Współczynnik mocy
Współczynnik mocy jest cechą charakterystyczną odbiornika elektrycznego, która wyjaśnia jego sprawność w pobieraniu mocy, gdy przepływa przez niego prąd.
Dla dipola elektrycznego zasilanego zmiennym reżimem prądu w czasie ( sinusoidalnym lub nie), jest on równy mocy czynnej P pobieranej przez ten dipol, podzielonej przez iloczyn wartości skutecznej prądu I i napięcia U ( moc pozorna S ). Zawsze wynosi od 0 do 1.
λ=P.Uja=P.S{\ Displaystyle \ lambda = {\ Frac {P} {UI}} = {\ Frac {P} {S}}}![\ lambda = {\ frac {P} {UI}} = {\ frac PS}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7670c60da9ced6c5a5cde7ee927b166c717bab57)
W szczególności, jeśli prąd i napięcie są sinusoidalnymi funkcjami czasu, współczynnik mocy jest równy cosinusowi przesunięcia fazowego między prądem a napięciem:
λ=sałataφ{\ Displaystyle \ lambda = \ cos \ varphi}
Analogia
Możliwym porównanie mechaniczny byłby czynnikiem sprzęgło z przekładnią :
- gdy pedał sprzęgła jest wciśnięty, silnik obraca się (płynie prąd), ale nie przekazuje żadnej mocy do pojazdu; współczynnik mocy wynosi zero,
- gdy pedał sprzęgła jest uniesiony, silnik pracuje i cała jego moc jest przenoszona na pojazd w celu jego ruchu; współczynnik mocy jest jednolity,
- kiedy sprzęgło się ślizga , jesteśmy w sytuacji pośredniej, odpowiada to przypadkowi, w którym współczynnik mocy zawiera się między 0 a 1.
Charakterystyka odbiornika ze względu na jego współczynnik mocy
Gdy współczynnik mocy jest równy 1, mówimy, że odbiornik jest czysto rezystancyjny , co oznacza, że jest idealnym przewodnikiem omowym (lub czystym oporem) i że prąd ma taki sam kształt jak napięcie, a ten odbiornik nie '' nie ma charakteru indukcyjnego ani pojemnościowego: nie ma przesunięcia fazowego między prądem, który pobiera, a napięciem, które jest do niego przyłożone.
Gdy współczynnik mocy jest równy 0, odbiornik mówi się, że jest czysto reaktywny , nie rozprasza żadnej energii w postaci ciepła. W tym samym okresie w określonych momentach pobiera energię z sieci, a w innych momentach ją całkowicie przywraca.
Te dwa skrajne przypadki dotyczą tylko modeli, a prawdziwe odbiorniki nigdy nie są idealne. Ale te modele mogą być odpowiednie w danych warunkach użytkowania odbiornika.
Znaczenie współczynnika mocy dla dystrybutora
Dystrybutorzy energii elektrycznej generalnie rozliczają pobraną moc czynną na podstawie pomiaru dokonanego w punkcie dostawy, podczas gdy straty w liniach są rozliczane globalnie. Zależą one jednak od pozornej intensywności żądanej przez konsumentów (straty spowodowane efektem Joule'a ). Jeśli współczynnik mocy instalacji jest niski, zapotrzebowanie na prąd jest wysokie, ale pobór mocy jest niski. Dlatego w przypadku dużych odbiorców (instalacje podłączone do wysokiego napięcia) rozliczenie nie tylko uwzględnia pobraną moc czynną. We Francji takie rozliczenia są bardzo złożone. Jest on regulowany przez Ministerstwo Przemysłu: OJ n o 170 z 23 lipca 2002 roku, na stronach 12600 i kolejne. Obecnie dotyczy tylko klientów podłączonych do wysokiego napięcia w miesiącach zimowych iw godzinach szczytu.
