Коэффициент реактивной мощности тангенс фи: Ошибка 404. Страница не найдена!

Коэффициент мощности или косинус фи индукционного электрокотла

Эффективность индукционных электрических котлов в системах теплоснабжения непосредственно связана с понятием «косинуса фи». Для специалистов-энергетиков вопрос «что такое «косинус фи», конечно, вопросом не является, однако для всех остальных этот термин может показаться непонятным. В этой статье мы разберемся с этим понятием и поймем, почему «косинус фи» индуктивно-кондуктивных нагревателей «Терманик», равный 0,985, – это так важно с точки зрения оценки эффективности индукционных нагревателей. Причем, как обычно, не будем сыпать сложными определениями и формулами, ведь мы хотим разобраться и понять, а не написать курсовую работу!

cos_φ — именно так обозначается это понятие – это отношение активной мощности к полной. cosφ не измеряется ни в Ваттах, ни в Герцах – ни в чем, потому как это коэффициент и является относительной величиной. Он может варьироваться от 0 до 1. И чем ближе к 1, тем лучше. Также этот коэффициент называется «коэффициентом мощности».

Откуда же он берется? Введем некоторые понятия. Любой прибор, имеющий в своем составе электрические элементы, создает электромагнитное поле, а для трансформатора или индукционного нагревателя, электромагнитное поле – это то, ради чего и создается прибор, так как если он не будет генерировать магнитное поле, он не будет работать, то есть станет бесполезной железякой. Возьмем, к примеру, индукционный электронагреватель «Терманик 100» с заявленной заводом-изготовителем мощностью 100 кВт. С точки зрения владельца «Терманика» — это нагреватель, который потребляет электроэнергию и производит тепло. А с точки зрения поставщика электроэнергии, «Терманик» — это нагрузка, то есть потребитель мощностью… 102 кВА. Что за разница в показаниях? И почему одна мощность измеряется в кВт, а другая – в кВА?

Дело в том, что в сети переменного тока различают активную, реактивную и полную мощность. Собственно говоря, полная мощность и состоит из двух составляющих – активной и реактивной мощности. Активная мощность – это та самая мощность, потребляя которую, электронагреватель  и вырабатывает тепловую энергию, она-то и измеряется в кВт (и для нагревателя «Терманик 100» составляет 100 кВт). Но какая-то часть мощности тратится не на нагрев, а на поддержание работы самого нагревателя. В случае с индукционным нагревателем – на создание и поддержание магнитного поля, без которого он бы не работал вообще. Эта мощность и является «реактивной мощностью». Несмотря на свое название, к работе реактивного двигателя она не имеет никакого отношения. В данном случае, «реактивный» — значит направленный в противоположном от движения электротока направлении. Реактивная мощность измеряется в вольт-амперах реактивных (Вар, кВАр), а общая мощность измеряется в кВА.

Коэффициент мощности, он же cos_φ — это отношение активной мощности к полной. Физически он показывает, какая часть полно

Что такое «коэффициент мощности электростанции».

Что такое «коэффициент мощности электростанции»

Выбирая электростанцию, многие потребители сталкиваются с непониманием ряда технических характеристик, в том числе и такого определения как коэффициент мощности. Между тем данный показатель является достаточно значимым, поэтому мы попытаемся дать здесь его определение словами, понятными не только профессиональному инженеру-электрику.

Для начала немного теории. Любой электрический прибор или подключенная к генератору нагрузка потребляет два вида мощности: активную и реактивную, которые в сумме составляют полную мощность автономной системы энергоснабжения измеряемой в кВА. В свою очередь активная – это та мощность, которая используется непосредственно для совершения работы (выполнения своих функций подключенным потребителем), т.е. полезная, необходимая мощность. В то же время реактивная – это так называемая «пустая» мощность, возникающая у электропотребителя вследствие существующих законов физики и особенностей его конструкции, и постоянно циркулирующая между генератором и потребителем. Не вдаваясь в подробности можно отметить, что чем меньше реактивной мощности потребляет подключенное устройство, тем большее качество энергоснабжения мы получаем и тем меньший по величине номинальной мощности необходим генератор. Почему? Вот здесь и необходимо объяснить понятие коэффициента мощности электростанции.

В целом коэффициент мощности, измеряемый как cos φ, показывает, какую часть от полной мощности вырабатываемой электростанцией составляет именно активная (полезная мощность). Сегодня принято измерять коэффициент мощности в дробных значениях, не превышающих 1, где 1 – это 100% (т.е. из всей заявленной мощности генератора 100% приходится именно на активную её составляющую). Соответственно, при показателе коэффициента мощности 0,8 генератор отдает потребителю 80% активной мощности из всех 100% полной мощности.

Таким образом, значение cos φ является достаточно важным при выборе генераторной установки, так как оказывает прямое влияние на работу подключенных потребителей. Попробуем объяснить.

Допустим, вы приобретаете дизельную электростанцию номинальной мощностью 1000 кВА с показателем коэффициента мощности cos φ равным 0,8. В таком случае генератор может отдать подключенным нагрузкам активную мощность, равную только 800 кВА (1000 кВА * 0,8 cos φ = 800 кВА). При увеличении коэффициента мощности до 0,9 мы, соответственно, получаем актуальную активную мощность, равную 900 кВА. Таким образом, можно сказать, что чем выше показатель cos φ, тем большую активную (рабочую) мощность может отдать генератор потребителям при равных показателях номинальной мощности.

В применении к подбору электростанции непосредственно под конкретные нужды объекта установки, данный показатель определяет, подойдет ли выбранная ДГУ для обеспечения бесперебойным питанием всех подключенных потребителей, либо необходимо остановить свой выбор на электростанции с меньшим показателем cos φ но с большим значением номинальной мощности, и наоборот.

Отдельно стоит сказать, что большинство систем автономного энергоснабжения промышленного класса имеют показатель коэффициента мощности равный от 0,8 до 1. Согласно при

Активная, реактивная и полная мощность в цепи переменного тока

В цепях постоянного тока не разделяют мощность на разные составляющие, такие как активная и реактивная, поэтому используют простое выражение P=U*I. Но с переменным током дело обстоит иначе. В этой статье мы рассмотрим, что такое активная, реактивная и полная мощность электрической цепи.

Определение

Нагрузка электрической цепи определяет, какой ток через неё проходит. Если ток постоянный, то эквивалентом нагрузки в большинстве случаев можно определить резистор определённого сопротивления. Тогда мощность рассчитывают по одной из формул:

P=U*I

P=I²*R

P=U²/R

По этой же формуле определяется полная мощность в цепи переменного тока.

Нагрузку разделяют на два основных типа:

• Активную – это резистивная нагрузка, типа – ТЭНов, ламп накаливания и подобного.
• Реактивную – она бывает индуктивной (двигатели, катушки пускателей, соленоиды) и емкостной (конденсаторные установки и прочее).

Последняя бывает только при переменном токе, например, в цепи синусоидального тока, именно такой есть у вас в розетках. В чем разница между активной и реактивной энергией мы расскажем далее простым языком, чтобы информация стала понятной для начинающих электриков.

Смысл реактивной нагрузки

В электрической цепи с реактивной нагрузки фаза тока и фаза напряжения не совпадают во времени. В зависимости от характера подключенного оборудования напряжение либо опережает ток (в индуктивности), либо отстаёт от него (в ёмкости). Для описания вопросов используют векторные диаграммы. Здесь одинаковое направление вектора напряжения и тока указывает на совпадение фаз. А если вектора изображены под некоторым углом, то это и есть опережение или отставание фазы соответствующего вектора (напряжения или тока). Давайте рассмотрим каждый из них.

В индуктивности напряжение всегда опережает ток. «Расстояние» между фазами измеряется в градусах, что наглядно иллюстрируется на векторных диаграммах. Угол между векторами обозначается греческой буквой «Фи».

