Электроника:Переменный ток/Коэффициент мощности/Практическая коррекция коэффициента мощности

Содержание

Теория

Практика

Проверка знаний

Рецепты

Эксперименты

Резерв

Резерв

Резерв

Резерв

Перевод: Макаров В. (valemak)

Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.

Практическая коррекция коэффициента мощности

Когда нужно исправить низкий коэффициент мощности в системе питания переменного тока, вы, вероятно, будете лишены роскоши знать точную индуктивность нагрузки в генри, чтобы использовать её в своих расчётах.

Возможно, вам повезло иметь прибор, называемый измерителем коэффициента мощности, который сообщит вам, каковы КМ (число от 0 до 1) и полная мощность (которую можно вычислить, сняв показания вольтметра в вольтах и умножив их на показание амперметра в амперах).

Если повезёт меньше, то вам, возможно, придётся использовать осциллограф для сравнения волн напряжения и тока, измерения фазового сдвига в градусах и вычисления коэффициента мощности по косинусу этого фазового сдвига.

Скорее всего, у вас будет доступ к ваттметру для измерения истинной мощности, показания которого вы можете сравнить с расчётом полной мощности (умножением общего напряжения на измерения общего тока). По значениям истинной и полной мощности вы сможете определить реактивную мощность и коэффициент мощности.

Пример проблемы

Давайте рассмотрим на примере, как это работает:

Рис. 1. Ваттметр показывает истинную мощность; произведение показаний вольтметра и амперметра даёт полную мощность.

Рассчитываем полную мощность в кВА

Во-первых, нам нужно рассчитать полную мощность в кВА. Это можно сделать, умножив напряжение нагрузки на ток нагрузки:

Рис. 2. Расчёт полной мощности

Как видим, 2,308 кВА – это намного больше, чем 1,5 кВт, что говорит нам о том, что коэффициент мощности в этой цепи довольно низкий (существенно меньше 1). Теперь мы рассчитаем коэффициент мощности этой нагрузки, разделив истинную мощность на полную:

Рис. 3. Вычисляем текущий коэффициент мощности.

Используя это значение коэффициента мощности, можно нарисовать треугольник мощности и по нему определить реактивную мощность нагрузки:

Рис. 4. Реактивная мощность может быть рассчитана на основе истинной мощности и полной мощности.

Применяем теорему Пифагора для определения неизвестных величин в прямоугольном треугольнике

Чтобы определить неизвестную величину треугольника (катет, изображающий реактивную мощность), используем теорему Пифагора «в обратном направлении», учитывая известную длину гипотенузы (полная мощность) и длину смежной стороны (истинная мощность):

Рис. 5. Зная гипотенузу и один из катетов, по теореме Пифагора находим второй катет.

Корректируем коэффициент мощности с помощью конденсатора

Если эта нагрузка представляет собой электродвигатель или любую другую промышленную нагрузку переменного тока, она будет иметь запаздывающий (индуктивный) коэффициент мощности, что означает, что нам придётся исправить это с помощью конденсатора соответствующего размера, подключённого параллельно.

Теперь, когда мы знаем количество реактивной мощности (1,754 кВар), мы можем рассчитать размер конденсатора, необходимого для противодействия её влиянию:

Рис. 6. Находим нужную ёмкость корректирующего конденсатора для того, чтобы коэффициент мощности приблизить к единице.

Округляя этот ответ до 80 мкФ, можем поместить конденсатор данной ёмкости в схему и вычислить результаты:

Рис. 7. Параллельный конденсатор корректирует запаздывающую (индуктивную) нагрузку.

80 мкФ конденсатор будет иметь ёмкостное сопротивление 33.157 Ом, что даёт ток 7.238 ампер, и соответствующая реактивная мощность равна 1.737 кВар (только для конденсатора). Поскольку ток конденсатора на 180° не совпадает по фазе с индуктивным вкладом нагрузки в потребляемый ток, реактивная мощность конденсатора будет напрямую вычитаться из реактивной мощности нагрузки, в результате чего получим:

Рис. 8. Вычитание реактивной мощности конденсатора из реактивной мощности нагрузки даст общую мощность.

Эта коррекция, конечно, не изменит количество истинной мощности, потребляемой нагрузкой, но приведёт к существенному очевидному снижению мощности и общего тока, потребляемого от источника 240 В:

Рис. 9. Треугольник мощности до и после коррекции с помощью параллельного конденсатора.

Новую полную мощность можно найти из новых значений истинной и реактивной мощности, используя стандартную форму теоремы Пифагора:

Рис. 10. Стандартная форма теоремы Пифагора позволяет найти полную мощность (гипотенуза), зная один катет (реактивная мощность) и другой катет (истинная мощность).