Verbetering van de vermogensfactor in inductiemotoren

Na het lezen van dit artikel zult u leren over: - 1. Inleiding tot de verbetering van de vermogensfactor 2. Vermogen in inductief / capacitief circuit 3. Vermogen / vermogensfactor in resistent circuit 4. Vermogen / vermogensfactor in inductie alleen 5. Vermogen / vermogen Alleen factor in capaciteit 6. Leidinggevende en achterliggende vermogensfactor 7. De effecten van een lage vermogensfactor en de correctie en andere details .

Inhoud:

  1. Inleiding tot de verbetering van de power factor
  2. Vermogen in inductief / capacitief circuit
  3. Power / Power Factor in Inductance alleen
  4. Power / Power Factor alleen in Capacitance
  5. Leading en Lagging Power Factor
  6. De effecten van Low Power Factor en de correctie
  7. Power Factor Meters
  8. Toepassing van vermogenscondensatoren
  9. Bepaling van de capaciteit van de condensator
  10. Voordelen van Power Condensators
  11. Industriële installaties
  12. Transmissiesystemen

1. Inleiding tot de verbetering van de power factor:

Wanneer de stroom die in een wisselstroomsysteem loopt dat een inductiemotor levert, wordt onderzocht, zal het opvallen dat deze groter is dan van de normale vereisten van de motor zou kunnen worden verwacht. Daarom, aangezien elke kolenlading hoofdzakelijk bestaat uit inductiemotoren, volgt hieruit dat een grotere stroom wordt geleverd dan feitelijk noodzakelijk is om te voorzien in het werk dat wordt uitgevoerd.

Deze overtollige stroom treedt alleen op in wisselstroomsystemen en heeft geen tegenhanger in gelijkstroomsystemen. Het ontstaat door het effect dat de reactantie van de veldwikkeling heeft op de wisselstroomcyclus.

2. Vermogen in inductief / capacitief circuit:

We weten dat in een gelijkstroomcircuit de stroom wordt geleverd door het product van spanning en stroom. Maar in een wisselstroomcircuit is dit niet waar. Als het circuit inductieve of capacitieve reactantie bevat, geeft het product van spanning en stroom niet het werkelijke vermogen, maar het schijnbare vermogen. Dit werkelijke vermogen is een fractie van het schijnbare vermogen, waarbij de breuk bekend staat als de arbeidsfactor (PF). daarom

3. Vermogen / Power Factor in Resistive Circuit:

Om de feitelijke vermogensgolfvorm voor een bepaalde spanning en stroom te verkrijgen, is het noodzakelijk momentane waarden van spanning en stroom te vermenigvuldigen, bijv. In een schakeling die alleen weerstand bevat, zijn de stroom- en spanningsgolfvormen zoals in figuur 19.1.

Laten we het punt 5 in figuur 19.1 (a) nemen, de waarde van de spanning wordt gegeven door wisselstroom en die van stroom door ab. Het vermenigvuldigen van deze twee waarden samen geeft DE of punt 5 in figuur 19.1 (b). Wanneer dit proces voor alle andere punten wordt herhaald, wordt de werkelijke vermogenscurve verkregen.

Nu het circuit alleen pure weerstand bevat, moet de werkelijke vermogenscurve ook de schijnbaar vermogenscurve zijn.

Voor een puur resistief circuit,

Werkelijk vermogen = Schijnbaar vermogen.

. . . Machtsfactor = 1 = eenheid.

4. Power / Power Factor in Inductance alleen:

In een circuit dat alleen inductie (geen weerstand) bevat en dezelfde methode gebruikt als hierboven, kan de werkelijke vermogenscurve worden verkregen zoals weergegeven in figuur 19.2. Nu kan uit deze figuur worden afgeleid dat er voor elke halve cyclus van spanning twee pulsen van vermogen zijn, één positief en één negatief.

Waarom gebeurt dit? We zien dat wanneer de spanning en de stroom zowel positief als beide negatief zijn, er vermogen aan de inductantie wordt toegevoerd om een ​​magnetisch veld op te zetten.