Przykład: albo czysto reaktywny dipol (na przykład kondensator), w którym przebiega sinusoidalny prąd przemienny o natężeniu 1 A poniżej 230 woltów. Ponieważ ten dipol wprowadza przesunięcie fazowe między napięciem a prądem, współczynnik mocy wynosi zero. W związku z tym moc czynna naliczana przez dystrybutora wynosi zero. Jednak moc pozorna wynosi 230 VA i rzeczywiście przekracza 1A w linii, co implikuje straty spowodowane efektem Joule'a i zobowiązuje dystrybutora do odpowiedniego doboru wyposażenia (transformatory, linie itp. ).
π/2{\ displaystyle \ pi / 2}
sałata(π/2){\ Displaystyle \ cos (\ pi / 2)}![\ cos (\ pi / 2)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/72df31b67c45b88631552ee6c1da80072bc3d7f5)
Dla konsumenta tak „pobrana” moc bierna jest jedynie wymianą ładunków elektrycznych między generatorem a dipolem, o zerowej średniej mocy w danym okresie.
Współczynnik mocy w prądzie sinusoidalnym
Efekty współczynnika mocy
Wykres obok przedstawia chwilową moc (iloczyn chwilowego napięcia i prądu) pobieraną przez dipol poddany napięciu 230 V, przez który przepływa prąd 18 A w trzech przypadkach:
- współczynnik mocy jest równy 1 (wartość maksymalna): napięcie i prąd są w fazie (są równe zeru w tym samym czasie i zmieniają się w tym samym kierunku), moc chwilowa jest zawsze dodatnia, a średnia moc maksymalna;
- współczynnik mocy jest równy 0,7 (wartość pośrednia): prąd zawsze przebiega według krzywej okresowej, ale jest „opóźniony” w porównaniu z krzywą napięcia. Moc przyjmuje czasami wartości ujemne, dipol okresowo wypycha energię z powrotem do sieci;
- współczynnik mocy jest równy 0,2 (mała wartość): prąd jest taki sam, chwilowa moc waha się z tą samą amplitudą, ale jest silnie przesunięta w dół w porównaniu z poprzednimi krzywymi. Średnia moc jest niska: 20% mocy włączonej, gdy współczynnik mocy jest równy jedności.
Rysunek przedstawia sytuację dipola indukcyjnego, takiego jak cewka : prąd opóźnia się w stosunku do napięcia. Okresowo przywracana moc pochodzi ze zmagazynowanej energii magnetycznej.
Sytuacja „symetryczna” występuje z dipolem pojemnościowym : w tym przypadku prąd wyprzedza napięcie. Moc odnawiana okresowo pochodzi z energii zmagazynowanego ładunku elektrycznego.
Skutki bardziej złożonych dipoli (np. Dużej liczby telewizorów) mogą modyfikować napięcie nominalne sieci zasilającej, generować zakłócenia o przebiegu sinusoidalnym oraz wytwarzać prądy harmoniczne, które mogą zakłócać prawidłowe działanie innych urządzeń. Operator sieci dystrybucyjnej zobowiązuje się utrzymać akceptowalny poziom zniekształceń harmonicznych , nawet jeśli oznacza to narzucania ograniczeń dotyczących niektórych klientów, którzy je wytwarzają.
Straty w przewodach elektrycznych są równe:
P.pmirtmis=lP.2κWU2sałata2(ϕ){\ Displaystyle P_ {strat} = {\ Frac {lP ^ {2}} {\ kappa AU ^ {2} \ cos ^ {2} (\ phi)}}}![P _ {{loss}} = {\ frac {lP ^ {2}} {\ kappa AU ^ {2} \ cos ^ {2} (\ phi)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/919d95c54326041eec6bf908720252fa2ae58cd9)
.