В идеализированной индуктивности угол сдвига фаз равен 90 градусов. Но в реальности это определяется полной нагрузкой в цепи, а в реальности не обходится без резистивной (активной) составляющей и паразитной (в этом случае) емкостной.

В ёмкости ситуация противоположна – ток опережает напряжение, потому что индуктивность заряжаясь потребляет большой ток, который уменьшается по мере заряда. Хотя чаще говорят, что напряжение отстаёт от тока.

Если сказать кратко и понятно, то эти сдвиги можно объяснить законами коммутации, согласно которым в ёмкости напряжение не может изменится мгновенно, а в индуктивности – ток.

Для измерения активной, реактивной и полной мощности, активной и реактивной энергии в прямом и обратном направлениях, а также других важных параметров сети могут использоваться многофукциональные измерительные приборы от компании EKF. Они достаточно легко монтируются и обслуживаются, к тому же могут настраиваться под любой трансформатор тока. Сам прибор дает возможность управления, анализа и оптимизации работы энергетического оборудования, систем и промышленных цепей. {\circ }} (cos⁡φ=0,71{\displaystyle \cos \varphi =0{,}71}) — нагрузка имеет и активную, и реактивную составляющие. Мгновенная мощность (синяя линия) и активная мощность (голубая линия) рассчитаны из переменного напряжения и тока с коэффициентом мощности, равным 0,71. Расположение синей линии (графика мгновенной мощности) под осью абсцисс показывает, что некоторая часть подводимой мощности всё же возвращается в сеть в течение части цикла, отмеченного φ.

Коэффицие́нт мо́щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

Можно показать, что если к источнику синусоидального тока (например, розетка ~230 В, 50 Гц) подключить нагрузку, в которой ток опережает или отстаёт по фазе на некоторый угол от напряжения, то на внутреннем активном сопротивлении источника выделяется повышенная мощность. На практике это означает, что при работе на нагрузку со сдвинутыми напряжением и током от электростанции требуется больше отвода тепла, чем при работе на активную нагрузку; избыток передаваемой энергии выделяется в виде тепла в проводах и может быть довольно значительным.

Коэффициент мощности равен отношению потребляемой электроприёмником активной мощности к полной мощности. Активная мощность расходуется на совершение работы. Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной мощностей (в случае синусоидальных тока и напряжения). В общем случае полную мощность можно определить как произведение действующих (среднеквадратических) значений тока и напряжения в цепи. Полная мощность равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной мощностей. В качестве единицы измерения полной мощности принято использовать вольт-ампер (В∙А) вместо ватта (Вт).

Согласно неравенству Коши—Буняковского, активная мощность, равная среднему значению произведения тока и напряжения, всегда не превышает произведение соответствующих среднеквадратических значений. Поэтому коэффициент мощности принимает значения от нуля до единицы (то есть от 0 до 100 %).

Коэффициент мощности математически можно интерпретировать как косинус угла между векторами тока и напряжения. Поэтому в случае синусоидальных напряжения и тока величина коэффициента мощности совпадает с косинусом угла, на который отстают соответствующие фазы.

В электроэнергетике для коэффициента мощности приняты обозначения cos⁡φ{\displaystyle \operatorname {cos} \varphi } (где φ{\displaystyle \varphi } — сдвиг фаз между силой тока и напряжением) либо λ. Когда для обозначения коэффициента мощности используется λ{\displaystyle \lambda }, его величину обычно выражают в процентах.

При наличии реактивной составляющей в нагрузке кроме значения коэффициента мощности иногда также указывают характер нагрузки: активно-ёмкостный или активно-индуктивный. В этом случае коэффициент мощности соответственно называют опережающим или отстающим.

В случае синусоидального напряжения, но несинусоидального тока, если нагрузка не имеет реактивной составляющей, коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в полной мощности, потребляемой нагрузкой.

Математические расчёты

Треугольник мощностей

Коэффициент мощности необходимо учитывать при проектировании электросетей. Низкий коэффициент мощности ведёт к увеличению доли потерь электроэнергии в электрической сети в общих потерях. Чтобы увеличить коэффициент мощности, используют компенсирующие устройства. Неверно рассчитанный коэффициент мощности может привести к избыточному потреблению электроэнергии и снижению

Косинус фи в электротехнике — это… Коэффициент мощности

Коэффициент мощности, или косинус фи в электротехнике – это отношение активной мощности P (Вт) к полной S (ВА): cos(φ) = P/S. Он указывает на то, насколько эффективно данное устройство использует электрическую энергию.

Идеальная нагрузка

Для объяснения физического значения коэффициента мощности рассмотрим пример расчета косинуса фи для различных потребителей. Предположим, в линию переменного тока подключен идеальный конденсатор. Так как переменное напряжение непрерывно меняет свою полярность, конденсатор половину времени будет заряжаться и половину – возвращать сохраненную энергию обратно к источнику. В результате в линии будут постоянно циркулировать электроны, но чистой передачи энергии не будет. Итак, в проводнике будет и напряжение, и ток, но активной мощности не будет. Произведение U на I называется мнимой мощностью, потому что это просто математическое число, которое не имеет реального физического смысла. В этом примере коэффициент мощности равен 0.

Аналогично расчет косинуса фи для единственного идеального индуктора приведет к cos(φ) = 0, за исключением того, что его ток будет отставать от напряжения.

Теперь рассмотрим противоположный крайний случай резистивной нагрузки. В этом случае вся электрическая энергия, поступающая к ней, потребляется и преобразуется в другие виды энергии, такие как тепло. Это пример того, когда косинус фи в электрике равен 1. Все реальные схемы работают где-то в промежутке между этими двумя крайностями.

Векторная математика

При анализе цепей синусоидальный сигнал можно представить комплексным числом (называемым вектором), модуль которого пропорционален величине сигнала, а угол равен его фазе относительно некоторой ссылки. В линейных схемах коэффициент мощности равен косинусу фи. В электротехнике это угол между фазами напряжения и тока. Эти векторы и соответствующие им активные и реактивные составляющие мощности могут быть представлены в виде прямоугольного треугольника. Конечно, напряжение – это электрическое поле, а ток – поток электронов, поэтому так называемый угол между их векторами является не более чем математической величиной. Условились считать, что индуктивная нагрузка создает положительную реактивную мощность Q (измеряемую в вольт-амперах-реактивных, ВАр). Это связано с так называемым «запаздывающим» коэффициентом, поскольку ток отстает от напряжения. Аналогично емкостная нагрузка создает отрицательную Q и «опережающий» λ.

Нелинейные искажения

Индукторы и конденсаторы – не единственные причины низкого косинуса фи. В электротехнике это обычное явление, когда (за исключением идеальных R, L и C) электрические цепи нелинейны, особенно из-за наличия таких активных компонентов, как выпрямители. В таких схемах ток I (t) непропорционален напряжению V (t), даже если последнее является чистой синусоидой, поскольку I (t) будет периодическим, но не синусоидальным. Согласно теореме Фурье, любая периодическая функция представляет собой сумму синусоидальных волн с частотами, кратными исходной. Эти волны называются гармониками. Можно показать, что они не способствуют передаче чистой энергии, а увеличивают ток и уменьшают коэффициент λ. Когда напряжение синусоидальное, только первая гармоника I₁ обеспечит реальную мощность. Однако ее величина зависит от фазового сдвига между током и напряжением. Эти факты отражены в общей формуле расчета коэффициента мощности: λ = (I₁/I) × cos(φ). Первый член в этом уравнении представляет собой искажения, а второй – смещение.

