Aumento del factor de potencia en circuitos de corriente sinusoidal

La mayoría de los consumidores modernos de energía eléctrica tienen una naturaleza inductiva de la carga, cuyas corrientes van a la zaga del voltaje de la fuente. Entonces, para los motores de inducción, transformadores, máquinas de soldar y se necesita otra corriente reactiva para crear un campo magnético giratorio en las máquinas eléctricas y un flujo magnético alterno en los transformadores.

La potencia activa de dichos consumidores a los valores dados de corriente y voltaje depende de cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Una disminución en el factor de potencia conduce a un aumento en la corriente.

coseno phi se reduce en gran medida cuando los motores y transformadores están en ralentí o bajo carga pesada. Si la red tiene corriente reactiva, la potencia del generador, las subestaciones transformadoras y las redes no se utiliza en su totalidad. A medida que disminuye el cosφ, aumenta significativamente pérdida de energía para calentar cables y bobinas de dispositivos eléctricos.

Por ejemplo, si la potencia real se mantiene constante, se le proporciona una corriente de 100 A a cosφ= 1, luego al disminuir el cosφ a 0,8 y la misma potencia, la corriente en la red aumenta 1,25 veces (I = Ired x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Pérdidas en los cables de la red de calefacción. y los devanados de un generador (transformador) Pcarga = I2nets x Rnets son proporcionales al cuadrado de la corriente, es decir, aumentan en 1,252 = 1,56 veces.

Con cosφ= 0,5, la corriente en la red con la misma potencia activa es igual a 100 / 0,5 = 200 A, y las pérdidas en la red aumentan 4 veces (!). Está creciendo pérdidas de tensión de la redque interrumpe el funcionamiento normal de otros usuarios.

El contador del usuario en todos los casos reporta la misma cantidad de energía activa consumida por unidad de tiempo, pero en el segundo caso el generador alimenta la red con una corriente 2 veces mayor que en el primero. La carga del generador (modo térmico) no está determinada por la potencia activa de los consumidores, sino por la potencia total en kilovoltios-amperios, es decir, el producto de la tensión por amperajefluyendo a través de las bobinas.

Si denotamos la resistencia de los cables de la línea Rl, entonces la pérdida de potencia en ella se puede determinar de la siguiente manera:

Por lo tanto, cuanto mayor sea el usuario, menores serán las pérdidas de potencia en la línea y más económica la transmisión de electricidad.

El factor de potencia muestra cómo se utiliza la potencia nominal de la fuente. Entonces, para suministrar al receptor 1000 kW a φ= 0,5 la potencia del generador debe ser S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, y a cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Por lo tanto, aumentar el factor de potencia aumenta la utilización de energía de los generadores.

Para aumentar el factor de potencia (cosφ) se utilizan instalaciones eléctricas compensación de potencia reactiva.

El aumento del factor de potencia (reducción del ángulo φ — cambio de fase de corriente y voltaje) se puede lograr de las siguientes maneras:

1) sustitución de motores con carga ligera por motores de menor potencia,

2) bajo voltaje

3) desconexión de motores inactivos y transformadores,

4) la inclusión de dispositivos de compensación especiales en la red, que son generadores de la corriente principal (capacitiva).

Para este propósito, los compensadores síncronos (motores eléctricos síncronos sobreexcitados) se instalan especialmente en potentes subestaciones regionales.

Compensadores síncronos

Para aumentar la eficiencia de las centrales eléctricas, los bancos de condensadores más utilizados se conectan en paralelo con la carga inductiva (Fig. 2 a).

Arroz. 2 Conexión de condensadores para compensación de potencia reactiva: a — circuito, b, c — diagramas vectoriales

Para compensar cosφ en instalaciones eléctricas de hasta varios cientos de kVA se utilizan condensadores de coseno… Se fabrican para tensiones de 0,22 a 10 kV.

La capacidad del capacitor requerida para aumentar el cosφ del valor existente cosφ1 al cosφ2 requerido se puede determinar a partir del diagrama (Fig. 2 b, c).

Al construir un diagrama vectorial, el vector de voltaje de la fuente se toma como el vector inicial. Si la carga es inductiva, entonces el vector de corriente Az1 se retrasa detrás del ángulo del vector de voltaje φ1Aza coincide en dirección con el voltaje, el componente reactivo de la corriente Azp se retrasa 90 ° (Fig. 2 b).

Después de conectar el banco de capacitores al usuario, la corriente Az se determina como una suma geométrica de los vectores Az1 y Az° C... En este caso, el vector de corriente capacitiva precede al vector de voltaje en 90 ° (Fig. 2, c) . Esto muestra el diagrama vectorial φ2 <φ1, es decir después de encender el condensador, el factor de potencia aumenta de cosφ1 a cosφ2

La capacidad de un capacitor se puede calcular usando un diagrama vectorial de corrientes (Fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Dado que P = UI, escribimos la capacitancia del capacitor C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

En la práctica, el factor de potencia generalmente aumenta no a 1,0, sino a 0,90 - 0,95, ya que la compensación total requiere la instalación adicional de condensadores, lo que a menudo no se justifica económicamente.