Gdzie L jest długością linii P moc czynna transportowane na przewodność przewodu, U napięcie między fazami i A przekrój drutu. Utrzymanie wysokiego współczynnika mocy jest zatem korzystne z punktu widzenia strat. Powyższą relację można też zapisać prościej:
κ{\ displaystyle \ kappa}![\ kappa](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/54ddec2e922c5caea4e47d04feef86e782dc8e6d)
P.pmirtmis=R⋅ja2{\ displaystyle P_ {strat} = R \ cdot I ^ {2}}![P _ {{loss}} = R \ cdot I ^ {2}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/02b93bbc76361630a5055b288dd4f8d4da22de73)
gdzie R oznacza rezystancję linii, a I wartość skuteczną prądu płynącego w linii.
ponieważ i .
ja2=P.2U2sałata2(ϕ){\ Displaystyle I ^ {2} = {\ Frac {P ^ {2}} {U ^ {2} \ cos ^ {2} (\ phi)}}}
R=lκW{\ displaystyle R = {\ frac {l} {\ kappa A}}}![R = {\ frac {l} {\ kappa A}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1322a76cb4a77dbed3e26f28fdfdb3349eed4f5e)
Sytuacja
cewki indukcyjnej (cewki)
Rozważmy cewkę i równanie różniczkowe modelu ( prąd jednofazowy ) zawierającego cewkę połączoną szeregowo z rezystorem o wartości :
L{\ displaystyle L}
r{\ displaystyle r}![r](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d1ecb613aa2984f0576f70f86650b7c2a132538)
u(t)=Lreja(t)ret+rja(t){\ Displaystyle u (t) = L {\ Frac {\ mathrm {d} ja (t)} {\ mathrm {d} t}} + ri (t)}![u (t) = L {\ frac {{\ mathrm d} i (t)} {{\ mathrm d} t}} + ri (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2ae37994ddd816fc3ad0f1bab3ccbdd241c3f627)
Dla częstotliwości z jej pulsacją przyjmuje się, że prąd jest sinusoidalny o nominalnym natężeniu . Równanie różniczkowe prowadzi do
fa{\ displaystyle f}
ω=2πfa{\ Displaystyle \ omega = 2 \ pi f}
ja(t)=jagrzech(ωt){\ Displaystyle i (t) = ja \ sin (\ omega t)}
ja{\ displaystyle I}![ja](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/535ea7fc4134a31cbe2251d9d3511374bc41be9f)
u(t)=jaLωsałata(ωt)+jargrzech(ωt){\ Displaystyle u (t) = IL \ omega \ cos (\ omega t) + Ir \ sin (\ omega t)}![u (t) = IL \ omega \ cos (\ omega t) + Ir \ sin (\ omega t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/dba7b1d78941b3e7c76d307226daf031dd4a7c21)
Definiując i przez relacje
U{\ displaystyle U}
φ{\ displaystyle \ varphi}![\ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/33ee699558d09cf9d653f6351f9fda0b2f4aaa3e)
Ugrzechφ=jaLω{\ Displaystyle U \ sin \ varphi = IL \ omega}![U \ sin \ varphi = IL \ omega](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/29d54780e171103309543a7560bab50d878e56c3)
a ,
Usałataφ=jar{\ Displaystyle U \ cos \ varphi = Ir}![U \ cos \ varphi = Ir](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6b863a516bdb9a7451dd1b8371f558fea212cf6a)
rysujemy
dębnikφ=Lωr{\ Displaystyle \ tan \ varphi = {\ Frac {L \ omega} {r}}}![\ tan \ varphi = {\ frac {L \ omega} {r}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2a8346e432343ae6194026243642c01a58b436eb)
i
U=jar1+dębnik2φ=jarsałataφ{\ Displaystyle U = Ir {\ sqrt {1+ \ tan ^ {2} \ varphi}} = {\ Frac {Ir} {\ cos \ varphi}}}![U = Ir {\ sqrt {1+ \ tan ^ {2} \ varphi}} = {\ frac {Ir} {\ cos \ varphi}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/43320990736d8eb8182e538994003feac7ad7a89)
,
albo
i chwilową moc
.
u(t)=Ugrzech(ωt+φ){\ Displaystyle u (t) = U \ sin (\ omega t + \ varphi)}
p(t)=u(t)ja(t){\ Displaystyle p (t) = u (t) ja (t)}![p (t) = u (t) i (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2f618ac6441d0ed0779599b91711b9af165dfc89)
To okresowe rozwiązanie modelu indukcyjności pokazuje, że prąd opóźnia się z napięciem z przesunięciem fazowym . Sytuacja opisana na powyższym rysunku odpowiada przypadkowi cewki indukcyjnej.
