Công suất phản kháng là gì? Công suất phản kháng bù. Tính toán công suất phản kháng

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Trong các căn hộ và nhà riêng, một đồng hồ điện được lắp đặt, theo đó việc thanh toán cho năng lượng tiêu thụ được tính toán. Một cách đơn giản, người ta tin rằng chỉ có thành phần tích cực của nó được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày, mặc dù điều này không hoàn toàn đúng. Nhà ở hiện đại bão hòa với các thiết bị trong mạch có các phần tử chuyển pha. Tuy nhiên, công suất phản kháng do các thiết bị gia dụng tiêu thụ ít hơn so với công suất phản kháng của các thiết bị công nghiệp, do đó, theo truyền thống, công suất phản kháng do các thiết bị gia dụng tiêu thụ sẽ ít hơn so với các doanh nghiệp công nghiệp.

Một nhà máy hoặc nhà máy mà ban quản lý không giám sát việc tiêu thụ các dòng ký sinh đi qua mạch phụ tải sẽ gây ra tác hại lớn cho hệ thống năng lượng của khu vực và quốc gia nói chung. Không khí xung quanh đường dây tải điện nóng lên hoàn toàn vô ích; cuộn dây của máy biến áp lắp đặt trong trạm biến áp có thể không chịu được tải, đặc biệt là trong thời gian cao điểm.

Nạp cảm ứng và điện dung

Nếu bạn sử dụng thiết bị sưởi thông thường hoặc bóng đèn điện, thì nguồn điện được chỉ định trongdòng chữ tương ứng trên bình hoặc bảng tên sẽ tương ứng với tích các giá trị / u200b / u200b của dòng điện đi qua thiết bị này và điện áp nguồn (chúng tôi có 220 Vôn). Tình huống sẽ thay đổi nếu thiết bị chứa máy biến áp, các phần tử khác có chứa cuộn cảm hoặc tụ điện. Các bộ phận này có tính chất đặc biệt, đồ thị dòng điện chạy trong chúng trễ hoặc dẫn hình sin của điện áp nguồn - nói cách khác, xảy ra hiện tượng lệch pha. Tải điện dung lý tưởng làm dịch chuyển vectơ bằng -90 và tải cảm ứng là +90 độ. Công suất trong trường hợp này là kết quả của không chỉ tích của dòng điện và điện áp, một hệ số hiệu chỉnh nhất định được thêm vào. Điều này dẫn đến đâu?

Phản ánh hình học của quá trình

Từ khóa học hình học ở trường, mọi người đều biết rằng cạnh huyền dài hơn bất kỳ chân nào trong một tam giác vuông. Nếu công suất hoạt động, phản kháng và công suất biểu kiến tạo thành các mặt của nó, thì dòng điện tiêu thụ bởi cuộn dây và điện dung sẽ vuông góc với thành phần điện trở, nhưng có hướng ngược chiều nhau. Khi cộng (hoặc, nếu bạn thích, trừ đi, chúng có các dấu hiệu khác nhau), vectơ tổng, tức là tổng công suất phản kháng, tùy thuộc vào loại tải nào chiếm ưu thế trong mạch, sẽ hướng lên hoặc xuống. Theo hướng của nó, người ta có thể đánh giá tính chất nào của tải chiếm ưu thế.

Công suất phản kháng với việc cộng véc tơ vào thành phần hoạt động sẽ cho tổng lượng điện năng tiêu thụ. Nó được hiển thị dưới dạng đồ họacạnh huyền của tam giác lũy thừa. Đường này càng nằm ở vị trí nhẹ so với trục x thì càng tốt.

Cosine phi

Đồ thị cho thấy góc φ được tạo thành bởi hai vectơ, toàn phần và lũy thừa. Giá trị của chúng càng khác nhau càng tốt, nhưng sự hợp nhất hoàn toàn của chúng sẽ bị ngăn cản bởi công suất phản kháng, được coi là ký sinh. Góc càng lớn thì tải trên đường dây điện, máy biến áp bậc lên và bậc xuống của hệ thống cung cấp điện càng cao và ngược lại, các vectơ càng nghiêng về phía nhau thì dây dẫn càng ít nóng trong suốt mạch điện. Đương nhiên, cần phải làm gì đó cho vấn đề này. Và giải pháp đã được tìm thấy, đơn giản và thanh lịch. Công suất phản kháng bù lẫn nhau cho phép bạn giảm góc φ và đưa cosin của nó (còn được gọi là hệ số công suất) gần nhất có thể. Để làm điều này, hãy kéo dài vectơ của thành phần điện dung theo cách để đạt được sự cộng hưởng của các dòng điện, tại đó chúng "dập tắt" nhau (lý tưởng là hoàn toàn, nhưng trong thực tế - ở mức độ lớn nhất).