Wanneer de spanning en stroom in tegengestelde richting zijn, klapt het magnetische veld in, waardoor de stroom naar de bron terugkeert. En als zodanig wordt opgemerkt dat het gemiddelde vermogen dat gedurende een volledige cyclus wordt gebruikt nul is. Het schijnbare vermogen is echter het product van spanning en stroom en heeft een duidelijke waarde. Vandaar voor een zuiver inductief circuit

Werkelijke macht = 0,

Vermogensfactor = 0 / schijnbaar vermogen = 0

5. Vermogen / Vermogensfactor alleen in Capaciteit:

Waar een circuit alleen capaciteit bevat, zijn de golfvormen van stroom en spanning zoals in Fig. 19.3. Hier hebben we, net als bij inductantie, twee plussen kracht voor elke halve cyclus van spanning, hoewel de posities van de positieve en negatieve pulsen zijn verwisseld.

In dit geval, wanneer de spanning en stroom zowel positief als negatief zijn, wordt vermogen aan de capaciteit toegevoerd om een ​​elektrostatisch veld op te zetten. Wanneer spanning en stroom in tegengestelde richting zijn, klapt het elektrostatische veld de terugkerende stroom naar de bron in.

Nogmaals, zoals met de inductantie, hoewel er geen waarde is van bruikbare kracht, is er een waarde van schijnbaar vermogen. Vandaar voor een zuiver capacitieve circuit

Werkelijke macht = 0

Vermogensfactor = 0 + Werkelijk vermogen = 0

6. Leading en Lagging Power Factor:

Uit de inductie- en capaciteitscircuits zoals hierboven vermeld, zien we dat beide circuits een vermogensfactor nul hebben. Om nu een onderscheid te maken tussen beide, zeggen we dat de inductieve schakeling een stroom heeft die achterblijft bij de spanning, en dus een achterblijvende arbeidsfactor heeft, en de capacitieve schakeling een stroom heeft die de spanning leidt en een leidende vermogensfactor heeft

Aangezien een zuiver weerstandscircuit een stroom heeft die in fase is met de spanning die een arbeidsfactoreenheid geeft, kan ook gemakkelijk worden gezien dat combinaties van alle drie de circuits ergens tussen nulvertraging en nulleider een vermogensfactor kunnen geven. In de praktijk zien we uit onze ervaring dat een typische kolenmijn of industrie overwegend inductiemotoren gebruikt met een arbeidsfactor variërend van 0, 5 tot 0, 75 achterblijvend.

7. De effecten van Low Power Factor en de correctie ervan:

Een lage arbeidsfactor is een kostbare aangelegenheid voor een industrie. Helaas is dit een normaal verschijnsel, maar niet noodzakelijk onvermijdelijk.

In feite betalen de industrieën en de consumenten op twee manieren voor een lage arbeidsfactor:

(a) Op de initiële kosten van de installatie, en

(b) Op de kosten van de elektriciteitsvoorziening.

Daarom is het voor elke branche een must om de apparatuur op een PF te laten draaien die het dichtst bij de eenheid ligt. In het geval van een lage arbeidsfactor, kan de consument de rekening verlagen door geschikte condensatoren te installeren om de arbeidsfactor te verbeteren. Het principe dat wordt gevolgd bij de correctie van de vermogensfactor kan echter het beste worden aangetoond aan de hand van enkele kleine voorbeelden. Neem het geval van een eenfaselading van 250 volt met een stroomsterkte van 10 ampère bij een arbeidsfactor .71 achterblijvend, zoals weergegeven in Afb. 19.4.

Hier zien we:

Schijnbaar vermogen = 10 x 250 = 2500 watt,

en Werkelijk vermogen = 10 x 250 x .71 = 1775 watt ongeveer.

Het is daarom mogelijk om aan te tonen dat de huidige 10 ampère verdeeld kan worden in twee componenten, één met een eenheidsvermogensfactor, en de andere met een nulvermogensfactor zoals getoond in figuur 19.4. (B). De maximale waarde van deze stromen zijn beide 7, 1 amp.

De ene bij één arbeidsfactor doet het nuttige werk, terwijl die bij nul-achterblijvende vermogensfactoren de magnetiserende stroomcomponent is die geëlimineerd moet worden. Daarom moet een exact gelijke stroom maar op nul leiden worden toegepast op de schakeling om de magnetiserende stroom te annuleren zoals getoond in figuur 19.5. Dit wordt meestal verkregen door een condensator in het circuit van voldoende grootte aan te sluiten om een ​​stroom van 7, 1 ampère aan te geven. De finale wordt getoond in Fig 19.6. waar een gereduceerde stroom van 7, 1 op één arbeidsfactor ligt.