φ{\ displaystyle \ varphi}![\ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/33ee699558d09cf9d653f6351f9fda0b2f4aaa3e)
Osiągnięto średnią (czynną) moc
P.śr=12rja2=12Ujasałataφ{\ Displaystyle P _ {\ tekst {średnia}} = {\ Frac {1} {2}} rI ^ {2} = {\ Frac {1} {2}} UI \ cos \ varphi}![P _ {{\ text {avg}}} = {\ frac {1} {2}} rI ^ {2} = {\ frac {1} {2}} UI \ cos \ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/46701ef7804710934539a773528fea6ae9602985)
.
Załóżmy z drugiej strony, że ten system jest zasilany przez sieć, której opór jest . Straty przesyłu (z powodu efektu Joule'a ), których średnia wynosi
Tak więc średnie straty w stosunku do dostarczonej mocy sięgają
R{\ displaystyle R}
P.pmirtmis(t)=Rja2(t){\ Displaystyle P_ {straty} (t) = Ri ^ {2} (t)}
P.średnie straty=Rja2/2{\ displaystyle P _ {\ text {średnie straty}} = RI ^ {2} / 2}![P _ {{\ text {średnie straty}}} = RI ^ {2} / 2](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c91cf9432236716da3519a838cf1178697986040)
P.względne straty=RjaUsałataφ{\ Displaystyle P _ {\ tekst {względne straty}} = {\ Frac {RI} {U \ cos \ varphi}}}![P _ {{\ text {względne straty}}} = {\ frac {RI} {U \ cos \ varphi}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3c39abd438f4d06dcd098f178271d28612959c8c)
.
Dlatego straty względne rosną odwrotnie proporcjonalnie do współczynnika mocy.
Sytuacja
kondensatora (kondensator)
Rozważmy dipol pojemnościowy zawierający kondensator kondensator połączony równolegle z rezystorem wartości . Równanie różniczkowe tego układu ( prąd jednofazowy ) jest napisane:
VS{\ displaystyle C}
r{\ displaystyle r}![r](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d1ecb613aa2984f0576f70f86650b7c2a132538)
ja(t)=VSreu(t)ret+u(t)r{\ Displaystyle i (t) = do {\ frac {\ mathrm {d} u (t)} {\ mathrm {d} t}} + {\ frac {u (t)} {r}}}![i (t) = C {\ frac {{\ mathrm d} u (t)} {{\ mathrm d} t}} + {\ frac {u (t)} {r}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/480e0f4fdb00054341a3b2edc9e26e2773b9972b)
Dla częstotliwości z jej pulsacją przyjmuje się, że napięcie jest sinusoidalne od napięcia znamionowego . Równanie różniczkowe prowadzi do
fa{\ displaystyle f}
ω=2πfa{\ Displaystyle \ omega = 2 \ pi f}
u(t)=Ugrzech(ωt){\ Displaystyle u (t) = U \ sin (\ omega t)}
U{\ displaystyle U}![U](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/458a728f53b9a0274f059cd695e067c430956025)
ja(t)=UVSωsałata(ωt)+Urgrzech(ωt){\ Displaystyle i (t) = UC \ omega \ cos (\ omega t) + {\ Frac {U} {r}} \ sin (\ omega t)}![i (t) = UC \ omega \ cos (\ omega t) + {\ frac {U} {r}} \ sin (\ omega t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5e0d48721ea0701523bcef4556a435ba930e7ccc)
Definiując i przez relacje
ja{\ displaystyle I}
φ{\ displaystyle \ varphi}![\ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/33ee699558d09cf9d653f6351f9fda0b2f4aaa3e)
jagrzechφ=UVSω{\ Displaystyle I \ sin \ varphi = UC \ omega}![I \ sin \ varphi = UC \ omega](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4f85deddf388d1cefb6a120b8413d5bc4f358342)
a ,
jasałataφ=Ur{\ Displaystyle I \ cos \ varphi = {\ Frac {U} {r}}}![I \ cos \ varphi = {\ frac {U} {r}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2f6fbfffc020f81d2558a19dcb2e2554ee2c699c)
rysujemy
dębnikφ=VSωr{\ Displaystyle \ tan \ varphi = C \ omega r}![\ tan \ varphi = C \ omega r](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/462100d259ed3cfd256e13fe7e96dcba63961f7a)
i
rja=U1+dębnik2φ=Usałataφ{\ displaystyle rI = U {\ sqrt {1+ \ tan ^ {2} \ varphi}} = {\ Frac {U} {\ cos \ varphi}}}![{\ displaystyle rI = U {\ sqrt {1+ \ tan ^ {2} \ varphi}} = {\ Frac {U} {\ cos \ varphi}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e85c3a7693f57b500e483434c8613febcc5f323d)
,
albo
i chwilową moc
.