расчёт реактивной мощности

Пожалуйста активируйте JavaScript в настройках браузера. Форум посвящен вопросам релейной защиты и автоматики. Обмену опытом эксплуатации РЗА. Общению релейщиков ЕЭС России. расчёт реактивной мощности Автор Сообщения satab   Сообщения: 11 Регистрация: 09.06.2010 По сети о,4кВ (централизованно) стоит КУ с регулятором реак. мощности NOVAR 5+ имеет 4 ёмкостных ступени 25,25,50,50 кВар — проблема в том, что КУ не может вытянуть заданный коэфф. мощности (косинус 0,9).Регулятор показывает 0,6 -0,65 все ступени в работе. При расчётах по счетчикам акт. и реакт. энергии косинус получается 0,72.Расчёт простой: тангенс=Р реакт. / Р акт. По таблице из тангенса угла нахожу искомый косинус. Подключили ещё одну КУ на помощь — всё равно нет 0,9. Может я неправильно рассчитываю, или барахлит управление в КУ — непонятно.Помогите с литературой по расчёту реактив. мощности. ShSF +12   Сообщения: 301 Регистрация: 25.06.2007 Косинус ФИ = Р/S, а тангенс угла это отношение катета противолежащего к катету прилегающему к углу, т.е. = Q/Р. А какую P и Q потребляете без КУ? Вычтите из этой Q мощность Вашей КУ и посчитайте какой угол будет. Федя +7   Сообщения: 196 Регистрация: 25.11.2009 Во первых попробуйте еще раз все пересчитать. Во вторых необходимо измерить напряжение с КУ и без него. Может просто нехватает мощности КУ чтобы косинус нагрузки был 0,9. Модераторы форумов grsl +101   Сообщения: 4577 Регистрация: 04.03.2008 Откуда: http://rzia.ru/ Коллега stab. В добавление к коллегам. Поставьте измерительный прибор с записью: P, Q, cosPhi. Прогоните день, два с рeзолюцией минут 15. Может Вам просто не хватaет 150МВар. Кстати, а в КУ стоит прибор управления, что он показывает ? Новый Форум «Советы Бывалого Релейщика» http://rzia.ru/ satab   Сообщения: 11 Регистрация: 09.06.2010 ShSF>Косинус ФИ = Р/S, а тангенс угла это отношение катета противолежащего к катету прилегающему к углу, т.е. = Q/Р. . По невнимательности попутал, конечно Q/Р, отредактировал. ShSF>А какую P и Q потребляете без КУ? Вычтите из этой Q мощность Вашей КУ и посчитайте какой угол будет. Если бы я мог измерить мгновенныезначения P и Q, так просчитать можно (косинус постоянно меняется, с ТП запитано четыре ООО с хорошей нагрузкой), я же использую суточный расход по приборам учёта. satab   Сообщения: 11 Регистрация: 09.06.2010 Федя>Во вторых необходимо измерить напряжение с КУ и без него. измерить напряжение с КУ — это где измерить? измерить напряжение с КУ — это где измерить ? Федя>Может просто нехватает мощности КУ чтобы косинус нагрузки был 0,9. Вот я силюсь понять сколько её не хватает (кВар, мВар) чтобы заказать дополнительные ступени satab   Сообщения: 11 Регистрация: 09.06.2010 grsl>Коллега stab. grsl>В добавление к коллегам. grsl>Поставьте измерительный прибор с записью: P, Q, cosPhi. grsl>Прогоните день, два с рeзолюцией минут 15. идеальный вариант, где бы его раздобыть, из-за единичного случая покупать не будешь.Кстати как он называется, типа «варрметр» наверное grsl> Кстати, а в КУ стоит прибор управления, что он показывает ? прибор управления стоит, называется регулятором реактивной мощности NOVAR 5+, (Чехия, обработка тока и U по цифре), с кучей всяких величин и параметров, показывает меньше суточной расчётной, по настройке тоже есть вопросы, почему-то после полного отключения КУ (на выходные), в понедельник одна ступень в автомате не включается, приходится включать вручную,так и работает до пятницы: три в автомате, одна на ручном. grsl>Может Вам просто не хватaет 150МВар. Может, но всё равно хотелось бы как-то подсчитать, сколько именно. Novik +6   Сообщения: 58 Регистрация: 06.12.2007 То, что у Вас разные значения тангенса по счетчикам и по регулятору, может быть обусловлено тем, что регулятор, в отличие от счетчика, меряет только первую гармонику и только одну фазу тока. То, что Вы не вытягиваете желаемого косинуса, говорит о том, что Вам не хватает емкости. ShSF +12   Сообщения: 301 Регистрация: 25.06.2007 satab>Если бы я мог измерить мгновенныезначения P и Q, так просчитать можно (косинус постоянно меняется, с ТП запитано четыре ООО с хорошей нагрузкой), я же использую суточный расход по приборам учёта. Не понял, что за проблемы. ВАФом замерили, ток, угол, напряжение – посчитали Q. И необязательно мгновенное. Взяли по счетчику реактивку за любой промежуток времени и сравнили с мощностью Ваше КУ за то же время. Главное понять хватает мощности КУ или нет. Dmitriy +28   Сообщения: 1062 Регистрация: 20.06.2007 Откуда: Berlin Существует простое выражение по которому можно расчитать мощность конденсаторной установки необходимую для компенсации имеющегося cos-ф1 до необходимого cos-ф2. S1-S2=P((1/cos-ф1)-(1/cos-ф2)) P — нагрузки ессессно …

Коррекция коэффициента мощности

с использованием блока конденсаторов

Коэффициент мощности

В идеале все напряжение и ток питания должны быть преобразованы в истинную мощность нагрузки. Когда это не так, возникает определенная неэффективность. Отношение истинной мощности к полной мощности называется коэффициентом мощности нагрузки,

\ [\ begin {matrix} Power \ text {} Factor = \ frac {true \ text {} Power} {Apparent \ text {} Power } = \ frac {P} {EI} & {} & (1) \\\ end {matrix} \]

Истинная мощность нагрузки рассчитывается по следующему уравнению:

$ \ begin {matrix} P = EI \ cos \ phi & {} & (2) \\\ end {matrix} $

Где E и I — напряжение и ток питания, а ϕ — фазовый угол между ними.Уравнение (2) можно переписать так:

\ [\ cos \ phi = \ frac {P} {EI} \]

Следовательно,

\ [\ begin {matrix} Power \ text {} Factor = \ cos \ phi = \ frac {P} {EI} & {} & (3) \\\ end {matrix} \]

Если коэффициент мощности равен 1, фазовый угол ϕ равен нулю, и все (E × I) от источника питания рассеивается как истинная мощность в нагрузке.

Если ϕ больше нуля, cos ϕ меньше 1, и только часть мощности (E × I) преобразуется в полезную мощность.

Таким образом, видно, что коэффициент мощности всегда имеет максимальное значение 1 и обычно меньше 1 (см. Рисунок 1).

Рис.1: Коэффициент мощности нагрузки — это косинус угла между напряжением питания и током нагрузки.

Коэффициент мощности может быть выражен в виде отношения или в процентах, а также обычно определяется как опережающий или запаздывающий. Коэффициент мощности с запаздыванием 60% подразумевает индуктивную нагрузку, в которой ток питания отстает от напряжения на угол с косинусом 0,6 (то есть примерно 53 ^o ).

Опережающий коэффициент мощности 90% указывает на емкостную нагрузку, в которой ток опережает напряжение на угол с косинусом 0.9, или примерно 26 ^o .

Коррекция коэффициента мощности

Большинство промышленных нагрузок состоят из электродвигателей. Таким образом, они индуктивные и имеют запаздывающий коэффициент мощности. Рассмотрим ситуацию, показанную на рисунке 2, и предположим, что напряжение питания и ток измерены как E = 120 В и I = 100 A, при этом ток отстает от напряжения на угол 33,5 ^o . Используя соответствующие уравнения, полная мощность, истинная мощность и реактивная мощность рассчитываются следующим образом:

Рис.{o}}) = 6,6 кВАр $

Для схемы можно нарисовать треугольник мощности, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3: треугольник мощности для индуктивной нагрузки

Истинная мощность P представлена ​​как горизонтальный вектор, а вектор полной мощности S изображен с отставанием от истинной мощности на фазовый угол ϕ. Вектор реактивной мощности Q _L завершает треугольник.