Lý thuyết và thực hành

Mọi tính toán lý thuyết càng có giá trị, càng áp dụng được vào thực tế. Bức tranh ở bất kỳ doanh nghiệp công nghiệp phát triển nào như sau: phần lớn điện năng được tiêu thụ bởi các động cơ (đồng bộ, không đồng bộ, một pha, ba pha) và các máy móc khác. Nhưng cũng có máy biến áp. Kết luận rất đơn giản: trong điều kiện sản xuất thực tế, công suất phản kháng có tính chất cảm ứng chiếm ưu thế. Cần lưu ý rằng doanh nghiệphọ không lắp đặt một đồng hồ đo điện, như trong các ngôi nhà và căn hộ, mà là hai đồng hồ, một trong số đó đang hoạt động, và cái còn lại rất dễ đoán. Và đối với việc sử dụng quá mức năng lượng bị “đuổi” một cách vô ích qua các đường dây điện, các cơ quan hữu quan bị phạt không thương tiếc, nên chính quyền hết sức quan tâm đến việc tính toán công suất phản kháng và có biện pháp giảm thiểu. Rõ ràng là không thể không có điện dung khi giải quyết vấn đề này.

Lý thuyết Bồi thường

Từ biểu đồ trên, có thể thấy khá rõ ràng làm thế nào để đạt được mức giảm dòng ký sinh cho đến khi loại bỏ hoàn toàn chúng, ít nhất là về mặt lý thuyết. Để làm điều này, một tụ điện có điện dung thích hợp phải được mắc song song với tải cảm ứng. Các vectơ, khi được thêm vào, sẽ cho giá trị 0 và chỉ thành phần hoạt động hữu ích sẽ còn lại.

Tính toán được thực hiện theo công thức:

C=1 / (2πFX), trong đó X là tổng điện kháng của tất cả các thiết bị có trong mạng; F - tần số của điện áp cung cấp (chúng ta có - 50 Hz);

Có vẻ như - điều gì dễ dàng hơn? Nhân "X" và số "pi" với 50 rồi chia. Tuy nhiên, mọi thứ có phần phức tạp hơn.

Nó như thế nào trong thực tế?

Công thức rất đơn giản, nhưng việc xác định và tính X không dễ dàng như vậy. Để làm được điều này, bạn cần lấy tất cả dữ liệu về các thiết bị, tìm ra điện trở của chúng và ở dạng vectơ, và thậm chí sau đó … Trên thực tế, không ai làm điều này, ngoại trừ các sinh viên làm việc trong phòng thí nghiệm.

Bạn có thể xác định công suất phản kháng theo cách khác, sử dụng một thiết bị đặc biệt - đồng hồ đo pha chỉ ra cosin phi, hoặc bằng cách so sánh số đọc của oát kế,ampe kế và vôn kế.

Vấn đề phức tạp là trong quá trình sản xuất thực tế, tải liên tục thay đổi, vì một số máy được bật trong khi hoạt động, trong khi những máy khác, ngược lại, bị ngắt kết nối khỏi mạng, theo yêu cầu của các quy định về công nghệ. Theo đó, các biện pháp liên tục là cần thiết để giám sát tình hình. Hệ thống chiếu sáng hoạt động vào ban đêm, không khí có thể được sưởi ấm trong các phân xưởng vào mùa đông và không khí có thể được làm mát vào mùa hè. Bằng cách này hay cách khác, nhưng bù công suất phản kháng dựa trên các tính toán lý thuyết với phần lớn các phép đo thực tế cos φ.

Kết nối và ngắt kết nối tụ điện

Cách dễ nhất và rõ ràng nhất để giải quyết vấn đề là đặt một nhân viên đặc biệt gần đồng hồ đo pha, người sẽ bật hoặc tắt số tụ điện cần thiết, đạt được độ lệch nhỏ nhất của mũi tên so với sự thống nhất. Vì vậy, lúc đầu họ đã làm điều đó, nhưng thực tế đã cho thấy rằng yếu tố con người khét tiếng không phải lúc nào cũng cho phép đạt được hiệu quả như mong muốn. Trong mọi trường hợp, công suất phản kháng, thường có bản chất là cảm ứng, được bù bằng cách nối một điện dung có kích thước thích hợp, nhưng tốt hơn là nên làm điều này một cách tự động, nếu không, một công nhân cẩu thả có thể mang lại cho doanh nghiệp của mình một khoản tiền phạt lớn. Một lần nữa, công việc này không thể được gọi là đủ tiêu chuẩn, nó khá phù hợp với tự động hóa. Sơ đồ đơn giản nhất bao gồm một cặp electron quang học của một bộ phát ánh sáng và một bộ thu ánh sáng. Mũi tên đã bao phủ giá trị tối thiểu, có nghĩa là bạn cần thêmnăng lực.