ja(t)=jagrzech(ωt+φ){\ Displaystyle i (t) = ja \ sin (\ omega t + \ varphi)}
p(t)=u(t)ja(t){\ Displaystyle p (t) = u (t) ja (t)}![p (t) = u (t) i (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2f618ac6441d0ed0779599b91711b9af165dfc89)
Okresowe rozwiązanie tego modelu pojemnościowego pokazuje, że prąd wyprzedza napięcie z przesunięciem fazowym .
φ{\ displaystyle \ varphi}![\ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/33ee699558d09cf9d653f6351f9fda0b2f4aaa3e)
Osiągnięto średnią (czynną) moc
P.śr=12U2r=12Ujasałataφ{\ Displaystyle P _ {\ text {średnia}} = {\ Frac {1} {2}} {\ Frac {U ^ {2}} {r}} = {\ Frac {1} {2}} UI \ cos \ varphi}![P _ {{\ text {avg}}} = {\ frac {1} {2}} {\ frac {U ^ {2}} {r}} = {\ frac {1} {2}} UI \ cos \ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/71ddc5edc168d502f71cdae8c916c396ba88c379)
.
Załóżmy z drugiej strony, że ten system jest zasilany przez sieć, której opór jest . Straty przesyłu (z powodu efektu Joule'a ), których średnia wynosi
Tak więc średnie straty w stosunku do dostarczonej mocy sięgają
R{\ displaystyle R}
P.straty(t)=Rja2(t){\ Displaystyle P _ {\ tekst {straty}} (t) = Ri ^ {2} (t)}
P.średnie straty=Rja2/2{\ displaystyle P _ {\ text {średnie straty}} = RI ^ {2} / 2}![P _ {{\ text {średnie straty}}} = RI ^ {2} / 2](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c91cf9432236716da3519a838cf1178697986040)
P.względne straty=RjaUsałataφ{\ Displaystyle P _ {\ tekst {względne straty}} = {\ Frac {RI} {U \ cos \ varphi}}}![P _ {{\ text {względne straty}}} = {\ frac {RI} {U \ cos \ varphi}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3c39abd438f4d06dcd098f178271d28612959c8c)
.
Dlatego straty względne rosną odwrotnie proporcjonalnie do współczynnika mocy.
Mechaniczna analogia ilustrująca współczynnik mocy i jego skutki
Rozważmy system mechaniczny składający się z dwóch kół pasowych (zamocowanych na dwóch osiach) połączonych ze sobą liną (jak uproszczony wyciąg narciarski). Koło pasowe A wprawiane jest w ruch przez siłę zewnętrzną (silnik), drugie jest napędzane przez linkę w podobny sposób. Załóżmy, że ruch przekazywany do A jest sinusoidalny, a masy elementów są pomijalne.