Поскольку электродвигатели являются индуктивными, ток питания отстает от напряжения питания; говорят, что они имеют запаздывающий коэффициент мощности.Можно нарисовать треугольник мощности, чтобы показать взаимосвязь между истинной мощностью P, полной мощностью S и реактивной мощностью Q _L .

Если бы коэффициент мощности был равен 1 (т. Е. Φ = 0), то для подачи мощности 10 кВт на нагрузку потребовался бы ток:

\ [I = \ frac {P} {E} = \ frac {10kW} {115V} = 83A \]

Это показывает, что если коэффициент мощности можно увеличить до единицы (ϕ уменьшить до нуля), генераторы, питающие нагрузку, должны будут производить ток всего 83 A вместо 100 A. при этом обеспечивая необходимое количество истинной мощности.

Также можно выбрать токопроводящие кабели на ток 83 А вместо 100 А, и, следовательно, они будут дешевле. Таким образом, всегда лучше иметь коэффициент мощности как можно ближе к единице, и фактически коэффициент мощности индуктивной нагрузки может быть отрегулирован до единицы. Этот процесс известен как коррекция коэффициента мощности.

Коррекция коэффициента мощности для индуктивной нагрузки заключается в простом подключении емкости параллельно нагрузке. Предположим, что нагрузка 100 А была емкостной, а не индуктивной.Тогда ток будет опережать напряжение по фазовому углу, и треугольник мощности будет нарисован, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4: треугольник мощности для емкостной нагрузки

Вектор полной мощности S показан впереди Вектор истинной мощности P на угол ϕ, а емкостная реактивная мощность Q _C проведена вертикально вверх от вектора истинной мощности, как показано.

Когда емкость соединена параллельно с индуктивной нагрузкой, треугольник мощности имеет компонент емкостной реактивной мощности, а также индуктивную реактивную мощность.Схема на рисунке 5 иллюстрирует ситуацию. Что касается треугольника мощности, параллельный конденсатор выдает реактивную мощность Q _C , которая нейтрализует некоторую часть исходной реактивной мощности Q _L1 , оставляя чистую индуктивную мощность Q _L2 . Соответственно, полная мощность равна уменьшилась с ₁ до ₂ шиллингов. Обратите внимание, что если требуется общий коэффициент мощности, равный единице, конденсатор выбирается таким образом, чтобы его реактивная мощность была равна реактивной мощности индуктивной нагрузки.В таком случае;

$ P = S ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ в \ text {} Cos \ theta = 1 $

Рис.5: Коррекция коэффициента мощности с использованием конденсатора

Пример расчета коррекции коэффициента мощности

Нагрузка, работающая с запаздывающим коэффициентом мощности 0,7, рассеивает 2 кВт при подключении к сети 220 В, 60 Гц линия. {- 1}} \ left (0.{3}}} = 45,4 ~ \ Omega \]

и

\ [C = \ frac {1} {\ omega {{X} _ {C}}} = \ frac {1} {2 * \ pi * f * 45.4} = 58,3 ~ \ mu F \]

Ввиду повышенного тока, который должен подаваться, когда коэффициент мощности меньше 1, электроэнергетические компании часто взимают более высокие ставки с крупных промышленных потребителей, чьи пластины работают при низкой мощности. факторы.

Знак Q зависит от характера реактивного сопротивления нагрузки. Если нагрузка индуктивная, так что Q> 0 и ϕ> 0, то мы говорим, что она имеет отстающий коэффициент мощности, что означает, что ток нагрузки отстает от напряжения питания.И наоборот, если нагрузка является емкостной, так что Q <0 и ϕ <0, то мы говорим, что она имеет опережающий коэффициент мощности, что означает, что ток нагрузки опережает напряжение питания.

Большинство промышленных нагрузок содержат индуктивные компоненты, такие как обмотки двигателя, и поэтому имеют запаздывающие коэффициенты мощности. Конденсаторы часто используются вместе с этими нагрузками с целью коррекции коэффициента мощности. Конденсатор подключается параллельно буханке, чтобы избежать нежелательного падения напряжения. Но соответствующий конденсатор, подключенный параллельно индуктивной нагрузке, нейтрализует реактивную мощность, а комбинированная нагрузка имеет коэффициент мощности, равный 1, тем самым минимизируя ток, потребляемый от источника.

Активная коррекция коэффициента мощности

Активная коррекция коэффициента мощности (PFC) относится к методу увеличения коэффициента мощности (PF) с помощью активных электронных схем с обратной связью, которые контролируют форму потребляемого тока. Есть много коммерческих контроллеров PFC, которые могут выполнить эту задачу. Давайте сначала быстро рассмотрим, почему нам все равно нужно это делать. В обычных источниках питания переменного и постоянного тока без коррекции коэффициента мощности большой конденсатор фильтра «Со» размещается непосредственно после мостового выпрямителя (см. Схему ниже).При этом в линейном БП выпрямитель подключается через низкочастотный трансформатор, а в автономном импульсном БП он питается от входа переменного тока. В обоих случаях, как только «Со» заряжается почти до пика выпрямленного напряжения, большую часть времени диоды будут иметь обратное смещение и не будут проводить. Следовательно, такой блок питания будет потреблять энергию из линии короткими импульсами только тогда, когда мгновенное входное напряжение превышает напряжение на конденсаторе. Это создает гармоники, уровень которых может превышать применимый стандарт (например, EN61000-3-2) и отрицательно влиять на других пользователей.

Чтобы потреблять непрерывный синусоидальный ток в течение всего цикла переменного тока, мы можем поместить индуктивность перед «Co». В пассивном PFC индуктор большой и неконтролируемый. Обычно он корректирует коэффициент мощности до 0,7-0,85.

На практике пассивный метод используется только в небольших блоках питания (обычно ниже 100 Вт), когда не требуется высокий коэффициент мощности и регулировка звена постоянного тока не требуется.

В большинстве других приложений используется активный метод. Это концептуальная схема активного повышающего преобразователя PFC. Катушка индуктивности «L» здесь управляется твердотельным переключателем (обозначенным «Q»).Этот переключатель включается и выключается схемой управления с частотой «F», намного превышающей частоту сети. Давайте рассмотрим, как работает эта схема. Во время включения «t _на » ток в катушке индуктивности увеличивается на ΔI ₊ = Vin × t _на / L . Когда переключатель размыкается, напряжение на «L» меняется на противоположное, и он высвобождает всю или часть накопленной энергии через диод «D». Во время простоя «t _off » ток индуктора уменьшается на ΔI _— = (Vo-Vin) × t _off / L .Чистое изменение за один период «T» составляет ΔI = ΔI ₊ -ΔI _— = (Vin-Vo + D × Vo) / LF , где D = тонна / T- рабочий цикл, F = 1 / Т. Мы видим, что, изменяя рабочий цикл «D», мы можем изменять ΔI. Если мы сделаем это правильно, мы сможем синтезировать желаемую форму I (t).