Tự động hóa và các thuật toán thông minh

Hiện tại, có những hệ thống cho phép bạn giữ cos φ một cách đáng tin cậy trong phạm vi từ 0,9 đến 1. Vì kết nối của các tụ điện trong chúng diễn ra một cách rời rạc, nên không thể đạt được kết quả lý tưởng, nhưng công suất phản kháng tự động máy bù vẫn cho hiệu quả kinh tế rất tốt. Hoạt động của thiết bị này dựa trên các thuật toán thông minh đảm bảo hoạt động ngay sau khi bật, thường xuyên nhất ngay cả khi không có cài đặt bổ sung. Các tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ máy tính giúp cho việc kết nối đồng nhất tất cả các giai đoạn của tủ tụ điện có thể tránh được sự cố sớm của một hoặc hai trong số chúng. Thời gian đáp ứng cũng được giảm thiểu và các cuộn cảm bổ sung làm giảm lượng điện áp rơi trong quá trình chuyển tiếp. Bảng điều khiển điện doanh nghiệp hiện đại được bố trí phù hợp tạo điều kiện cho người vận hành nhanh chóng đánh giá tình hình, trong trường hợp xảy ra sự cố hoặc hỏng hóc sẽ nhận được tín hiệu báo động ngay lập tức. Giá của một chiếc tủ như vậy là đáng kể, nhưng đáng bỏ tiền ra, nó mang lại lợi ích.

Thiết bị bù

Máy bù công suất phản kháng thông thường là một tủ kim loại có kích thước tiêu chuẩn với bảng điều khiển và quản lý ở mặt trước, thường được mở. Ở dưới cùng của nó là bộ tụ điện (pin). Như làvị trí là do một xem xét đơn giản: công suất điện khá nặng, và nó là khá hợp lý để cố gắng làm cho kết cấu ổn định hơn. Ở phần trên, ngang tầm mắt của người vận hành, có các thiết bị điều khiển cần thiết, bao gồm cả bộ chỉ báo pha, nhờ đó bạn có thể đánh giá mức độ của hệ số công suất. Ngoài ra còn có các chỉ báo khác nhau, bao gồm các chỉ báo khẩn cấp, điều khiển (bật và tắt, chuyển sang chế độ thủ công, v.v.). Việc đánh giá so sánh các số đọc của cảm biến đo và sự phát triển của các hành động điều khiển (kết nối các tụ điện theo định mức yêu cầu) được thực hiện bởi một mạch dựa trên bộ vi xử lý. Các bộ truyền động hoạt động nhanh chóng và im lặng, chúng thường được xây dựng trên các thyristor mạnh mẽ.

Tính toán gần đúng các tụ điện

Trong các nhà máy tương đối nhỏ, công suất phản kháng của một mạch có thể được ước tính gần đúng bằng số lượng thiết bị được kết nối, có tính đến đặc tính lệch pha của chúng. Vì vậy, một động cơ điện không đồng bộ thông thường (“thợ cứng” chính của các xí nghiệp, nhà máy), có tải bằng một nửa công suất định mức, có cos bằng 0,73 và bóng đèn huỳnh quang - 0,5. Thông số của máy hàn tiếp điểm nằm trong khoảng từ 0, 8 đến 0,9, lò hồ quang hoạt động với cosin φ bằng 0,8. Các bảng có sẵn cho hầu hết mọi kỹ sư điện chính chứa thông tin về hầu hết các loại thiết bị công nghiệp và có thể cài đặt trước bù công suất phản kháng thực hiện bằng cách sử dụng chúng. Tuy nhiên, dữ liệu đóchỉ đóng vai trò là đường cơ sở để thực hiện các điều chỉnh bằng cách thêm hoặc bớt các khối tụ điện.

Toàn quốc

Bạn có thể có ấn tượng rằng nhà nước đã giao cho các nhà máy, xí nghiệp và các xí nghiệp công nghiệp khác quan tâm đến các thông số của lưới điện và tính đồng nhất của phụ tải trên đó. Đây không phải là sự thật. Hệ thống năng lượng của đất nước kiểm soát sự chuyển dịch giai đoạn trên quy mô quốc gia và khu vực, ngay khi xuất sản phẩm đặc biệt của mình từ các nhà máy điện. Một vấn đề khác là việc bù thành phần phản kháng được thực hiện không phải bằng cách nối các tủ tụ bù mà bằng một phương pháp khác. Để đảm bảo chất lượng năng lượng cung cấp cho người tiêu dùng trong cuộn dây rôto, dòng điện phân cực được điều chỉnh, đây không phải là vấn đề lớn trong máy phát điện đồng bộ.