Τι είναι η άεργος ισχύς; Αντιστάθμιση άεργου ισχύος. Υπολογισμός άεργου ισχύος

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Σε διαμερίσματα και ιδιωτικές κατοικίες, εγκαθίσταται ένας ηλεκτρικός μετρητής, σύμφωνα με τον οποίο υπολογίζεται η πληρωμή για την καταναλωμένη ενέργεια. Απλουστευτικά, πιστεύεται ότι μόνο το ενεργό συστατικό του χρησιμοποιείται στην καθημερινή ζωή, αν και αυτό δεν είναι απολύτως αλήθεια. Το σύγχρονο περίβλημα είναι κορεσμένο με συσκευές στα κυκλώματα των οποίων υπάρχουν στοιχεία που μετατοπίζουν τη φάση. Ωστόσο, η άεργος ισχύς που καταναλώνεται από τις οικιακές συσκευές είναι ασύγκριτα μικρότερη από αυτή των βιομηχανικών επιχειρήσεων, επομένως παραδοσιακά παραμελείται κατά τον υπολογισμό των πληρωμών.

Μία μονάδα ή εργοστάσιο του οποίου η διαχείριση δεν παρακολουθεί την κατανάλωση παρασιτικών ρευμάτων που διέρχονται από το κύκλωμα φορτίου προκαλεί μεγάλη ζημιά στα ενεργειακά συστήματα της περιοχής και της χώρας συνολικά. Ο ατμοσφαιρικός αέρας γύρω από τη γραμμή μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας θερμαίνεται εντελώς άχρηστα. Οι περιελίξεις μετασχηματιστών που είναι εγκατεστημένοι σε υποσταθμούς ενδέχεται να μην αντέχουν το φορτίο, ειδικά κατά τις περιόδους αιχμής.

Επαγωγικό και χωρητικό φορτίο

Αν πάρετε μια συνηθισμένη συσκευή θέρμανσης ή μια ηλεκτρική λάμπα, τότε η ισχύς που υποδεικνύεται στοη αντίστοιχη επιγραφή στη φιάλη ή στην πινακίδα τύπου θα αντιστοιχεί στο γινόμενο των τιμών του ρεύματος που διέρχεται από αυτήν τη συσκευή και της τάσης δικτύου (έχουμε 220 Volt). Η κατάσταση αλλάζει εάν η συσκευή περιέχει μετασχηματιστή, άλλα στοιχεία που περιέχουν επαγωγείς ή πυκνωτές. Αυτά τα μέρη έχουν ειδικές ιδιότητες, το γράφημα του ρεύματος που ρέει σε αυτά καθυστερεί ή οδηγεί το ημιτονοειδές της τάσης τροφοδοσίας - με άλλα λόγια, εμφανίζεται μια μετατόπιση φάσης. Ένα ιδανικό χωρητικό φορτίο μετατοπίζει το διάνυσμα κατά -90 και ένα επαγωγικό φορτίο κατά +90 μοίρες. Η ισχύς σε αυτή την περίπτωση είναι το αποτέλεσμα όχι μόνο του γινομένου του ρεύματος και της τάσης, αλλά προστίθεται ένας ορισμένος συντελεστής διόρθωσης. Πού οδηγεί αυτό;

Γεωμετρική αντανάκλαση της διαδικασίας

Από το μάθημα της σχολικής γεωμετρίας, όλοι γνωρίζουν ότι η υποτείνουσα είναι μεγαλύτερη από οποιοδήποτε σκέλος σε ένα ορθογώνιο τρίγωνο. Εάν η ενεργή, η άεργος και η φαινομενική ισχύς σχηματίζουν τις πλευρές του, τότε τα ρεύματα που καταναλώνονται από το πηνίο και η χωρητικότητα θα είναι σε ορθή γωνία προς το ωμικό εξάρτημα, αλλά με κατευθύνσεις σε αντίθετες κατευθύνσεις. Όταν προσθέτουμε (ή, αν θέλετε, αφαιρούμε, έχουν διαφορετικά πρόσημα) το συνολικό διάνυσμα, δηλαδή η συνολική άεργος ισχύς, ανάλογα με το είδος του φορτίου που επικρατεί στο κύκλωμα, θα κατευθύνεται προς τα πάνω ή προς τα κάτω. Από την κατεύθυνσή του, μπορεί κανείς να κρίνει ποια φύση του φορτίου υπερισχύει.

Η άεργη ισχύς με προσθήκη διανύσματος στο ενεργό στοιχείο θα δώσει τη συνολική ποσότητα ισχύος που καταναλώνεται. Εμφανίζεται γραφικά ωςη υποτείνουσα του τριγώνου της δύναμης. Όσο περισσότερο αυτή η γραμμή θα βρίσκεται απαλά σε σχέση με τον άξονα x, τόσο το καλύτερο.