Вот упрощенная блок-схема управления PFC. Конечно, имеющиеся в продаже контроллеры PFC содержат гораздо больше функциональных блоков, но нашего примера достаточно, чтобы проиллюстрировать основы работы. Здесь вы можете увидеть пример полной схемы PFC .Изображенная схема содержит два усилителя ошибки — медленный для напряжения (Vea) и быстрый для тока (Iea). Копия выпрямленного входного сигнала «Vin» подается в умножитель, который выдает программный сигнал Iref для Iea. Последний контролирует ток через чувствительный резистор Rs и сравнивает его с Iref. Изменяя управляющий сигнал на широтно-импульсный модулятор (PWM), Iea заставляет среднее значение тока следовать форме сетевого напряжения. Vea контролирует Vo через делитель и сравнивает его с эталонным Vref.Сигнал ошибки от Vea масштабирует выходной сигнал умножителя вверх или вниз без изменения его синусоидальной формы. В результате эта схема может выполнять две задачи одновременно: она создает синусоидальный ток и регулирует напряжение на шине Vo. Описанный метод позволяет разработчикам добиться PF до 0,99. Обратите внимание, что описанная методика коррекции коэффициента мощности касается только гармоник сетевой частоты. Вам по-прежнему нужен фильтр электромагнитных помех, чтобы уменьшить высокочастотные компоненты, генерируемые при работе преобразователей мощности в режиме переключения.Однако этот фильтр может вызвать некоторые негативные эффекты. В частности, его дифференциальные катушки индуктивности и поперечные конденсаторы могут вносить определенный угол смещения между «Vin» и «I», который не корректируется нижестоящей схемой коррекции коэффициента мощности. Этот эффект может быть неважным, если вам нужно соответствовать только EN61000-3-2, но может быть проблемой, если в вашем приложении вам также необходимо соблюдать определенный минимальный предел PF.

ССЫЛКИ:
Импульсные источники питания Моделирование и практические разработки Spice.
Справочник по коррекции коэффициента мощности.

Что такое отставание по коэффициенту мощности и опережение генераторной установки

Из-за того, что некоторые пользователи задают производителю Starlight Power вопрос об отставании и опережении генераторной установки, сегодня производитель Starlight Power делится с вами.

Какое отставание коэффициента мощности генератора?

В генераторе тока, основанном на напряжении, фазовый угол тока отстает от фазового угла напряжения, что называется отставанием тока от напряжения.COSф угла запаздывания напряжения и тока является коэффициентом мощности, потому что отставание по току от напряжения является отстающим коэффициентом мощности.

Отставание генератора — обычное явление, которое указывает на то, что фаза тока отстает от фазы напряжения, указывая на то, что цепь является индуктивной, а нагрузка генератора является основной.

Что такое коэффициент мощности генератора?

Только в цепях с емкостными элементами ток будет превышать напряжение.Свинец — это редкий случай, указывающий на фазу тока, фазу напряжения на выводе, указывающий на то, что линия представляет собой емкость, емкость нагрузки слишком велика, обычно компенсация емкости завершена. Емкость при нормальной нагрузке редка. Превышение коэффициента мощности обычно вызывает нестабильные явления в электросети, легко генерирующие колебания, которые подвержены ударам и сбоям в электросети. Следовательно, необходимо по возможности избегать возникновения опережения коэффициента мощности.

Обычно коэффициент мощности генератора равен 0.8lag. Нормальное рабочее состояние генератора таково, что коэффициент мощности положительный или он называется запаздывающим. В это время ток возбуждения велик, и генератор находится в состоянии сверхвозбуждения, что отсылает активной и реактивной мощности в систему для удовлетворения потребностей энергосистемы в индуктивной реактивной мощности; Если коэффициент мощности становится равным 0,8, это означает, что системе не нужен генератор для выработки реактивной мощности, а нужен генератор для поглощения реактивной мощности.В это время ток возбуждения невелик и находится в состоянии недовозбуждения.

Что вызывает коэффициент мощности провода генератора?

Синхронные двигатели с перевозбуждением (лифты) и емкостные нагрузки могут вызвать опережающий коэффициент мощности, когда ток ведет к напряжению. Если их не контролировать, это может привести к потере контроля напряжения и возможному повреждению генератора.

Проволока коэффициента мощности вызовет следующие проблемы:

1.Увеличение потерь мощности в линии.

Потеря мощности в линии отображается как квадрат линейного тока x линейного резистора, и если коэффициент мощности приводит к тому, что проводник с ненужной установкой конденсатора, потери мощности будут еще больше увеличиваться за счет увеличения тока так же, как и отстающий коэффициент мощности.

2. Увеличение потерь мощности трансформатора.

Потери мощности в трансформаторе будут увеличиваться при сильном нагреве из-за увеличения тока, так же как и потери мощности в линии.

3.Повышение напряжения в системе.

Опережающий реактивный ток на конденсаторе для повышения коэффициента мощности и кабель при малой нагрузке увеличивают напряжение при приложении реактивного сопротивления линии.

Как решить проблему опережения коэффициента мощности генератора?

1.Проверьте проводку катушки тока измерителя коэффициента мощности. Если фаза «U» подключена к клемме 6 электропроводки неправильно, следует изменить проводку катушки тока измерителя коэффициента мощности.

2. Проверьте проводку катушки напряжения измерителя коэффициента мощности, если проводку фазы «V» подключите к клемме «3», неправильно подключите проводку фазы «W» к клемме «1», следует изменить проводку катушки напряжения питания фактор метр.

3.Проверьте последовательность фаз подключения измерителя коэффициента мощности, если его подключение не соответствует требованиям, следует изменить последовательность фаз напряжения измерителя коэффициента мощности.

Дизель-генератор Starlight Power на продажу охватывает марки: Cummins, Perkins, Volvo, Deutz, Yuchai, Shangchai, MTU, Weichai, Doosan и т. Д.Если вы заинтересованы, свяжитесь с нами по электронной почте [email protected], мы будем работать с вами.

Коэффициент мощности Объективные вопросы Ответы

1. Коэффициент мощности цепи переменного тока находится в пределах

.

а) 0 и 1

б) -1 и 1

в) 0 и -1

г) ничего из вышеперечисленного

А

2. Схема с нулевым запаздывающим коэффициентом мощности ведет себя как:

а) Индуктивная цепь

б) Емкостная цепь

в) контур R-L

г) Контур R-C

А

3.Какое устройство следует подключить к системе электроснабжения для повышения коэффициента мощности:

а) Последовательный конденсатор

б) Шунтирующий конденсатор

в) Индуктор серии

г) Шунтирующий индуктор

В

4. В асинхронном двигателе, когда поле воздушного зазора между ротором и статором увеличивает коэффициент мощности машины:

а) Увеличивает

б) Уменьшается

в) Не действует

г) ничего из вышеперечисленного

В

5.Коэффициент мощности цепи переменного тока равен:

а) Косинус фазового угла

б) Синус фазового угла

в) Тангенс фазового угла

г) Котангенс фазового угла

А

6. В цепи переменного тока i x sin (Phi) называется __ составляющей тока:

а) безотражательный

б) Реактивный

в) Квадратура

г) Все вышеперечисленное

D

7.Тепло, выделяемое в электрическом утюге, относится к __ мощности

.

а) Очевидно

б) Реактивный

в) Верно

г) Истинно-реактивный

С

8. Когда коэффициент мощности в линии передачи является опережающим, какое устройство используется на подстанции для снижения коэффициента мощности:

а) Вариатор

б) Реактор

в) Синхронный конденсатор

г) ничего из вышеперечисленного

В

9.В цепи низкая реактивная мощность по сравнению с реальной мощностью указывает:

а) Низкий коэффициент мощности

б) высокий коэффициент мощности

в) Низкий КПД

г) Высокая эффективность

В

10. Номинальные характеристики, указанные на заводской табличке трансформатора, указывают на:

а) Истинная мощность, которую он может обеспечить

б) Полная мощность, которую он может обеспечить

c) Полная мощность, потребляемая от сети

г) Истинная мощность, потребляемая от электросети.

В

Мощность и коэффициент мощности в цепях переменного тока [Analog Devices Wiki]

Цель:

В этой лабораторной работе вы определите реальную, реактивную и полную мощность в цепях RC, RL и RLC.Вы также определите величину емкости, которая требуется для корректировки коэффициента мощности в последовательной цепи RL.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования. Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода-вывода обозначаются как CA и CB. При настройке для принудительного измерения напряжения / измерения тока –V добавляется, как в CA- V , или при настройке для принудительного измерения тока / измерения напряжения –I добавляется, как в CA-I.Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H.