Daarom is het werkelijke vermogen = schijnbaar vermogen = 7, 1 x 250 = 1780 watt.

Wat in feite gebeurt, is dat de voeding de motor en condensator nu alleen als een puur resistieve belasting ziet en voldoende stroom doorlaat om het eigenlijke werk van het draaien van de motoras te doen, en de condensator continu de magnetiseringsstroom van de motorwikkelingen verzendt en ontvangt .

In feite twee soorten apparatuur:

(1) Condensatoren en

(2) Synchrone motoren worden gebruikt om de arbeidsfactor te verbeteren.

Maar van deze twee apparaten worden condensatoren tegenwoordig op grote schaal gebruikt voor het corrigeren van de arbeidsfactor. Aan het einde van het hoofdstuk vindt u een correctietabel voor de vermogensfactor. Reden voor het uitgebreide gebruik van condensatoren is dat de statische condensatoren beschikbaar zijn in verschillende geschikte classificaties en gemakkelijker kunnen worden geïnstalleerd, hetzij in bulk op het punt van de mijnaanvoer, of om individuele inductiemotoren te corrigeren door condensatoren op hun klemmen aan te sluiten. Qua kosten zijn ze ook goedkoper.

8. Power Factor Meters:

Power Factor Meters worden meestal geïnstalleerd op het hoofdonderstation en geven een directe indicatie van de arbeidsfactor van het circuit waarmee het verbonden is. Een instrument dat in een dergelijke positie is gemonteerd, geeft mogelijk alleen de algehele arbeidsfactor van de hele mijn, of een groot deel ervan.

Als de vermogensfactor van een afzonderlijke motor vereist is, is het gebruikelijk om draagbare instrumenten te installeren om de werkelijke stroomspanning en stroom te registreren van waaruit de vermogensfactor kan worden berekend, of in veel gevallen direct wordt vastgelegd.

9. Toepassing van vermogenscondensatoren:

Een ingenieur moet altijd goed nadenken over de toepassing van condensatoren. In feite zien we uit onze ervaring dat voor een succesvolle werking van de verbetering van de vermogensfactor veel afhangt van de locatie van condensatoren in het systeem, en ideale omstandigheden worden verkregen wanneer de hoogste arbeidsfactor wordt gehandhaafd onder alle belastingstoestand.

In de praktijk wordt voor het verkrijgen van een flexibele opstelling de totale vereiste KVA gewoonlijk verdeeld in kleinere beoordelingen en dit kan worden bereikt zoals hieronder wordt uitgelegd:

(a) Individuele PF-correctiemethode:

Dit correctiesysteem wordt toegepast voor grote inductiemotoren, transformatoren en booglasapparatuur, die gedurende lange perioden worden gebruikt. In beide gevallen is de condensator rechtstreeks parallel verbonden met de klemmen. En als zodanig kan de condensator samen met de apparatuur zelf worden in- en uitgeschakeld.

Deze methode heeft het grootste voordeel om alle toevoerleidingen te ontlasten die leiden naar apparaten die reactief vermogen verbruiken. Bovendien is deze methode automatisch en zorgt deze ook voor een hoge arbeidsfactor onder belasting. De tabel 19.1. helpt bij het bepalen van de capaciteit van de condensator voor directe aansluiting op inductiemotoren.

(b) Groep PF correctiemethode:

In een systeem waarbij een groot deel van de belasting bestaat uit kleine motoren en de werking periodiek is, is individuele correctie van de vermogensfactor noch uitvoerbaar, noch economisch. In deze gevallen wordt de correctie bereikt door grotere condensatoren die zijn aangesloten over de hoofdrails en worden bediend met handbediende schakelaars.

(c) Automatische PF-correctie:

In systemen met hoge belastingsfluctuaties is automatische besturing de ideale methode. De totale condensator KVAr is onderverdeeld in een aantal regelfasen van, voor zover mogelijk, gelijke capaciteit. Om het blindvermogenvermogen van transformatoren en van permanent aangesloten apparatuur te compenseren, wordt een vaste fase voorzien, onafhankelijk van het automatische gedeelte, en blijft deze permanent verbonden met de installatie. Door middel van een reactief vermogenrelais worden de regeltrappen afhankelijk van de situatie in- en uitgeschakeld totdat de vooraf ingestelde gewenste PF wordt bereikt.

