị được gắn ở vị trí như vậy chỉ có thể cung cấp hệ số công suất tổng thể của toàn bộ bộ phận, hoặc một phần lớn của nó.

Nếu hệ số công suất của một động cơ riêng lẻ là bắt buộc, thông thường phải lắp đặt các thiết bị cầm tay để ghi lại điện áp và dòng điện thực tế từ đó có thể tính được hệ số công suất, hoặc trong nhiều trường hợp, nó được ghi trực tiếp.

9. Ứng dụng của tụ điện:

Một kỹ sư phải luôn luôn xem xét cẩn thận để áp dụng các tụ điện. Trên thực tế, từ kinh nghiệm của chúng tôi, chúng tôi thấy rằng để vận hành thành công việc cải thiện hệ số công suất, phụ thuộc nhiều vào vị trí của tụ điện trong hệ thống và điều kiện lý tưởng có được khi hệ số công suất cao nhất được duy trì trong mọi điều kiện tải.

Trong thực tế, để có được sự sắp xếp linh hoạt, tổng KVA cần thiết thường được chia thành các xếp hạng nhỏ hơn và điều này có thể đạt được như được giải thích dưới đây:

(a) Phương pháp hiệu chỉnh PF riêng lẻ:

Hệ thống hiệu chỉnh này được áp dụng cho động cơ cảm ứng lớn, máy biến áp và thiết bị hàn hồ quang, được vận hành trong thời gian dài. Trong mỗi trường hợp, tụ điện được kết nối song song trực tiếp với các thiết bị đầu cuối. Và như vậy, tụ điện có thể được bật và tắt cùng với chính thiết bị.

Phương pháp này có ưu điểm lớn nhất là làm giảm tất cả các đường cung cấp dẫn đến thiết bị tiêu thụ năng lượng phản ứng. Hơn nữa, phương pháp này là tự động và nó cũng đảm bảo hệ số công suất cao trong điều kiện tải. Bảng 19.1. giúp xác định định mức tụ điện để kết nối trực tiếp với động cơ cảm ứng.

(b) Phương pháp hiệu chỉnh nhóm PF:

Trong một hệ thống mà một phần lớn của tải bao gồm các động cơ nhỏ và hoạt động là định kỳ, việc điều chỉnh hệ số công suất riêng lẻ là không thể thực hiện cũng không kinh tế. Trong những trường hợp này, việc hiệu chỉnh đạt được bằng các tụ lớn hơn được kết nối qua các thanh cái chính và được điều khiển bằng các công tắc vận hành thủ công.

(c) Sửa lỗi PF tự động:

Trong các hệ thống mà biến động tải là điều khiển tự động cao là phương pháp lý tưởng. Tổng tụ KVAr được chia thành một số giai đoạn điều chỉnh, càng nhiều càng tốt, công suất bằng nhau. Để bù công suất phản kháng không tải của máy biến áp và thiết bị được kết nối vĩnh viễn, một giai đoạn cố định, độc lập với phần tự động, được cung cấp và duy trì kết nối với việc lắp đặt vĩnh viễn. Bằng cách sử dụng rơle công suất phản kháng, các giai đoạn điều chỉnh được bật và tắt, tùy theo từng trường hợp, cho đến khi đạt được PF mong muốn được cài đặt sẵn.

Tuy nhiên, để loại bỏ việc chuyển đổi thường xuyên quá mức, khi xảy ra tải cực đại trong thời gian ngắn, rơle thời gian được kết hợp cho chuyển đổi giai đoạn sang giai đoạn. Một lần nữa, trong trường hợp gián đoạn cung cấp, rơle điện áp bằng 0 đặt lại các thiết bị điều khiển về vị trí trung tính để khi phục hồi nguồn cung cấp, các giai đoạn tụ điện được bật lại theo từng giai đoạn, do đó ngăn chặn mọi đỉnh điện áp và điện áp không mong muốn.

10. Xác định xếp hạng tụ điện:

Để xác định xếp hạng tụ điện để cải thiện công suất từ Cos ₁ đến Cos _2, chúng ta hãy tham khảo hình 19.6 đưa ra sơ đồ vectơ.

Theo sơ đồ vectơ, số tiền bồi thường cần thiết

Trong bảng 19.1. chúng ta thấy một biểu đồ lựa chọn tụ điện.

Một ví dụ để giải thích nền kinh tế của tụ điện được đưa ra dưới đây. Một người tiêu dùng có tải tối đa 5000 kw có hệ số công suất tải là 0, 8. Nhu cầu tối đa trong KVA là 6250. Mức thuế tối đa của KVA là, giả sử, R. 10 / - mỗi KVA mỗi tháng.

Để cải thiện hệ số công suất, giả sử, đến 0, 95, các tụ điện có định mức 2105 KVAr đã được lắp đặt theo tính toán như sau :

Bây giờ nói đầu tư vốn cho tụ điện @ R. 60 = 2105 x 60 = R. 1.26.300. Do đó, đầu tư vốn để lắp đặt tụ điện trên thực tế sẽ được thu hồi trong khoảng 13 tháng, và sau khoảng thời gian đó, sẽ có một khoản tiết kiệm hàng tháng là R. 9850.

