Forbedring av kraftfaktor i induksjonsmotorer
Etter å ha lest denne artikkelen vil du lære om: - 1. Introduksjon til forbedring av kraftfaktor 2. Strøm i induktiv / kapasitiv krets 3. Strøm / Strømfaktor i resistiv krets 4. Strøm / Strømfaktor i induktans kun 5. Strøm / Strøm Kun faktor i kapasitans 6. Ledende og lagringskraftfaktor 7. Effektene av lav effektfaktor og dens korreksjon og andre detaljer .
Innhold:
- Introduksjon til forbedring av kraftfaktor
- Strøm i induktiv / kapasitiv krets
- Kun strøm / kraftfaktor i induktans
- Strøm / Strømfaktor kun i kapasitans
- Ledende og Lagging Power Factor
- Effektene av lav effektfaktor og dens korreksjon
- Effektfaktormåler
- Påføring av effektkondensatorer
- Bestemmelse av kondensatorklassifisering
- Fordeler med strømkondensatorer
- Industrielle planter
- Transmisjonssystemer
1. Introduksjon til forbedring av kraftfaktor:
Når strømmen som strømmer i et vekselstrømssystem som leverer en induksjonsmotor blir undersøkt, vil det være merkbart at den er større enn det som kan forventes ut fra motorens normale krav. Derfor, siden en kollierbelastning hovedsakelig består av induksjonsmotorer, følger det at en større strøm blir tilført enn det faktisk er nødvendig for å sørge for at arbeidet utføres.
Denne overskytende strøm forekommer bare i vekselstrømssystemer og har ingen motstykke i likestrømssystemer. Den oppstår på grunn av effekten av feltviklingenes reaktans på vekselstrømssyklusen.
2. Strøm i induktiv / kapasitiv krets:
Vi vet at i en DC-krets er strømmen gitt av produktet av spenning og strøm. Men i en kretskrets er dette ikke sant. Hvis kretsen inneholder induktiv eller kapasitiv reaktanse, gir ikke produktet av spenning og strøm den faktiske strømmen, men den tilsynelatende effekten. Denne faktiske kraft er en brøkdel av den tilsynelatende kraften, brøkdelen er kjent som effektfaktoren (PF). Derfor,
3. Strøm / Strømfaktor i Resistrikt Krets:
For å oppnå den faktiske effektbølgeform for en bestemt spenning og strøm, er det nødvendig å multiplisere øyeblikkelige verdier av spenning og strøm, f.eks. I en krets som bare inneholder motstand, er strøm- og spenningsbølgeformene som i figur 19.1.
La oss ta poenget 5 i figur 19.1 (a), spenningsverdien er gitt av AC og strømstyrken av AB. Ved å multiplisere disse to verdiene sammen gir DE eller punkt 5 i figur 19.1 (b). Når denne prosessen gjentas for alle andre punkter, oppnås den faktiske effektkurven.
Nå som kretsen bare inneholder ren motstand, må den faktiske effektkurven også være den tilsynelatende effektkurven.
For en ren resistiv krets,
Faktisk kraft = tydelig kraft.
. . . Strømfaktor = 1 = Enhet.
4. Strøm / Strømfaktor i induktans kun:
I en krets som bare inneholder induktans (ingen motstand) og ved bruk av samme metode som ovenfor, kan den faktiske effektkurven oppnås som vist i figur 19.2. Nå fra denne figuren kan det ses at for hver halvspenning av spenning er det to pulser av kraft, en positiv og en negativ.
Hvorfor skjer dette? Vi ser at når spenningen og strømmen er både positive eller begge negative, blir strøm tilført til induktansen for å sette opp et magnetfelt.