Om echter te veelvuldig schakelen te elimineren, wanneer piekbelasting van korte duur optreedt, is er een tijdrelais ingebouwd voor schakeling van fase naar fase. Wederom, in het geval van onderbreking van de toevoer, reset het nulspanningsrelais de regelinrichtingen naar hun neutrale positie, zodat bij herstel van de toevoer de condensatortrappen weer trap voor trap worden ingeschakeld, waardoor ongewenste stroom- en spanningspieken worden voorkomen.

10. Bepaling van de capaciteit van de condensator:

Om de capaciteit van de condensator te bepalen om het vermogen van Cos φ 1 tot Cos φ 2 te verbeteren, verwijzen we naar figuur 19.6 met een vectordiagram.

Zoals aangegeven in het vectordiagram, de benodigde hoeveelheid compensatie

In tabel 19.1. we zien een condensatorselectiekaart.

Een voorbeeld om de economie van vermogenscondensatoren te verklaren wordt hieronder gegeven. Een verbruiker met een maximale belasting van 5000 kW had een belastingsfactor van 0, 8. De maximale vraag in KVA was 6250. Het maximumtarief van de KVA was bijvoorbeeld Rs. 10 / - per KVA per maand.

Om de arbeidsfactor te verbeteren, bijvoorbeeld tot 0, 95, werden condensatoren met een vermogen van 2105 KVAr geïnstalleerd volgens de onderstaande berekening :

Nu zeggen kapitaalinvestering voor de condensator @ Rs. 60 = 2105 x 60 = Rs. 1, 26, 300. Daarom zou de kapitaalinvestering voor het installeren van de condensator feitelijk binnen ongeveer 13 maanden worden terugverdiend, en na die periode zou er een maandelijkse besparing van Rs zijn. 9850.

Laten we in het bovenstaande voorbeeld veronderstellen dat de transformatoren, schakelaars en kabels geschikt waren voor slechts 6250 KVA. Dus bij een vermogensfactor 0, 8 konden ze alleen een belasting van 5000 KW aan, terwijl ze door het verbeteren van de arbeidsfactor tot 0, 95 door condensatoren te installeren, nu 5940 KW aankunnen, wat op zijn beurt betekent dat:

(a) Een extra actief vermogen van 940 kW is nu beschikbaar voor de consument zonder speciale sancties van het leveringsbedrijf.

(b) Dezelfde apparatuur zou meer actieve stroom van 940 kW kunnen verwerken, waardoor de bruikbaarheid en efficiëntie toenemen.

Aldus heeft de installatie van vermogenscondensatoren geresulteerd in de volgende voordelen:

(1) Een aanzienlijke vermindering van de elektriciteitsrekening.

(2) Een betere benutting van de capaciteit van de transformatoren, schakelaars, kabels enz., Vooral als de stroom onder hoge spanning wordt ontvangen van de leverancier.

(3) Een stabielere voedingsspanning, wat een betere en efficiëntere werking van de elektrische machines betekent.

11. Voordelen van Power Condensators:

De belangrijkste voordelen van het installeren van vermogenscondensatoren zijn:

1. Aanzienlijke vermindering van KVA Demand:

Deze verlaging van de KVA-vraag verlaagt het tarief dat door elektriciteitsleveranciers wordt geheven op basis van de energiekosten en de maximale KVA die wordt geëist. Sommige ondernemingen heffen ook een boete voor een lage arbeidsfactor terwijl ze een stimuleringsbonus bieden voor een hogere arbeidsfactor. Krachtcondensators maken deze bonus voor de stimulans werkelijkheid.

2. Aanzienlijke vermindering van transformatoren en lijnverliezen:

Dit wordt bereikt omdat de vermindering van de KVA-vraag ervoor zorgt dat er een kleinere stroom door de leidingen stroomt. Hierdoor wordt de bestaande capaciteit van transformatoren, schakelinrichtingen en lijnen optimaal benut.

3. Minimalisatie van spanningsdalingen in lijnen:

Met het minimaliseren van de spanningsvallen in de lijnen, wordt een betere prestatie van elektrische apparatuur verkregen.

4. De installatie van vermogenscondensatoren helpt het reactievermogen van het voedingssysteem te verminderen, omdat de vermogenscondensator zelf het blindvermogen levert dat nodig is voor motoren, transformatoren en andere inductieve belastingen, en dus de vermogensfactor van het systeem verbetert. Het stroomdistributiesysteem wordt overgelaten om voornamelijk te werken met de toevoer van actieve energie.

