HOMTUoo юоРт.

(13.21)

причем Р_т = S/S_mtii — коэффициент загрузки трансформатора по полной мощности.

Для трехобмоточных трансформаторов реактивная мощность определяется как

1=1

(13.22)

При номинальной нагрузке АД значения обеих составляющих реактивной мощности АД примерно равны и (>ад ⁼ 2Q₀. При (3 = 0 очевидно Q_M = Q₀.

В паспортах АД приводятся значения коэффициента мощности при номи­нальной нагрузке, что позволяет легко определить Q_Q и Q^ при любом значе­нии К_у В АД значение Q₀ составляет около 50 % номинальной мощности. Этой цифрой можно пользоваться при ориентировочных расчетах.

Значения Q₀ составляют 2—5 % номинальной мощности Тр. Это объясня-

I

Рис. 13.4. Г-образная схема замещения АД с нагрузкой г₂' и трансформатора с нагрузкой л_нт, х_нт

Глава 13. Компенсация реактивной мощности

ется отсутствием воздушного зазора в магнитопроводе Тр, благодаря чему для создания основного магнитного потока требуются меньшие значения намаг-ничавающего тока /₀ и реактивной мощности. Несмотря на это, суммарное потребление реактивной мощности трансформаторами соизмеримо с потреб­лением АД, поскольку суммарная номинальная мощность Тр, как правило, во много раз больше, чем АД.

Для уменьшения потребления реактивной мощности АД выбирают двига­тели с небольшим запасом по активной мощности; выполняют переключения статорных обмоток с треугольника на звезду при их загрузке ниже 40-50 %; исключают режим холостого хода путем установки соответствующих ограни­чителей; заменяют асинхронные двигатели синхронными той же мощности, если это возможно по технико-экономическим соображениям.

Для уменьшения потерь реактивной мощности в Тр рекомендуется отклю­чение в резерв Тр, загруженных менее 40 % номинальной мощности, а также перевод нагрузки на другой трансформатор, либо замена на менее мощный.

Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) относятся к числу крупных потре­бителей реактивной мощности. В значительной мере это объясняется необхо­димостью обеспечить непрерывность горения электрической дуги, что воз­можно только при наличии индуктивности в цепи ДСП. Достаточный для непрерывного горения дуги угол сдвига по фазе между первыми гармониками тока и напряжения ф_л определяется известным выражением

tg(p„> | = 0,637; ф„>32,5°.

Значение угла ф_я должно удовлетворять также следующему соотношению равнозначному предыдущему:

bm<s>_n>U_g/U_m,

где £/, — минимальное необходимое напряжение для горения дуги; U_m — амп­литудное значение напряжения источника питания.

Наличие автоматических регуляторов, позволяющих воздействовать на уровни U и U_m, позволяет работу ДСП с углами ф_я < 32,5°.

Таким образом, минимально возможное соотношение между реактивной и активной мощностями, потребляемыми ДСП без применения регуляторов, позволяющих изменить соотношение U_g и U_m, составляет

Q„ = 0,637Р,

На практике в большинстве случаев Q_n > 0,637/>_п, что объясняется наличи­ем значительных индуктивностей в цепи ДСП. На рис. 13.5 показана упрощен­ная схема дуговой электропечной установки.

ДСП относятся к резкопеременным несимметричным нагрузкам. В наи­большей мере резкие изменения нагрузки наблюдаются в начальный период

13.2. Основные потребители реактивной мощности

Рис. 13.5. Схема подключения ДСП: 1 — дроссели насыщения, служащие для регулирования режима работы ДСП; 2 — печной трансформатор; 3 — ко­роткая сеть, представляющая собой токопровод низкого напряжения с номинальным током до десятков тысяч ам­пер; 4 — дуговые трехфазные печи

плавки — период расплавления; его продол­жительность обычно составляет несколько процентов периода плавки. В последний, са­мый продолжительный период (рафинирова­ние) изменения нагрузки небольшие.

Оценивать значения реактивной мощнос­ти, потребляемой ДСП, на основании чисто теоретических предпосылок весьма затрудни­тельно из-за влияния конструктивных параме­тров ДСП, материала электродов, состава скрапа, несимметрии и несинусоидальности режима и ряда других параметров. Поэтому на практике используют усредненные данные, полученные в результате многочисленных из­мерений на действующих ДСП.