Når spenningen og strømmen er i motsatt retning, kollapser magnetfeltet, returkraft til kilden. Og som sådan blir det lagt merke til at den gjennomsnittlige effekten som brukes over en full syklus, er null. Den tilsynelatende kraften er imidlertid produktet av spenning og strøm og har en bestemt verdi. Derfor for rent induktiv krets
Faktisk kraft = 0,
Kraftfaktor = 0 / tilsynelatende kraft = 0
5. Strøm / Kraftfaktor i kun kapasitans:
Hvor en krets inneholder bare kapasitans, er bølgeformene av strøm og spenning som i figur 19.3. Her som med induktans sak har vi to strømforsyninger for hver halvspenningsspenning, selv om stillingene til de positive og negative pulser har blitt byttet.
I dette tilfellet, når spenningen og strømmen er både positive eller negative, tilføres strøm til kapasitansen for å sette opp et elektrostatisk felt. Når spenning og strøm er i motsatt retning, kolliderer det elektrostatiske feltet returkraft til kilden.
Igjen, som med induktansen, selv om det ikke er noen verdi av nyttig kraft, er det en verdi av tilsynelatende kraft. Derfor for en rent kapasitiv krets
Faktisk kraft = 0
Kraftfaktor = 0 + Faktisk effekt = 0
6. Ledende og Lagging Power Factor:
Fra induktans- og kapasitanskretsen som nevnt ovenfor ser vi at begge kretsene har effektfaktor null. Nå for å skille mellom de to, sier vi at den induktive kretsen har en strøm som lagrer spenningen, og det har også en sviktende effektfaktor, og den kapasitive kretsen har en strøm som fører spenningen og har en ledende kraftfaktor
Også siden en ren motstandskrets har strøm som er i fase med spenningen som gir en effektfaktorenhet, kan det lett ses at kombinasjoner av alle tre kretsene kan gi en effektfaktor et sted mellom nulllag og nullledning. I praksis ser vi fra vår erfaring at en typisk kollieri eller industri hovedsakelig bruker induksjonsmotorer som har en kraftfaktor som varierer fra 0, 5 til 0, 75 lagring.
7. Effektene av lav effektfaktor og dens korreksjon:
En lav effektfaktor er en kostbar affære for en industri. Dessverre er dette et vanlig fenomen, men ikke nødvendigvis uunngåelig.
Faktisk betaler industrier og forbrukere for lav effektfaktor på to måter:
(a) På den opprinnelige kostnaden for installasjonen, og
(b) På strømforsyningsavgiftene.
Derfor, for enhver industri, er det et must for å kjøre utstyret ved en PF nærmest enhet. Ved lav strømfaktor kan forbrukeren redusere regningen ved å installere passende kondensatorer for å forbedre effektfaktoren. Imidlertid kan prinsippet som følger med effektfaktorkorrigering best vises av noen små eksempler. Ta tilfelle av en enkeltfaselast på 250 volt med en strøm på 10 ampere ved en effektfaktor .71 lagring, som vist er figur 19.4.
Her ser vi:
Tilsyneladende kraft = 10 x 250 = 2500 watt,
og faktisk effekt = 10 x 250 x .71 = 1775 watt ca.
Det er derfor mulig å vise at de nåværende 10 ampere kan deles inn i to komponenter, en er ved enhetsfaktor, og den andre er ved null effektfaktor som vist i figur 19.4. (B). Maksimumverdien av disse strømmene er begge 7.1 amp.
Den ene ved enhetskraftfaktoren gjør det nyttige arbeidet, mens den ene ved nulllagende effektfaktorer er magnetiseringsstrømkomponenten som må elimineres. Derfor må en nøyaktig likestrøm men med null ledende påføres kretsen for å avbryte magnetiseringsstrømmen som vist i figur 19.5. Dette oppnås vanligvis ved å koble en kondensator i kretsen av tilstrekkelig størrelse til å gi en strøm på 7.1 ampere ledende. Den endelige er vist i fig 19.6. hvor en redusert strøm på 7, 1 er ved enhetskraftfaktor.
Derfor Faktisk effekt = tilsynelatende kraft = 7, 1 x 250 = 1780 watt.