Analogie z dipolami są następujące:
Możemy wyobrazić sobie następujące efekty, które przejawiają się również w świecie elektrycznym:
- Bez masy (bez hamulca, bez koła zamachowego, bez sprężyny) nie ma przenoszonej mocy.
- Hamulec na kole pasowym B nie powoduje przesunięcia fazowego, a jedynie czynne przenoszenie mocy ( ).sałataφ=1{\ Displaystyle \ cos \ varphi = 1}
![\ cos \ varphi = 1](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/edb888b236ece183bf12d2d1e14d001fe526979f)
- Sprężyna dodana do koła pasowego B oznacza dodatkowy wysiłek ze strony liny w celu naprężenia sprężyny, a następnie odzyskania energii potencjalnej zwracanej, gdy linka zmienia kierunek ( ). Silnik musi okresowo dostarczać i absorbować tę moc przenoszoną przez kabel.sałataφ<1{\ Displaystyle \ cos \ varphi <1}
![\ cos \ varphi <1](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6d705ffb2ee457dddd1a11723bd79e35dfd625ad)
- Silnik zostaje zwolniony z wcześniejszych wysiłków, gdy koło zamachowe jest dodawane do koła pasowego A. Linka sukcesywnie i na zasadzie wzajemności przenosi energię potencjalną sprężyny na energię kinetyczną koła zamachowego. Całkowita energia jest stała, gdy właściwości dwóch elementów są odpowiednie.
- Jeszcze lepiej jest, jeśli koło zamachowe jest zamocowane bezpośrednio na kole pasowym B: unika się strat, gdy energia bierna jest wytwarzana w pobliżu miejsca jej zużycia.
- Jeśli nie są one zaniedbane, masa i elastyczność kabla odpowiadają odpowiednio charakterystyce indukcyjności i pojemności linii elektrycznej.
- Jeśli kabel jest elastyczny (ale o małej masie):
- Amplituda ruchu koła pasowego B (wyposażonego w sprężynę) jest pod pewnymi warunkami znacznie większa niż koła pasowego A: analogią jest wzrost napięcia na poziomie rozkładu.
- Umieszczając sprężynę w A, a koło zamachowe w B, masa z trudem pokonuje sprężystość linki: analogią jest spadek napięcia na poziomie dystrybucji.
Poprawiony współczynnik mocy
W przypadku trójfazowej sinusoidy do obliczeń półproduktów stosuje się następujące definicje mocy :
- pozorna: ,S=U⋅ja⋅3{\ Displaystyle S = U \ cdot I \ cdot {\ sqrt {3}}}
![S = U \ cdot I \ cdot {\ sqrt 3}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/23799f94b714b3adcf1b52219c2b2f9a508467c5)
- Moc bierna: ,Q=U⋅ja⋅3⋅grzechφ{\ Displaystyle Q = U \ cdot I \ cdot {\ sqrt {3}} \ cdot \ sin \ varphi}
![Q = U \ cdot I \ cdot {\ sqrt 3} \ cdot \ sin \ varphi](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/79efef03f66d9937a95677ef80247eca851429a7)
- moc czynna : , gdzie .P.=U⋅ja⋅3⋅sałataφ{\ Displaystyle P = U \ cdot I \ cdot {\ sqrt {3}} \ cdot \ cos \ varphi}
Q=dębnikφ⋅P.{\ Displaystyle Q = \ tan \ varphi \ cdot P}![Q = \ tan \ varphi \ cdot P](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/700934fb812a017c9c38ba4b1e5146971ed1c315)
We Francji dla producentów zasilanych wysokim napięciem całkowita część mocy biernej jest bezpłatna do . Udział własny jest fakturowany w godzinach szczytu w miesiącach zimowych (dekret nr 2002-1014 z 19 lipca 2002). Zawsze dobrze jest zmodyfikować impedancję obciążenia, aby zminimalizować jego moc bierną.