Кривые осциллографа также обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Для изменяющихся во времени напряжений и токов мощность, подаваемая на данную нагрузку, также изменяется со временем. На этот раз изменяющаяся мощность называется мгновенной мощностью.Мощность в любой момент времени может быть как положительной, так и отрицательной. То есть мощность поступает в нагрузку и рассеивается в виде напора или накапливается в нагрузке в виде энергии, когда она положительна, и выходит из нагрузки (из накопленной энергии в нагрузке), когда отрицательная. Реальная (или фактическая) мощность, подаваемая на нагрузку, — это среднее значение мгновенной мощности.

Для синусоидальных напряжений и токов переменного тока реальная мощность (P) в ваттах, рассеиваемая в цепи нагрузки RC, RL или RLC, рассеивается только в части сопротивления.В идеальном реактивном элементе, таком как конденсатор или катушка индуктивности, не рассеивается реальная мощность. В реактивном элементе энергия накапливается в течение половины цикла переменного тока и высвобождается (выделяется) в течение второй половины цикла. Мощность реактивного элемента называется реактивной мощностью (Q) и измеряется в варах (вольт-ампер-реактивная мощность).

Реальную мощность (P), рассеиваемую нагрузкой, можно рассчитать следующим образом:

Где R — резистивная часть нагрузки, а I — (истинный) среднеквадратичный ток.

Реактивную мощность в нагрузке можно рассчитать следующим образом:

Где X — реактивное сопротивление нагрузки, а I — действующий переменный ток.

Когда нагрузка имеет среднеквадратичное напряжение переменного тока ( В, ) на ней и действующий переменный ток (I) через нее, полная мощность (S) является произведением среднеквадратичного напряжения и среднеквадратичного тока в вольт-амперах (ВА). Полная мощность может быть рассчитана следующим образом:

Если нагрузка имеет как резистивную, так и реактивную части, полная мощность не представляет собой ни активную, ни реактивную мощность.Он называется кажущейся мощностью, потому что он использует то же уравнение, что и мощность постоянного тока, но не принимает во внимание возможную разность фаз между формами волны напряжения и тока.

Треугольник мощности (векторная диаграмма) можно нарисовать с использованием реальной, реактивной и полной мощности. Реальная мощность расположена по горизонтальной оси, реактивная мощность — по вертикальной оси, а полная мощность образует гипотенузу треугольника, как показано на рисунке 1.

Используя геометрию, S можно рассчитать следующим образом:

Косинус угла θ определяется как коэффициент мощности (pf).Коэффициент мощности представляет собой отношение реальной мощности (P) к полной мощности (S) и рассчитывается следующим образом:

Где θ — это разность фаз между формой волны напряжения (через нагрузку) и формой волны тока (через нагрузку). Коэффициент мощности считается запаздывающим, когда ток нагрузки отстает от напряжения нагрузки (индуктивный), и опережающим, когда ток нагрузки опережает напряжение нагрузки (емкостный).

Активную мощность также можно найти из полной мощности, умножив полную мощность на коэффициент мощности:

Реальную мощность в ваттах, рассеиваемую нагрузкой, можно рассчитать исходя из действительного действующего значения тока резистора и сопротивления следующим образом:

Реактивная мощность в RC-цепи, показанной на рисунке 2, может быть рассчитана с помощью:

Где В _C — действующее значение напряжения на конденсаторе, I — среднеквадратичный ток конденсатора, а X _C — емкостное реактивное сопротивление.

Реактивную мощность в цепи RL, показанной на рисунке 4, можно рассчитать с помощью:

Где В _L — действующее значение напряжения на катушке индуктивности, I — действующее значение тока индуктора, а X _L — индуктивное реактивное сопротивление.

Реактивная мощность в цепи RLC, показанной на рисунке 6, может быть рассчитана с использованием:

Где В _X = В _C — В _L — среднеквадратичное напряжение на суммарном общем реактивном сопротивлении, I — действующее значение тока в реактивном сопротивлении, а X = X _C — X _L — это суммарное полное реактивное сопротивление.Среднеквадратичное значение напряжения на полном реактивном сопротивлении равно разнице между напряжением конденсатора ( В _C ) и напряжением катушки индуктивности ( В _L ), поскольку напряжения имеют разность фаз 180 ° (не в фазе) между друг другом.

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности обычно требуется для индуктивных нагрузок, таких как большие двигатели переменного тока. Поскольку коэффициент мощности, равный 1 (единица), требует меньшего пикового тока, полезно компенсировать индуктивность, доводя коэффициент мощности как можно ближе к единице.Делая это, мы приближаем реальную мощность к полной мощности (VI). Коэффициент мощности корректируется подключением конденсатора параллельно индуктивной нагрузке.

Чтобы найти правильное значение конденсатора (рис. 6), сначала нам нужно узнать реактивную мощность исходной цепи RL. Это делается путем построения треугольника мощности и решения для реактивной мощности. Треугольник мощности можно построить, исходя из реальной мощности, полной мощности и угла коэффициента мощности θ.После определения реактивной мощности для исходной цепи нагрузки емкостное реактивное сопротивление X _C , необходимое для корректировки коэффициента мощности, можно рассчитать следующим образом:

Где В, — среднеквадратичное значение напряжения в цепи RL. Изменение порядка…

При значении XC требуемая емкость может быть найдена на основе частоты (F) следующим образом:

Перестановка:

При правильном подключении конденсатора параллельно нагрузке RL (двигателю) коэффициент мощности будет близок к единице, i.е. , напряжение и ток синфазны. И реальная мощность будет почти равна кажущейся мощности.

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
Макетная плата и перемычки без пайки
Резистор 1 — 47 Ом
Резистор 1 — 100 Ом
Конденсатор 1 — 10 мкФ
1 — Катушка индуктивности 47 мГн

Направления для RC-цепи:

Постройте RC-цепь, показанную на рис. 2, на беспаечной макетной плате со значениями компонентов R ₁ = 100 Ом и C ₁ = 10 мкФ.Требуются три подключения к ALM1000, как показано зелеными прямоугольниками. Откройте программное обеспечение осциллографа ALICE.

Рисунок 2. Цепь RC нагрузки переменного тока

Рисунок 3. Подключение RC-цепочки на макетной плате

Процедура:

В правой части главного окна осциллографа введите 2,5 для корректировки смещения CA- V и CB- V . Это связано с тем, что в этом эксперименте нам необходимо подавать сигналы переменного тока (+/- напряжение) на нагрузку и относить все измерения к +2.5 V common rail. Также введите 0 для настроек вертикального положения каналов CH-A и CH-B (в нижней части окна осциллографа). Вертикальные шкалы теперь должны быть центрированы на 0 и изменяться от -2,5 до +2,5. Установите вертикальный масштаб CA-I на 5 мА / Div.

Установите минимальное значение AWG канала A на 1,08 и максимальное значение на 3,92 В, чтобы применить синусоидальную волну 2,84 В (размах), 1 В, RMS, с центром на 2,5 В в качестве входного напряжения для схемы. Установите частоту 250 Гц и фазу 90 °.В раскрывающемся меню AWG A Mode выберите режим SVMI. В раскрывающемся меню AWG A Shape выберите Sine. В раскрывающемся меню AWG B Mode выберите режим Hi-Z.

В раскрывающемся меню «Кривые ALICE» выберите для отображения CA- V , CA-I и CB- V . В раскрывающемся меню «Триггер» выберите CA- V и Auto Level.

В этой конфигурации осциллограф используется для просмотра сигналов напряжения и тока переменного тока, управляющих схемой на канале A, и напряжения на сопротивлении на канале B.Напряжение на конденсаторе — это просто разница между каналом A и каналом B (выберите CAV — CBV в раскрывающемся меню Math). Убедитесь, что вы отметили селектор Sync AWG.