Средние значение tg ф_я за весь период плавки для печей различной емко­сти составляют:

Тип печи.............. ДСП-12-ДСП-25 ДСП-100 ДСП-200

tg ф„..................... 0,65 0,9 0,97

Для печей ДСП-100 и ДСП-200 приведенные значения tg ф„ можно ис­пользовать также при оценке 30-минутного максимума реактивной нагрузки. Для ДСП меньшей емкости значение tg ф_я, соответствующее 30-минутному максимуму, принимается равным приведенному выше с коэффициентом 0,47.

Максимальное значение реактивной мощности имеет место при так назы­ваемом эксплуатационном коротком замыкании:

Qmax ⁼ ^п.т^э.к.э' (13.23)

где 5_ПТ — номинальная мощность печного трансформатора; к_экз — кратность эксплуатационного короткого замыкания, соответствующего режиму сопри­косновения электродов с плавящимся металлом. Среднее значение &_экз: 3,2-3,5 — для печей емкости ДСП-12-ДСП-25; 1,5-2,3 - для ДСП-100— ДСП-200.

В настоящее время более 50 % электроэнергии, поставляемой промышлен­ными предприятиями, преобразуется с помощью выпрямителей и инверторов; эти устройства именуются вентильными преобразователями (ВП).

ВП являются крупными потребителями реактивной мощности. На основе

420 Глава 13. Компенсация реактивной мощности

Я

Z3

71 /

Ль

1 "к-

а

Рис. 13.6. Схема 6-пульсного ВП (о) и кривая тока в фазе ВП (б):

у — угол коммутации, обусловленный наличием индуктивности в цепях ВП; а — угол управления (регулирования), определяющий задержку включения очередного вентиля относительно времени естественного открывания

ВП, как будет показано в дальнейшем, строят современные регулируемые ис­точники реактивной мощности.

В большинстве случаев на предприятиях используются трехфазные мосто­вые схемы ВП (рис. 13.6). Изменением угла а обеспечивается регулирование выпрямленного напряжения ВП. Наличие горизонтального участка кривой /(/) имеет место при работе ВП на индуктивность либо противоЭДС, например, электродвигатель.

При а до 10° угол коммутации оказывается весьма малым, его принимают равным нулю. При расчетах активной и реактивной мощностей ВП использу­ют значения первых гармоник напряжения и тока ВП: £/, и /,. При этом пол­ная мощность

5, = 0, /,.

В расчетах принимают U_x ~ U_HOU, пренебрегая незначительным влиянием напряжения высших гармоник на действующее значение напряжения. Актив­ная и реактивная мощности первых гармоник:

/>, = ^coscp,; £>, = ^sincp,.

Угол сдвига фаз между первыми гармониками напряжения и тока ф, опре­деляют по формуле

Ф, = а + у/2.

При а > 10° можно принимать ф ~ а.

13.3. Компенсирующие устройства

Значение угла сдвига ф, можно найти также по отношению выпрямленных напряжений U_d при а ф 0 и U_M при а = 0:

ф, = arccos -

Коэффициент мощности совф определяют с учетом не только коэффици­ента сдвига cos ф|, но и степени искажения тока у;

совф = у, совф,, (13.24)

где

y,=I,/^+±I²_v, (13.25)

/_v — действующее значение тока v-й гармоники.

Для 6-пульсных схем у, = 0,955; для схем большой пульсности (12, 18-пульсных) у, = 1.

Реактивная мощность с учетом искажения кривой тока

Q = Р tg ф.

Индукционные печи предназначены для расплавления металлов индуциро­ванными токами, для чего необходимо создание сильных магнитных полей. Для этой цели требуется значительная реактивная мощность.

На предприятиях применяют в основном однофазные печи мощностью до 6 МВт для плавления цветных металлов и до 2 МВт — сталеплавильные печи. Для генерирования токов высокой частоты (до 10 кГц) используют главным образом тиристорные преобразователи частоты на напряжения 0,38; 6; 10 кВ. Коэффициент мощности индукционных печей весьма низок: от 0,1 до 0,5—0,6, в связи с чем в комплект индукционной печи входят регулируемые батареи конденсаторов.

Установки дуговой и контактной электросварки являются однофазными резкопеременными нагрузками с cos ф от 0,2 до 0,6.

Дата добавления: 2015-07-17