Faktisk hva som skjer er at tilførselen nå bare ser motoren og kondensatoren som en ren resistiv last og overfører tilstrekkelig kraft til å gjøre det egentlige arbeidet med å dreie motorakslen, og kondensatoren sender kontinuerlig og mottar magnetiseringsstrømmen fra motorviklingene .
Faktisk to typer utstyr:
(1) Kondensatorer og
(2) Synkronmotorer brukes til å forbedre effektfaktoren.
Men ut av disse to utstyrene brukes kondensatorer i dag for å korrigere effektfaktoren. En effektfaktorkorrigeringstabell er gitt i slutten av kapittelet. Årsaken til omfattende bruk av kondensatorer er at de statiske kondensatorene er tilgjengelige i forskjellige egnede klassifiseringer, og er lettere installert enten i bulk ved kolliforsyningen, eller for å korrigere individuelle induksjonsmotorer ved å koble kondensatorer til deres terminaler. Costwise også, de er billigere.
8. Effektmåler:
Strømfaktormåler er vanligvis installert på hovedflateanlegget og gir en direkte indikasjon på effektfaktoren til kretsen som den er koblet til. Et instrument montert i en slik posisjon kan bare gi den totale effektfaktoren for hele kollieriet, eller en stor del av den.
Hvis effektfaktoren til en enkelt motor kreves, er det vanlig å installere bærbare instrumenter for å registrere den faktiske strømspenningen og strømmen fra hvilken effektfaktoren kan beregnes, eller i mange tilfeller registreres den direkte.
9. Bruk av effektkondensatorer:
En ingeniør bør alltid nøye vurdere bruk av kondensatorer. Faktisk ser vi fra vår erfaring at for en vellykket drift av effektfaktorforbedringen er det mye avhengig av plassering av kondensatorer i systemet, og ideelle forhold oppnås når den høyeste effektfaktoren opprettholdes under alle belastningsbetingelser.
I praksis, for å oppnå fleksibelt arrangement, er den totale KVA som kreves, vanligvis delt inn i mindre karakterer, og dette kan oppnås som forklart nedenfor:
(a) Individuell PF-korreksjonsmetode:
Dette korrigeringssystemet brukes for store induksjonsmotorer, transformatorer og buesveisutstyr, som drives i lange perioder. I hvert tilfelle er kondensatoren koblet parallelt direkte til terminalene. Og som sådan kan kondensatoren slås på og av sammen med selve utstyret.
Denne metoden har størst fordel ved å lette alle forsyningslinjer som fører til reaktivt strømforbrukende utstyr. Videre er denne metoden automatisk, og det sikrer også en høy effektfaktor under belastningsforhold. Tabellen 19.1. bidrar til å bestemme kondensatorklassen for direkte tilkobling til induksjonsmotorer.
(b) Gruppe PF-korreksjonsmetode:
I et system hvor en stor del av lasten består av små motorer, og operasjonen er periodisk, er individuell effektfaktorkorreksjon hverken praktisk eller økonomisk. I disse tilfellene oppnås korrigeringen ved større kondensatorer koblet over hovedbussene og styrt av manuelt betjente brytere.
(c) Automatisk PF-korreksjon:
I systemer hvor lastfluktuasjoner er høye, er automatisk styring den ideelle metoden. Den totale kondensatoren KVAr er delt inn i en rekke reguleringsfaser av, så langt som mulig, lik kapasitet. For å kompensere den ikke-belastende reaktive kraften til transformatorer og av permanent tilkoblet utstyr, er en fast fase, uavhengig av den automatiske delen, tilveiebrakt og forblir permanent forbundet med installasjonen. Ved hjelp av et reaktivt kraftrelé, blir reguleringsstrinnene slått på og av, alt etter hva som helst, til den forhåndsinnstilte ønskede PF er oppnådd.
