Понятия коэффициента мощности и реактивной мощности

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ. СПОСОБЫ

ЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Понятия коэффициента мощности и реактивной мощности

Одним из основных энергетических показателей электроприемников (ЭП) переменного тока является коэффициент мощности , который равен

,

где P и S — соответственно активная и полная мощности на входе ЭП.

Активная мощность P равна среднему значению мгновенной мощности за период питающего напряжения и определяет количество электроэнергии, необратимо преобразующейся в тепло или другие формы энергии. Она характеризует полезную работу в нагрузке, включая полезную мощность и мощность потерь в электроустановке.

Полная мощность S = U•I определяет расчетные токи и напряжения сети. Она всегда больше фактически передаваемой нагрузке активной мощности из-за существования неактивных составляющих мощности, которые, не создавая полезного эффекта, приводят к увеличению потерь в питающей сети и источнике. Согласно современным представлениям полная мощность равняется

Реактивная мощность или мощность сдвига Q обусловлена сдвигом по фазе синусоидального тока относительно синусоидального напряжения питающей сети. Вследствие этого сдвига появляется реактивная составляющая тока, которая не участвует в передаче активной мощности нагрузке, так как среднее арифметическое значение мгновенной мощности за период этой составляющей равно нулю. В то же время, протекая в источнике и питающей сети, реактивная составляющая тока создает дополнительные потери энергии.

Мощность искажения N обусловлена протеканием гармоник тока, частота которых в целое число раз больше основной частоты напряжения питающей сети. Среднее арифметическое значение мгновенной мощности, связанной с этими гармониками, за период также равно нулю, однако и они вызывают дополнительные потери энергии в сети.

Мощность несимметрии T обусловлена несимметричной работой фаз трехфазной системы (неравенством напряжений в фазах, несимметричной нагрузкой и т.д.).

Если принять, что напряжения и токи не содержат высших гармоник (состоят только из гармоники 50 Гц и представляют собой идеальные синусоиды), а также во всех фазах равны между собой, то N и Т будут равны нулю.

Тогда для мощностей P, Q, S будет справедлив рис. 1, а, из которого следует, что

,

где j — угол сдвига между Р и S (рис. 1,а).

а) б)

Рис. 1

Из рис. 1, а следует, что S=UI, P=UIcos j, а Q=UIsin j. Сокращая в этих выражениях напряжение U, можно перейти от диаграммы мощностей (рис. 1, а) к векторной диаграмме токов (рис. 1, б). Из рис. 1, б видно, что активная составляющая полного тока I_a = Icosj совпадает по фазе с напряжением сети U, а реактивная составляющая тока I_p = Isinj, отстает от напряжения сети на угол 90°.

Таким образом, можно сделать вывод, что при принятых выше допущениях, коэффициент мощности есть косинус угла сдвига между напряжением U и током I.

Мероприятия по повышению коэффициента мощности являются одним из эффективных средств, направленных на экономию топливно-энергетических ресурсов.

Компенсация реактивной мощности обеспечивает разгрузку генераторов электростанций, питающих и распределительных сетей и трансформаторов от реактивных токов и тем самым уменьшение потерь мощности, электроэнергии и напряжения в линиях и трансформаторахи, следовательно, увеличение их пропускной способности.

Рассмотрим кратко физическую сущность реактивной мощности.

Реактивная мощность Q возникает только в сетях переменного тока. Известно, что прохождение переменного тока всегда сопровождается возникновением переменного, изменяющегося с частотой тока магнитного потока. Изменение магнитного потока сопровождается возникновением в индуктивных сопротивлениях электродвижущей силы самоиндукции, действие которой всегда направлено против изменений тока. Это и вызывает отставание во времени изменений переменного тока I от изменений переменного напряжения U на угол сдвига, который называют j (рис. 1,б).

Индуктивная нагрузка в цепи переменного тока всегда имеет место, так проводники цепи представляют не только активные R, но и индуктивные Х_L сопротивления. Основное индуктивное сопротивление или индуктивную нагрузку в сетях переменного тока представляют машины и аппараты, действие которых основано на использовании магнитного потока: трансформаторы, реакторы, электродвигатели, индукционные электрические печи и т. п. Они и являются основными потребителями реактивной мощности Q.

Таким образом, в сети переменного тока имеются потребители активной Р и реактивной Q мощности. Потребителями активной мощности являются потребители, предназначенные для преобразования энергии электрического тока в механическую работу (электродвигатели), в тепло (электрические печи, нагревательные приборы), в свет (источники света), в химические реакции (электролиз, гальваника).

Реактивная мощность Q в цепи переменного тока необходима для создания магнитного потока в трансформаторах, электродвигателях и других потребителях, а также для преодоления индуктивного сопротивления проводников цепи переменного тока. При отсутствии устройств для компенсации реактивной мощности ее вынуждены давать генераторы электрических станций.Но так как обмотка генераторов рассчитана из условий допустимого нагрева на определенную силу тока, то наличие в сети реактивной мощности и, следовательно, реактивного тока приводит к недоиспользованию обмотки генераторов по активному току. Кроме этого, реактивная составляющая тока, проходя по всем элементам сети от генераторов до потребителей, вызывает дополнительные потери мощности, электроэнергии и напряжения.

Дата добавления: 2015-07-14