Cosine phi

Το γράφημα δείχνει ότι η γωνία φ σχηματίζεται από δύο διανύσματα, την πλήρη και την ενεργό ισχύ. Όσο λιγότερο διαφέρουν οι τιμές τους, τόσο το καλύτερο, αλλά η πλήρης συγχώνευσή τους αποτρέπεται από την άεργο ισχύ, η οποία θεωρείται παρασιτική. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία, τόσο υψηλότερο είναι το φορτίο στα καλώδια ηλεκτρικού ρεύματος, στους μετασχηματιστές ανόδου και υποβάθμισης του συστήματος τροφοδοσίας και αντίστροφα, όσο πιο κοντά είναι κεκλιμένα τα διανύσματα μεταξύ τους, τόσο λιγότερο θα θερμαίνονται τα καλώδια σε όλη την κύκλωμα. Φυσικά, κάτι έπρεπε να γίνει για αυτό το πρόβλημα. Και η λύση βρέθηκε, απλή και κομψή. Η αμοιβαία αντιστάθμιση της άεργου ισχύος σάς επιτρέπει να μειώσετε τη γωνία φ και να φέρετε το συνημίτονό της (το οποίο ονομάζεται επίσης συντελεστής ισχύος) όσο το δυνατόν πιο κοντά στη μονάδα. Για να το κάνετε αυτό, επιμηκύνετε το διάνυσμα της χωρητικής συνιστώσας με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνεται συντονισμός των ρευμάτων, στον οποίο «σβήνουν» το ένα το άλλο (ιδανικά εντελώς, αλλά στην πράξη - στο μέγιστο βαθμό).

Θεωρία και πράξη

Όλοι οι θεωρητικοί υπολογισμοί είναι πιο πολύτιμοι, όσο πιο εφαρμόσιμοι είναι στην πράξη. Η εικόνα σε κάθε ανεπτυγμένη βιομηχανική επιχείρηση είναι η εξής: το μεγαλύτερο μέρος της ηλεκτρικής ενέργειας καταναλώνεται από κινητήρες (σύγχρονοι, ασύγχρονοι, μονοφασικοί, τριφασικοί) και άλλες μηχανές. Υπάρχουν όμως και μετασχηματιστές. Το συμπέρασμα είναι απλό: σε πραγματικές συνθήκες παραγωγής κυριαρχεί η άεργος ισχύς επαγωγικής φύσης. Σημειωτέον ότι οι επιχειρήσειςδεν εγκαθιστούν έναν ηλεκτρικό μετρητή, όπως σε σπίτια και διαμερίσματα, αλλά δύο, από τους οποίους το ένα είναι ενεργό και το άλλο είναι εύκολο να μαντέψει κανείς ποιος. Και για την υπερκατανάλωση ενέργειας «κυνηγημένη» μάταια μέσω ηλεκτροφόρων καλωδίων, επιβάλλονται αλύπητα πρόστιμα στις αρμόδιες αρχές, οπότε η διοίκηση ενδιαφέρεται ζωτικά να υπολογίσει άεργο ισχύ και να λάβει μέτρα για τη μείωσή της. Είναι σαφές ότι δεν μπορεί κανείς να κάνει χωρίς ηλεκτρική χωρητικότητα όταν λύνει αυτό το πρόβλημα.

Αμοιβή θεωρίας

Από το παραπάνω γράφημα, είναι αρκετά σαφές πώς να επιτευχθεί μείωση των παρασιτικών ρευμάτων μέχρι την πλήρη εξάλειψή τους, τουλάχιστον θεωρητικά. Για να γίνει αυτό, ένας πυκνωτής της κατάλληλης χωρητικότητας θα πρέπει να συνδεθεί παράλληλα με το επαγωγικό φορτίο. Τα διανύσματα, όταν προστεθούν, θα δώσουν μηδέν και θα παραμείνει μόνο το χρήσιμο ενεργό συστατικό.

Ο υπολογισμός γίνεται σύμφωνα με τον τύπο:

C=1 / (2πFX), όπου X είναι η συνολική αντίσταση όλων των συσκευών που περιλαμβάνονται στο δίκτυο. F - συχνότητα της τάσης τροφοδοσίας (έχουμε - 50 Hz);

Φαίνεται - τι είναι πιο εύκολο; Πολλαπλασιάστε το "X" και τον αριθμό "pi" με το 50 και διαιρέστε. Ωστόσο, τα πράγματα είναι κάπως πιο περίπλοκα.

Πώς είναι στην πράξη;

Ο τύπος είναι απλός, αλλά ο προσδιορισμός και ο υπολογισμός του X δεν είναι τόσο εύκολος. Για να γίνει αυτό, πρέπει να λάβετε όλα τα δεδομένα σχετικά με τις συσκευές, να μάθετε την αντίδρασή τους και σε διανυσματική μορφή, και ακόμη και τότε… Στην πραγματικότητα, κανείς δεν το κάνει αυτό, εκτός από τους μαθητές σε εργαστηριακή εργασία.