For å eliminere utilsiktet hyppig bytte, når toppbelastning av kort varighet oppstår, er et tidsrelé innlemmet for trinn-til-veksling. Igjen, i tilfelle forsyningsavbrudd, nullstiller spenningsreléet styreenhetene til sin nøytralstilling, slik at kondensatorstrinnene ved gjenopprettelse blir slått på igjen trinnvis for trinn og dermed forhindrer uønskede strøm- og spenningstopp.
10. Bestemmelse av kondensatorklassifisering:
For å bestemme kondensatorverdien for å forbedre effekten fra Cos φ 1 til Cos φ 2, la oss se på figur 19.6 som gir et vektordiagram.
Per vektordiagrammet er det nødvendig med kompensasjonsbeløpet
I tabell 19.1. vi ser et kondensatorvalgsdiagram.
Et eksempel for å forklare økonomien til kraftkondensatorer er gitt nedenfor. En forbruker med en maksimal belastning på 5000 kW hadde en belastningsfaktor på 0, 8. Den maksimale etterspørselen i KVA var 6250. KVAs maksimaltariff var, si, Rs. 10 / - per KVA per måned.
For å forbedre effektfaktoren, si til 0, 95, ble kondensatorer av 2105 KVAr-vurdering installert i henhold til beregningen som vist nedenfor :
Nå sier kapitalinvesteringer for kondensatoren @ Rs. 60 = 2105 x 60 = Rs. 1, 26, 300. Derfor vil kapitalinvesteringer for installasjon av kondensatoren faktisk bli gjenopprettet i ca 13 måneder, og etter den perioden vil det bli en månedlig sparing av Rs. 9850.
I eksemplet ovenfor, la oss anta at transformatorene, koblingsutstyrene og kablene ble vurdert til å håndtere bare 6250 KVA. Dermed ved en effektfaktor 0, 8 kunne de bare håndtere en belastning på 5000 KW, mens ved å forbedre effektfaktoren til 0, 95 ved å installere kondensatorer, kan de nå håndtere 5940 KW, hvilket igjen betyr at:
(a) En ekstra aktiv kraft på 940 KW er nå tilgjengelig for forbrukeren uten spesiell sanksjon fra leverandørforetaket.
(b) Det samme utstyret vil håndtere 940 KW mer aktiv kraft, noe som øker brukbarheten og effektiviteten.
Dermed har installasjonen av effektkondensatorer resultert i følgende fordeler:
(1) En betydelig reduksjon i strømregningen.
(2) En bedre utnyttelse av kapasiteten til transformatorene, koblingsutstyrene, kablene osv., Spesielt hvis strømmen mottas ved høy spenning fra leverandørforetaket.
(3) En mer stabil forsyningsspenning som betyr en bedre og mer effektiv ytelse av de elektriske maskinene.
11. Fordeler med effektkondensatorer:
De viktigste fordelene ved å installere strømkondensatorer er:
1. Vesentlig reduksjon i KVA-etterspørsel:
Denne reduksjonen i KVA-etterspørselen reduserer tariffen som tilføres strømforsyningsforetakene på grunnlag av energikostnader og maksimal KVA kreves. Enkelte foretak pålegger også en straffe for lav effektfaktor, samtidig som det gir en insentivbonus for høyere effektfaktor. Kondensatorer gjør denne incitamentsbonusen en realitet.
2. Betraktelig reduksjon av transformatorer og linjeutslipp:
Dette oppnås fordi reduksjonen i KVA-etterspørselen fører til at en mindre strøm strømmer gjennom linjene. Som et resultat er det optimal utnyttelse av eksisterende kapasitet for transformatorer, brytere og linjer.
3. Minimering av spenningsfall i linjer:
Med minimering av spenningsfallene i linjene, oppnås en bedre ytelse av elektrisk utstyr.
4. Installasjonen av effektkondensatorer bidrar til å redusere den reaktive effektbehovet fra forsyningssystemet, da strømkondensatoren selv gir den reaktive effekten som er nødvendig for motorer, transformatorer og andre induktive belastninger, og forbedrer dermed systemets effektfaktor. Kraftfordelingssystemet er igjen for å forholde seg mest til tilførselen av aktiv kraft.