QT{\ displaystyle Q_ {T}}
0,4P.T{\ displaystyle 0,4P_ {T}}![0,4p_ {T}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/d29eae1b321e17698299bde8aa267c65c3936c13)
Zdegradowane współczynniki mocy dużej liczby punktów poboru są kompensowane na różne sposoby:
- Na poziomie produkcji, na którym niektóre alternatory w zakładach produkcyjnych są zmuszone do pracy z synchroniczną kompensacją , która zmniejsza moc czynną w takim stopniu, w jakim zakład jest w stanie wyprodukować. Jednak ta metoda nie koryguje wszystkich zniekształceń harmonicznych.
- Na poziomie zużycia przez stacjonarne baterie kondensatorów lub regulowane przez stopniowe uruchamianie kondensatorów. Jeśli sieć jest zakłócana przez harmoniczne, konieczne jest przewymiarowanie kondensatorów
- Na poziomie sieci, na której zainstalowano statyczne kompensatory energii biernej lub bardziej ogólnie elastyczne systemy przesyłu prądu przemiennego (FACTS).
Zastosowanie baterii kondensatorów
Metodą Boucherota określamy minimalną wartość , zawsze ujemnej mocy biernej kondensatorów, czyli tzw
QVS{\ displaystyle Q_ {C}}![Q_ {C}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fa34fa85ab44838da15ab2a5b944c303c5a1e33a)
QT+QVS=0,4⋅P.T{\ Displaystyle Q_ {T} + Q_ {C} = 0,4 \ cdot P_ {T}}![Q_ {T} + Q_ {C} = 0,4 \ cdot P_ {T}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/507e081bc2e7df76aec39ef19f5b942998d6a40c)
( Branża wykorzystująca głównie maszyny indukcyjne jest pozytywna
QT{\ displaystyle Q_ {T}}![Q_ {T}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4ac556c869608fb6f7937d2981e48316e23de38a)
).
Minimalna wartość kondensatorów, które mają być dodane do obwodu, jest następnie wyprowadzana z tego, aby zachować zgodność z planowanymi specyfikacjami.
Te banki kondensatorów są czasami rozmieszczone jako filtry antyharmoniczne .
Stosowanie kompensatorów synchronicznych
Niektóre firmy używają generatorów synchronicznych do wytwarzania prądów przed napięciem, aby skompensować opóźnienie prądów pobieranych przez silniki elektryczne, zwane kompensatorami synchronicznymi .
Korzystanie z FAKTÓW
Systemy FACTS to urządzenia oparte na energoelektronice, zaprojektowane w celu poprawy jakości energii elektrycznej. Wśród nich niektóre, takie jak SVC, umożliwiają zarówno regulację napięcia, jak i poprawę współczynnika mocy.
Współczynnik mocy i współczynnik jakości
W elektronice określa się współczynnik jakości dla oscylujących dipoli, który jest tym większy, im współczynnik mocy jest niski. Powodem jest to, że perspektywa nie jest taka sama w elektronice i elektrotechnice.
- Dla inżyniera elektryka celem jest wykorzystanie energii elektrycznej poprzez przekształcenie jej w energię cieplną, świetlną lub mechaniczną.
- W elektronice, gdy dąży się do uzyskania oscylacji, przemiana energii w ciepło jest postrzegana jako strata, a nie jako wydajność.
Współczynnik mocy dla prądu niesinusoidalnego
Jeśli pobierany prąd nie jest sinusoidalny, problem jest bardziej złożony: nawet jeśli prąd jest w fazie z napięciem (przesunięcie fazowe wynosi zero), moc nie jest równa iloczynowi wartości skutecznych
Na ogół stosuje się dwie metody badawcze:
Definicje
Obliczenie mocy czynnej daje w rezultacie:
P.=U⋅ja1⋅sałataφ1{\ Displaystyle P = U \ cdot I_ {1} \ cdot \ cos \ varphi _ {1}}![P = U \ cdot I_ {1} \ cdot \ cos \ varphi _ {1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0753848033eec5e8178e0dc5eebf255bdac06392)
.