Μπορείτε να προσδιορίσετε την άεργο ισχύ με άλλο τρόπο, χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή - ένα μετρητή φάσης που δείχνει το συνημίτονο phi ή συγκρίνοντας τις ενδείξεις του βατόμετρου,αμπερόμετρο και βολτόμετρο.

Το θέμα περιπλέκεται από το γεγονός ότι σε μια πραγματική διαδικασία παραγωγής, το φορτίο αλλάζει συνεχώς, αφού ορισμένα μηχανήματα ενεργοποιούνται κατά τη λειτουργία, ενώ άλλα, αντίθετα, αποσυνδέονται από το δίκτυο, όπως απαιτείται από τους τεχνολογικούς κανονισμούς. Κατά συνέπεια, απαιτούνται συνεχή μέτρα για την παρακολούθηση της κατάστασης. Ο φωτισμός λειτουργεί κατά τις νυχτερινές βάρδιες, ο αέρας μπορεί να θερμανθεί στα εργαστήρια το χειμώνα και ο αέρας μπορεί να ψυχθεί το καλοκαίρι. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, αλλά η αντιστάθμιση άεργου ισχύος βασίζεται σε θεωρητικούς υπολογισμούς με μεγάλο μερίδιο πρακτικών μετρήσεων cos φ.

Σύνδεση και αποσύνδεση πυκνωτών

Ο ευκολότερος και πιο προφανής τρόπος επίλυσης του προβλήματος είναι να τοποθετήσετε έναν ειδικό εργάτη κοντά στον μετρητή φάσης που θα ενεργοποιούσε ή θα απενεργοποιούσε τον απαιτούμενο αριθμό πυκνωτών, επιτυγχάνοντας την ελάχιστη απόκλιση του βέλους από τη μονάδα. Στην αρχή λοιπόν το έκαναν, αλλά η πρακτική έχει δείξει ότι ο περιβόητος ανθρώπινος παράγοντας δεν επιτρέπει πάντα την επίτευξη του επιθυμητού αποτελέσματος. Σε κάθε περίπτωση, η άεργος ισχύς, η οποία είναι πιο συχνά επαγωγική, αντισταθμίζεται με τη σύνδεση ηλεκτρικής χωρητικότητας του κατάλληλου μεγέθους, αλλά είναι καλύτερο να γίνει αυτό αυτόματα, διαφορετικά ένας αμελής εργαζόμενος μπορεί να επιβάλει μεγάλο πρόστιμο στη δική του επιχείρηση. Και πάλι, αυτή η εργασία δεν μπορεί να ονομαστεί ειδική, είναι αρκετά επιδεκτική αυτοματοποίησης. Το απλούστερο σχήμα περιλαμβάνει ένα οπτικό ζεύγος ηλεκτρονίων ενός πομπού φωτός και ενός δέκτη φωτός. Το βέλος έχει καλύψει την ελάχιστη τιμή, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να προσθέσετεχωρητικότητα.

Αυτοματισμός και έξυπνοι αλγόριθμοι

Επί του παρόντος, υπάρχουν συστήματα που σας επιτρέπουν να διατηρείτε αξιόπιστα το cos φ στην περιοχή από 0,9 έως 1. Δεδομένου ότι η σύνδεση των πυκνωτών σε αυτούς γίνεται διακριτά, είναι αδύνατο να επιτευχθεί ένα ιδανικό αποτέλεσμα, αλλά η αυτόματη άεργη ισχύς ο αντισταθμιστής εξακολουθεί να δίνει ένα οικονομικό αποτέλεσμα πολύ καλό. Η λειτουργία αυτής της συσκευής βασίζεται σε έξυπνους αλγόριθμους που διασφαλίζουν τη λειτουργία αμέσως μετά την ενεργοποίηση, τις περισσότερες φορές ακόμη και χωρίς πρόσθετες ρυθμίσεις. Οι τεχνολογικές εξελίξεις στην τεχνολογία των υπολογιστών καθιστούν δυνατή την επίτευξη ομοιόμορφης σύνδεσης όλων των σταδίων των συστοιχιών πυκνωτών προκειμένου να αποφευχθεί η πρόωρη αστοχία ενός ή δύο από αυτές. Ο χρόνος απόκρισης ελαχιστοποιείται επίσης και τα πρόσθετα τσοκ μειώνουν την ποσότητα της πτώσης τάσης κατά τη διάρκεια των μεταβατικών. Ένας σύγχρονος πίνακας ελέγχου ισχύος επιχείρησης έχει μια κατάλληλη εργονομική διάταξη που δημιουργεί συνθήκες ώστε ο χειριστής να αξιολογήσει γρήγορα την κατάσταση και σε περίπτωση ατυχήματος ή βλάβης θα λάβει άμεσο σήμα συναγερμού. Η τιμή ενός τέτοιου ντουλαπιού είναι σημαντική, αλλά αξίζει να το πληρώσετε, φέρνει οφέλη.