Kraftkondensatorer frigjør også systemkapasiteten, og den mulige økningen i den aktive belastningen i en plante er så høy som ca. 30% dersom dens effektfaktor økes fra 0, 7 til 0, 95. Kondensatorer forbedrer effektfaktoren, gir samme kraft for mindre penger, og hvor KVA-etterspørsel eller en kraftfaktorklausultariff er operativ, er besparelsene virkelig imponerende. Den opprinnelige kostnaden for en kraftkondensatorinstallasjon gjenopprettes innen ett år eller to av sin installasjon, og besparelsen som er foretatt etterpå, er helt en nettoresultat i årene som kommer.
12. Industrielle anlegg:
I de fleste industrielle anlegg krever flertallet av elektrisk elektrisk utstyr som induksjonsmotorer, transformatorer, sveiseutstyr, etc., reaktiv effekt for deres magnetfelt. Men i motsetning til aktiv kraft, blir denne reaktive kraften ikke omgjort til mekanisk kraft, men svinger frem og tilbake mellom generatoren og forbrukerutstyret, og utgjør en ekstra belastning på forsyningssystemet. Dette resulterer i følgende økonomiske og tekniske ulemper.
(1) En tung tilleggsavgift i kundens strømregning for en lav strømfaktorbelastning.
(2) Kabler, brytere og transformatorer bærer den ekstra wattless strømmen, og gjør dermed det elektriske utstyret og kapitalinvesteringen underutnyttet.
(3) Overdreven spenningsfall og redusert effektivitet av elektrisk utstyr.
13. Transmisjonssystemer:
I transmisjonssystemer, fra et økonomisk synspunkt, er det en optimal verdi av reaktiv effekt som kan overføres fra generasjonsstasjonen. I store sammenkoblede strømnettetrater er optimal verdi ikke løst og varierer fra time til time.
Det er mer økonomisk og fordelaktig å levere reaktiv kraft ved belastningsområdet fra kraftkondensatorinstallasjoner enn å generere og overføre reaktiv effekt over transmisjonslinjer.
I henhold til system- eller installasjonskrav kan imidlertid passende anordnet strømkondensator tilveiebringe
(1) effektfaktorforbedring.
(2) forbedret spenningsregulering.
(3) reduksjon av linjetap.
(4) frigjøring av kretsbelastningskapasitet.
(5) reduksjon av spenningsfluktuasjon og kretsreaktans.
Informasjon som skal gis med henvendelser:
1. Utgang kreves i KV Ar
2. Nominell spenning
3. Nominell frekvens
4. Antall faser
5. Oppgi om det forventes unormale spenningsstigninger. Hvis ja, oppgir høyest spenning.
6. Øvre grense for temperaturkategori.
7. Foreslått plassering av kondensator, innendørs eller utendørs.
8. Høyde over sjønivå av kondensatorsted, hvis over 1000 meter.
9. Forsyningskretsens type: For eksempel om kondensatoren skal kobles til
(a) til en lokal substasjon, (hvis ja, angi KVA-vurdering av transformatorer, etc.)
(b) til et lokalt undergrunnsnettverk
(c) til overhead linjer.
10. Hvis kondensatoren skal kobles direkte til overhead linjer, kontroller om:
(a) tordenvær er utbredt i lokaliteten?
(b) Lynavlastere eller bølgeavledere er montert på linjene?
11. Detaljer om bryteren eller den automatiske kontrolleren som skal brukes med kondensatoren.
12. Hvis kondensatoren skal kobles direkte til motorens klemmer, angi motorens karakter, hastighet, type, produsent.
13. Eventuelle spesielle krav som kan påvirke kondensatorens konstruksjon eller drift.
Teknisk service:
Da alle installasjoner presenterer ulike problemer, må kraftkondensatorinstallasjonen være nøye utformet for å tilfredsstille spesielle forhold for belastnings- og krafttoll.