Trong ví dụ đưa ra ở trên, chúng ta hãy giả sử các máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp được đánh giá chỉ xử lý 6250 KVA. Do đó, ở hệ số công suất 0, 8, họ chỉ có thể xử lý tải 5000 KW trong khi bằng cách cải thiện hệ số công suất lên 0, 95 bằng cách lắp đặt tụ điện, giờ đây họ có thể xử lý 5940 KW, điều đó có nghĩa là:

(a) Công suất hoạt động thêm 940 KW hiện có sẵn cho người tiêu dùng mà không có bất kỳ chế tài đặc biệt nào từ cam kết cung cấp.

(b) Thiết bị tương tự sẽ xử lý nhiều năng lượng hoạt động hơn 940 KW, tăng tính tiện ích và hiệu quả của nó.

Do đó, việc lắp đặt tụ điện đã mang lại những lợi ích sau:

(1) Giảm đáng kể hóa đơn tiền điện.

(2) Việc sử dụng tốt hơn công suất của máy biến áp, thiết bị đóng cắt, dây cáp, v.v. đặc biệt nếu nguồn điện được nhận ở mức căng thẳng cao từ công việc cung cấp.

(3) Điện áp cung cấp ổn định hơn có nghĩa là hiệu suất tốt hơn và hiệu quả hơn của các máy điện.

11. Ưu điểm của tụ điện:

Những ưu điểm chính của việc lắp đặt tụ điện là:

1. Giảm đáng kể nhu cầu KVA:

Việc giảm nhu cầu KVA này làm giảm mức thuế được áp dụng bởi các cam kết cung cấp điện trên cơ sở chi phí năng lượng và yêu cầu KVA tối đa. Một số cam kết cũng áp dụng hình phạt cho hệ số công suất thấp trong khi cung cấp phần thưởng khuyến khích cho hệ số công suất cao hơn. Tụ điện làm cho phần thưởng khích lệ này trở thành hiện thực.

2. Giảm đáng kể các máy biến áp và tổn thất đường truyền:

Điều này đạt được bởi vì việc giảm nhu cầu KVA làm cho dòng điện nhỏ hơn chạy qua các đường dây. Kết quả là, sử dụng tối ưu công suất hiện có của máy biến áp, thiết bị đóng cắt và đường dây.

3. Tối thiểu hóa sự sụt giảm điện áp trong đường dây:

Với việc giảm thiểu điện áp rơi trong các đường dây, sẽ có được hiệu suất tốt hơn của thiết bị điện.

4. Việc lắp đặt tụ điện giúp giảm nhu cầu công suất phản kháng từ hệ thống cung cấp, vì bản thân tụ điện cung cấp công suất phản kháng cần thiết cho động cơ, máy biến áp và các tải cảm ứng khác, do đó cải thiện hệ số công suất của hệ thống. Hệ thống phân phối điện còn lại để đối phó chủ yếu với việc cung cấp năng lượng hoạt động.

Các tụ điện cũng giải phóng công suất hệ thống và khả năng tăng tải hoạt động trong nhà máy có thể lên tới xấp xỉ 30% nếu hệ số công suất của nó được tăng từ 0, 7 lên 0, 95. Tụ điện cải thiện hệ số công suất, cung cấp công suất tương tự với ít tiền hơn và khi yêu cầu KVA hoặc biểu giá điều khoản hệ số công suất hoạt động, tiết kiệm thực sự ấn tượng. Chi phí ban đầu cho việc lắp đặt tụ điện được thu hồi trong vòng một hoặc hai năm lắp đặt và việc tiết kiệm được thực hiện sau đó hoàn toàn là lợi nhuận ròng trong nhiều năm tới.

12. Nhà máy công nghiệp:

Trong hầu hết các nhà máy công nghiệp, phần lớn các thiết bị điện xoay chiều như động cơ cảm ứng, máy biến áp, thiết bị hàn, v.v., đòi hỏi công suất phản kháng cho từ trường của chúng. Nhưng không giống như công suất hoạt động, công suất phản kháng này không được chuyển đổi thành cơ năng, mà dao động qua lại giữa máy phát và thiết bị tiêu thụ, và tạo thành một tải bổ sung cho hệ thống cung cấp. Điều này dẫn đến những bất lợi về kinh tế và kỹ thuật sau đây.

(1) Phụ phí nặng trong hóa đơn tiền điện của khách hàng cho tải hệ số công suất thấp.

(2) Cáp, thiết bị đóng cắt và máy biến áp mang thêm dòng điện không công suất, do đó làm cho thiết bị điện và vốn đầu tư không được sử dụng đúng mức.

(3) Giảm điện áp quá mức và giảm hiệu quả của thiết bị điện.

13. Hệ thống truyền dẫn:

Trong các hệ thống truyền dẫn, từ quan điểm kinh tế, có một giá trị tối ưu của công suất phản kháng có thể được truyền từ trạm phát. Trong các lưới hệ thống điện liên kết nối lớn, giá trị tối ưu không cố định và thay đổi theo từng giờ.

Sẽ kinh tế và thuận lợi hơn khi cung cấp công suất phản kháng tại khu vực tải từ các lắp đặt tụ điện hơn là tạo và truyền công suất phản kháng qua các đường truyền.

Tuy nhiên, theo yêu cầu của hệ thống hoặc lắp đặt, tụ điện được bố trí phù hợp có thể cung cấp

(1) cải thiện hệ số công suất.

(2) cải thiện quy định điện áp.

(3) giảm tổn thất đường truyền.

(4) giải phóng công suất tải mạch.

(5) giảm dao động điện áp và phản ứng mạch.