Программа может рассчитать среднеквадратичные значения для сигналов напряжения и тока в канале A, а также для сигналов напряжения в канале B. Кроме того, программное обеспечение также вычисляет среднеквадратичное значение разницы между точками между сигналами напряжения в каналах A и B. В этом эксперименте это будет среднеквадратичное значение напряжения на конденсаторе.Чтобы отобразить эти значения, выберите RMS и CA-CB RMS в разделе -CA- V — и RMS в разделах -CA-I- раскрывающегося меню Meas CA. Выберите RMS в разделе -CB- V — раскрывающегося меню Meas CB. Вы также можете отобразить максимальные (или положительные пиковые) значения для CA- V CA-I и CB- V .

Щелкните по кнопке Run. Отрегулируйте временную развертку, пока на сетке дисплея не будет более двух периодов синусоидальной волны. Установите Hold off на 4,0 мс. Вы должны увидеть 4 графика: напряжение канала A, напряжение канала B, ток канала A и математический график напряжения CA-CB.Поскольку для резистора было выбрано 100 Ом, а вертикальная шкала для тока составляет 5 мА / дел, кривая тока в резисторе будет располагаться прямо над кривой напряжения на резисторе, канал B, с его вертикальный масштаб установлен на 0,5 В / дел, (0,5 мА время 100 Ом = 0,5 В ).

Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей RC-цепи (CHA V RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), среднеквадратичное значение напряжения на резисторе (CHB V RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на конденсаторе (AB RMS).

На основании этих значений рассчитайте активную мощность (P) RC-цепи. Рассчитайте реактивную мощность (Q). Рассчитайте полную мощность (S).

Основываясь на рассчитанных вами значениях P, Q и S, нарисуйте треугольник мощности, как на рисунке 1. Определите коэффициент мощности (pf) и θ для RC-цепи.

Кривые осциллографа отображают временную зависимость между напряжением (кривая напряжения зеленого канала A) и током (кривая тока голубого канала A). Используя маркеры дисплея или курсор времени, измерьте разницу во времени между нулевыми пересечениями двух кривых и, исходя из этого, фазовый угол между ними.Используйте этот угол (θ) для расчета коэффициента мощности.

Как это соотносится со значением, полученным вами из P, Q и S и треугольника мощности? Коэффициент мощности отстает или опережает и почему?

Указания для цепи RL:

Сначала измерьте сопротивление постоянному току индуктора 47 мГн с помощью омметра постоянного тока в ALICE. Общее последовательное сопротивление цепи RL будет составлять сопротивление катушки индуктивности плюс внешний резистор 47 Ом R ₁ . Общее сопротивление необходимо будет учесть при расчетах реальной и реактивной мощности.

Постройте цепь RL, показанную на рисунке 4, на беспаечной макетной плате со значениями компонентов R ₁ = 47 Ом и L ₁ = 47 мГн.

Рисунок 4. Схема нагрузки переменного тока RL

Рисунок 5. Схема нагрузки RL переменного тока

Процедура:

Щелкните по кнопке Run. Отрегулируйте временную развертку, пока на сетке дисплея не будет более двух периодов синусоидальной волны. Установите Hold off на 4,0 мс. Вы должны увидеть 4 графика: напряжение канала A, напряжение канала B, ток канала A и математический график напряжения CA-CB.

Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RL (CHA V RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), среднеквадратичное значение напряжения на резисторе (CHB V RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности (AB RMS).

На основе этих значений рассчитайте активную мощность (P) для цепи RL. Рассчитайте реактивную мощность (Q).Рассчитайте полную мощность (S).

На основании рассчитанных значений P, Q и S нарисуйте треугольник мощности, как на рисунке 1. Определите коэффициент мощности (pf) и θ для цепи RL.

Кривые осциллографа отображают временную зависимость между напряжением (кривая напряжения зеленого канала A) и током (кривая тока голубого канала A). Используя маркеры дисплея или курсор времени, измерьте разницу во времени между нулевыми пересечениями двух кривых и, исходя из этого, фазовый угол между ними.Используйте этот угол (θ) для расчета коэффициента мощности.

Как это соотносится со значением, полученным вами из P, Q и S и треугольника мощности? Коэффициент мощности отстает или опережает и почему?

Направления для цепи RLC:

Постройте схему RLC, показанную на рисунке 6, на беспаечной макетной плате со значениями компонентов R ₁ = 47 Ом, C1 = 10 мкФ и L ₁ = 47 мГн.

Рисунок 6. Схема нагрузки RLC переменного тока, измеряющая конденсатор.

Рисунок 7.Соединения макетной платы нагрузки переменного тока RLC

Процедура:

Для схемы RLC вам потребуются измерения среднеквадратичного напряжения переменного тока на каждом элементе. В конфигурации, показанной на рисунке 6, с каналом B, подключенным к соединению C ₁ и L ₁ , мы можем получить среднеквадратичное напряжение на C ₁ из разницы между формами сигналов CA и CB. С каналом B, подключенным к соединению L ₁ и R ₁ , мы можем получить среднеквадратичное напряжение на R1 непосредственно из формы волны CB.Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RLC (CHA V RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), значение RMS для напряжения на резисторе (CHB V RMS) и RMS-значение для напряжения на конденсаторе (AB RMS), когда CHB подключен к соединению C ₁ и L ₁ , и комбинированный реактивное сопротивление L ₁ и C ₁ , когда CHB подключен к стыку L ₁ и R ₁ .

Нам все еще нужно действующее значение напряжения на катушке индуктивности L ₁ . Меняя местами компоненты в этой последовательно соединенной цепи, как показано на рисунке 8, мы не изменяем общий полный импеданс цепи нагрузки. Однако теперь мы можем получить среднеквадратичное значение напряжения на L ₁ из разницы между формами сигналов CA и CB, как мы это делали с конденсатором на рисунке 6. Запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RLC (CHA V RMS), RMS-значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этой последовательной цепи (CHA I RMS), RMS-значение для напряжения на резисторе (CHB V RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности (AB RMS).Убедитесь, что значение во всей цепи, а также ток через нагрузку и значение R ₁ совпадают с тем, что было измерено на рисунке 6. Почему это правда?

Рисунок 8. Схема нагрузки RLC переменного тока, измеряющая индуктивность.

На основе этих значений вычисляют реальную мощность (P) для цепи RLC. Рассчитайте реактивную мощность (Q) для комбинированного реактивного сопротивления LC и L и C по отдельности. Рассчитайте полную мощность (S).

Увеличьте частоту канала A с 250 Гц до 500 Гц и повторно измерьте среднеквадратичные напряжения для цепи RLC.Как это изменило реальную, реактивную и полную мощность? Ток нагрузки отстает или опережает и почему?

Уменьшите частоту канала A с до 125 Гц и повторно измерьте среднеквадратичные напряжения для цепи RLC. Как это изменило реальную, реактивную и полную мощность? Ток нагрузки отстает или опережает и почему?

Указания по коррекции коэффициента мощности:

Схема, показанная на рисунке 9 для коррекции коэффициента мощности, такая же, как на рисунке 4, с добавлением конденсатора C ₁ , параллельного L ₁ .

Рисунок 9. Коррекция коэффициента мощности для нагрузки переменного тока RL.

Рисунок 10. Соединения макетной платы коррекции коэффициента мощности.

Основываясь на ваших измерениях из рисунка 4 и уравнениях в разделе коррекции коэффициента мощности в справочной информации для этого лабораторного действия, рассчитайте соответствующее значение для C ₁ при 250 Гц. Используйте конденсатор ближайшего стандартного номинала (или параллельную комбинацию стандартных значений) для C ₁ .