Krachtcondensatoren geven ook systeemcapaciteit vrij en de mogelijke toename van de actieve belasting in een installatie is zo hoog als ongeveer 30% als de arbeidsfactor wordt verhoogd van 0, 7 naar 0, 95. Vermogencondensatoren verbeteren de arbeidsfactor, geven hetzelfde vermogen voor minder geld, en waar een KVA-vraag of een arbeidsfactorclausetarief van kracht is, zijn besparingen echt indrukwekkend. De initiële kosten van een vermogenscondensatorinstallatie worden binnen een jaar of twee van de installatie teruggevorderd en de besparing die daarna wordt gemaakt, is de komende jaren volledig een nettowinst.

12. Industriële installaties:

In de meeste industriële installaties vereist het merendeel van elektrische ac-apparatuur, zoals inductiemotoren, transformatoren, lasapparatuur, enz. Blindvermogen voor hun magnetisch veld. Maar in tegenstelling tot actieve stroom wordt dit reactieve vermogen niet omgezet in mechanische kracht, maar oscilleert heen en weer tussen de generator en de verbruikende apparatuur en vormt een extra belasting voor het voedingssysteem. Dit resulteert in de volgende economische en technische nadelen.

(1) Een hoge meerprijs op de elektriciteitsrekening van de klant voor een lage belasting van de arbeidsstroom.

(2) Kabels, schakelinrichtingen en transformatoren dragen de extra wattless-stroom, waardoor de elektrische uitrusting en kapitaalinvesteringen onderbenut worden.

(3) Overmatige spanningsval en verminderde efficiëntie van elektrische apparatuur.

13. Transmissiesystemen:

In transmissiesystemen is er vanuit een economisch oogpunt een optimale waarde van reactief vermogen die kan worden overgedragen vanuit het opwekkingsstation. In grote onderling verbonden voedingsnetten is de optimale waarde niet vast en varieert deze van uur tot uur.

Het is economischer en voordeliger om blindvermogen te leveren aan het laadoppervlak van vermogenscondensatorinstallaties dan om reactief vermogen over transmissielijnen te genereren en verzenden.

Echter, volgens systeem- of installatievereisten, kan een geschikt geplaatste vermogenscondensator voorzien

(1) verbetering van de arbeidsfactor.

(2) verbeterde spanningsregeling.

(3) vermindering van lijnverliezen.

(4) vrijgave van de belastingscapaciteit van het circuit.

(5) reductie van spanningsfluctuaties en circuitreactantie.

Informatie die moet worden verstrekt bij vragen:

1. Uitgang vereist in KV Ar

2. Nominale spanning

3. Nominale frequentie

4. Aantal fasen

5. Geef aan of abnormale spanningsstijgingen worden verwacht. Zo ja, vermeld dan de hoogste spanning die wordt verwacht.

6. Bovengrens van temperatuurcategorie.

7. Voorgestelde locatie van de condensator, binnenshuis Of buitenshuis.

8. Hoogte boven zeeniveau van condensatorlocatie, indien boven 1000 meter.

9. Aard van het voedingscircuit: bijvoorbeeld of de condensator moet worden aangesloten

(a) naar een lokaal onderstation (als dat zo is, vermeld de KVA-classificatie van transformatoren, enz.)

(b) naar een lokaal ondergronds netwerkwerk

(c) naar bovengrondse lijnen.

10. Als de condensator rechtstreeks op bovenleidingen moet worden aangesloten, controleer dan:

(a) onweersbuien heersen in de omgeving?

(b) bliksemafleiders of overspanningsafleiders op de lijnen gemonteerd?

11. Details van schakelapparatuur of automatische controller die met de condensator moet worden gebruikt.

12. Als de condensator rechtstreeks op de klemmen van een motor moet worden aangesloten, vermeld dan het motortype, het toerental, het type en de fabrikant.

13. Eventuele speciale vereisten die van invloed kunnen zijn op het ontwerp of de werking van de condensator.

Technische service:

Omdat elke installatie verschillende problemen heeft, moet de installatie van de vermogenscondensator zorgvuldig worden ontworpen om te voldoen aan bepaalde voorwaarden voor belasting en stroomtarief.