Συσκευή αντιστάθμισης

Ένας συμβατικός αντισταθμιστής άεργου ισχύος είναι ένα μεταλλικό περίβλημα τυπικών διαστάσεων με πίνακα ελέγχου και διαχείρισης στον μπροστινό πίνακα, συνήθως ανοιχτό. Στο κάτω μέρος του υπάρχουν σετ πυκνωτών (μπαταρίες). Τέτοιοςη τοποθεσία οφείλεται σε μια απλή σκέψη: οι ηλεκτρικές δυνατότητες είναι αρκετά βαριές και είναι πολύ λογικό να προσπαθήσουμε να κάνουμε τη δομή πιο σταθερή. Στο επάνω μέρος, στο επίπεδο των ματιών του χειριστή, υπάρχουν οι απαραίτητες συσκευές ελέγχου, συμπεριλαμβανομένου ενός δείκτη φάσης, με τον οποίο μπορείτε να κρίνετε το μέγεθος του συντελεστή ισχύος. Υπάρχουν επίσης διάφορες ενδείξεις, συμπεριλαμβανομένων εκείνων έκτακτης ανάγκης, χειριστηρίων (ενεργοποίηση και απενεργοποίηση, μετάβαση σε χειροκίνητη λειτουργία κ.λπ.). Η αξιολόγηση της σύγκρισης των ενδείξεων των αισθητήρων μέτρησης και η ανάπτυξη ενεργειών ελέγχου (πυκνωτές σύνδεσης της απαιτούμενης βαθμολογίας) εκτελούνται από ένα κύκλωμα που βασίζεται σε μικροεπεξεργαστή. Οι ενεργοποιητές λειτουργούν γρήγορα και αθόρυβα, είναι συνήθως κατασκευασμένοι σε ισχυρά θυρίστορ.

Υπολογισμός κατά προσέγγιση συστοιχιών πυκνωτών

Σε σχετικά μικρές εγκαταστάσεις, η άεργος ισχύς ενός κυκλώματος μπορεί να εκτιμηθεί χονδρικά από τον αριθμό των συνδεδεμένων συσκευών, λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά μετατόπισης φάσης τους. Έτσι, ένας συμβατικός ασύγχρονος ηλεκτροκινητήρας (ο κύριος «σκληρός εργάτης» των εργοστασίων και των εργοστασίων), με φορτίο ίσο με το ήμισυ της ονομαστικής ισχύος του, έχει cos φ ίσο με 0,73 και μια λάμπα φθορισμού - 0,5. Η παράμετρος του Η μηχανή συγκόλλησης επαφής κυμαίνεται από 0, 8 έως 0,9, ο κλίβανος τόξου λειτουργεί με συνημίτονο φ ίσο με 0,8. Οι πίνακες που είναι διαθέσιμοι σχεδόν σε κάθε επικεφαλής μηχανικό ισχύος περιέχουν πληροφορίες για σχεδόν όλους τους τύπους βιομηχανικού εξοπλισμού και η προκαθορισμένη αντιστάθμιση άεργου ισχύος μπορεί να είναι γίνεται με τη χρήση τους. Ωστόσο, τέτοια δεδομέναχρησιμεύουν μόνο ως βάση για να γίνουν προσαρμογές προσθέτοντας ή αφαιρώντας συστοιχίες πυκνωτών.

Εθνικά

Μπορεί να έχετε την εντύπωση ότι το κράτος έχει εμπιστευθεί σε εργοστάσια, εργοστάσια και άλλες βιομηχανικές επιχειρήσεις όλη τη φροντίδα για τις παραμέτρους του ηλεκτρικού δικτύου και την ομοιομορφία του φορτίου σε αυτό. Αυτό δεν είναι αληθινό. Το ενεργειακό σύστημα της χώρας ελέγχει τη μετατόπιση φάσης σε εθνική και περιφερειακή κλίμακα, ακριβώς στην έξοδο του ειδικού προϊόντος του από τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Ένα άλλο θέμα είναι ότι η αντιστάθμιση του αντιδραστικού στοιχείου πραγματοποιείται όχι με τη σύνδεση συστοιχιών πυκνωτών, αλλά με διαφορετική μέθοδο. Για να διασφαλιστεί η ποιότητα της ενέργειας που παρέχεται στους καταναλωτές στις περιελίξεις του ρότορα, ρυθμίζεται το ρεύμα πόλωσης, το οποίο δεν αποτελεί μεγάλο πρόβλημα στις σύγχρονες γεννήτριες.