Процедура:

Как и для простой схемы RL, запишите среднеквадратичное значение напряжения во всей цепи RL (CHA В RMS), среднеквадратичное значение тока через R ₁ , которое также является током в канале A в этом последовательная цепь (CHA I RMS), среднеквадратичное значение напряжения на резисторе (CHB В RMS) и среднеквадратичное значение напряжения на катушке индуктивности (AB RMS).

На основе этих значений рассчитайте активную мощность (P) для цепи RL.Рассчитайте реактивную мощность (Q). Рассчитайте полную мощность (S).

На основе вычисленных значений P, Q и S нарисуйте треугольник мощности, как на рисунке 1. Определите коэффициент мощности (pf) и θ для цепи RL с поправкой на pf. Сравните этот коэффициент мощности с тем, который вы рассчитали только для цепи нагрузки RL. Насколько близко было рассчитанное значение емкости конденсатора к оптимальному значению, необходимому, чтобы сделать pf равным единице? Объясните различия.

Приложение:

Использование значений других компонентов

Можно заменить другие значения компонентов в случаях, когда указанные значения недоступны.Реактивное сопротивление компонента (X _C или X _L ) масштабируется с частотой. Например, если доступны катушки индуктивности 4,7 мГн, а не 47 мГн, все, что нужно сделать, это увеличить испытательную частоту с 250 Гц до 2,5 кГц. То же самое будет верно при замене конденсатора на 10,0 мкФ конденсатором 1,0 мкФ.

Используйте виртуальный прибор Phase Analyzer

ALICE включает в себя виртуальный прибор Phase Analyzer, который может помочь в понимании фазовых соотношений между сигналами напряжения и тока, а также в полярных обозначениях и графиках.

Руководство пользователя анализатора фаз.

Использование прибора для измерения импеданса RLC

Рабочий стол ALICE включает в себя анализатор импеданса / измеритель RLC, который можно использовать для измерения последовательного сопротивления (R) и реактивного сопротивления (X). В рамках этой лабораторной работы может быть полезно использовать этот инструмент для измерения компонентов R, L и C, используемых для подтверждения результатов вашего теста.

Ресурсов:

Для дальнейшего чтения:

Коэффициент мощности
Мощность в резистивных и реактивных цепях переменного тока
Практическая коррекция коэффициента мощности

Вернуться к лабораторной работе Содержание

университет / курсы / alm1k / circuit1 / alm-cir-ac-power-factor.txt · Последнее изменение: 3 августа 2020 г., 19:27, автор: dmercer

Коэффициент мощности

Коэффициент мощности Коэффициент мощности — это соотношение между реальной мощностью (P в кВт) и полной мощностью (S в кВА), потребляемой электрической нагрузкой.

Реактивная мощность (Q в кВАр) вызывает смещение реальной и полной мощности друг от друга. Реактивная мощность требует наличия электрических и магнитных полей для работы энергосистемы.

Помимо отношения реальной мощности к полной, коэффициент мощности также может быть выражен как косинус угла между ними.

Если реактивная мощность нагрузки является индуктивной, реальная мощность будет отставать от полной мощности, а коэффициент мощности будет отставать. Если реактивная мощность является емкостной, коэффициент мощности будет опережающим.

В простейшем виде коэффициент мощности также может считаться мерой полезной работы, получаемой от энергосистемы.

Трехфазный коэффициент мощности и однофазный коэффициент мощности соответствуют одним и тем же концепциям

Для теоретического обсуждения коэффициента мощности см. примечание к разделу «Комплексная мощность в цепях переменного тока».

Типичные коэффициенты мощности

Средние значения коэффициента мощности для наиболее часто используемых установок, оборудования и внешнего вида:

комплект трансформатора-выпрямителя для дуговой сварки

установки и устройства	cos φ	tan φ
асинхронный двигатель — нагрузка 0%	0,17	2,80
асинхронный двигатель — нагружен на 25%	0,55	1,52
асинхронный двигатель — нагружен на 50%	0.73	0,94
асинхронный двигатель — нагруженный на 75%	0,80	0,75
асинхронный двигатель — нагруженный на 100%	0,85	0,62
8 лампы накаливания 098 908	8 лампы накаливания
лампы люминесцентные (без компенсации)	0,5	1,73
лампы люминесцентные (с компенсацией)	0.93	0,39
разряд лампы	0,4–0,6	2,29–1,33
элементы сопротивления печи	1,0	0
индукционный нагрев печи (компенсированный) 0,8598 908 908 908 908 908 908 908 908 908
печь диэлектрический нагрев	0,85	0,62
паяльные машины резистивного типа	0.От 8 до 0,9	от 0,75 до 0,48
дуговой сварочный фиксированный 1-фазный	0,5	1,73
электродвигатель-генератор для дуговой сварки	0,7 до 0,9	1,02 до 0,48
0,7 — 0,8	1,02 — 0,75
дуговая печь	0,8	0.75

Источник: Groupe Schneider — Руководство по установке электрооборудования
(согласно международным стандартам IEC), 1996

Гармонические искаженные формы волны

Пример — истинный коэффициент мощности

Нагрузка работает с коэффициентом мощности смещения 0,875 и THD 13,4%. Каков истинный коэффициент мощности?

Коэффициент мощности искажения определяется по формуле:

В результате истинный коэффициент мощности равен:

Коэффициент мощности, установленный выше, принимает синусоидальную форму волны.В современной энергосистеме с ростом количества мощных электронных устройств форма волны, как правило, не является синусоидальной. В этом случае определение коэффициента мощности немного усложняется.

• коэффициент мощности смещения — коэффициент мощности основной частоты 50 Гц для гармонического искаженного сигнала
• коэффициент мощности искажения — величина смещения мощности уменьшается из-за содержания гармоник
• истинный коэффициент мощности — фактический коэффициент мощности с учетом гармонических искажений.

При несинусоидальной форме волны содержание гармоник снижает мощность, подаваемую на нагрузку.Фактический коэффициент мощности всегда будет меньше, чем коэффициент смещенной мощности. Отношение истинного коэффициента мощности к коэффициенту вытесняющей мощности является коэффициентом мощности искажения. Для чисто синусоидальных сигналов коэффициент мощности искажения всегда равен 1.

Если известно общее гармоническое искажение, то коэффициент мощности искажения можно найти по следующей формуле:

Коррекция коэффициента мощности

Расчет Требуемый кВАр

Существующая ситуация определяется как нагрузка P в кВт с коэффициентом мощности pf ₁ (с учетом запаздывания)

Приведенная к комплексной мощности S ₁ в кВА

Дан фазовый угол тока φ ₁ по:

Желаемая ситуация определяется как новый коэффициент мощности pf ₂
Новый фазовый угол φ ₂ определяется по:

Требуемая компенсация Q ₂ в кВАр:
и

Числовой пример

Существующая ситуация: P = 450 кВт pf ₁ = 0.83
S ₁ = 450 / 0,83 = 542 кВА

φ ₁ = cos ^-1 (0,83) = 33,9 градуса

Желаемая ситуация: pf ₂ = 0,95
φ ₂ = cos ^-1 (0,95) = 18,2 градуса

Результаты расчетов:
Q ₂ = 450 * (tan (33,9) -tan (18,2)) = 154 кВАр

S ₂ = 450 / 0,95 = 473 кВА ( Снижение на 12,7%)

За счет повышения коэффициента мощности органы электроснабжения должны вырабатывать меньше реактивной мощности, а системы распределения энергии становятся более эффективными.Органы электроснабжения часто взимают штраф за коэффициент мощности, и для владельца оборудования может быть финансово выгодно предоставить системы, улучшающие их коэффициент мощности.

Коррекция коэффициента мощности обычно выполняется путем добавления конденсаторов, что создает реактивную мощность 180 ^o , не совпадающую по фазе с мощностью, создаваемой нагрузками (обычно индуктивными).

Корректировка коэффициента мощности может применяться как объемная коррекция на главном распределительном щите станции или устанавливаться локально на каждой нагрузке.