Z drugiej strony moc pozorną można zapisać:
S{\ displaystyle S}![S](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/4611d85173cd3b508e67077d4a1252c9c05abca2)
S=P.2+Q2+re2{\ Displaystyle S = {\ sqrt {P ^ {2} + Q ^ {2} + D ^ {2}}}}![S = {\ sqrt {P ^ {2} + Q ^ {2} + D ^ {2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a3fbe0528daf334c4b60ac3b9e50a0117c4ced77)
.
Dlatego współczynnik mocy, zawsze równy , jest napisany:
P.S{\ displaystyle {\ frac {P} {S}}}![{\ frac {P} {S}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/3fa6c976a89d84e9005764dab334fdc61c2ee4f5)
λ=U⋅ja1⋅sałataφ1U⋅ja=ja1ja⋅sałataφ1{\ Displaystyle \ lambda = {\ Frac {U \ cdot I_ {1} \ cdot \ cos \ varphi _ {1}} {U \ cdot I}} = {\ Frac {I_ {1}} {I}} \ cdot \ cos \ varphi _ {1}}![\ lambda = {\ frac {U \ cdot I_ {1} \ cdot \ cos \ varphi _ {1}} {U \ cdot I}} = {\ frac {I_ {1}} {I}} \ cdot \ cos \ varphi _ {1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/738b3ccbfa69023dcbb7dfdb0affbe7e2f7333f5)
.
Z definicjami następujących półproduktów obliczeniowych:
- Moc bierna: ,Q=U⋅ja1⋅grzechφ1{\ Displaystyle Q = U \ cdot I_ {1} \ cdot \ sin \ varphi _ {1}}
![Q = U \ cdot I_ {1} \ cdot \ sin \ varphi _ {1}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/549d2b9eb989dcd32fb0d6391e13f49b1bda085c)
- moc zniekształcania: takie, że ,re{\ displaystyle D}
re2=U2(ja22+ja32+...+janie2)=U2⋅jagodz2{\ Displaystyle D ^ {2} = U ^ {2} (I_ {2} ^ {2} + I_ {3} ^ {2} + ... + I_ {n} ^ {2}) = U ^ { 2} \ cdot I_ {h} ^ {2}}![D ^ {2} = U ^ {2} (I_ {2} ^ {2} + I_ {3} ^ {2} + ... + I_ {n} ^ {2}) = U ^ {2} \ cdot I_ {h} ^ {2}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2b85b48fb38cbd13344159deadbc0c03695bca62)
i:
-
ja1{\ displaystyle I_ {1}}
: wartość skuteczna wartości podstawowej prądu,
-
jagodz{\ displaystyle I_ {h}}
: wartość skuteczna wszystkich harmonicznych rzędu większych niż 1 prądu,
-
φ1{\ displaystyle \ varphi _ {1}}
: wartość przesunięcia fazowego harmonicznej względem napięcia,ja1(t){\ displaystyle i_ {1} (t)}![i_ {1} (t)](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/768ca82d5fe892dc79d18bbf1ff5111e23b2ab29)
-
sałataφ1{\ displaystyle \ cos \ varphi _ {1}}
: współczynnik przemieszczenia.
Szczegóły obliczeń
mamy z iS2=U2⋅ja2{\ Displaystyle S ^ {2} = U ^ {2} \ cdot I ^ {2}}
U2=U12{\ Displaystyle U ^ {2} = U_ {1} ^ {2}}
ja2=ja12+ja22+...+janie2+...{\ Displaystyle I ^ {2} = I_ {1} ^ {2} + I_ {2} ^ {2} + ... + I_ {n} ^ {2} + ...}
Skąd :
S2=U2⋅ja12+U2⋅ja22+...+U2⋅janie2+...{\ Displaystyle S ^ {2} = U ^ {2} \ cdot I_ {1} ^ {2} + U ^ {2} \ cdot I_ {2} ^ {2} + ... + U ^ {2} \ cdot I_ {n} ^ {2} + ...}
S2=(U⋅ja1sałataφ1)2+(U⋅ja1grzechφ1)2+U2⋅ja22+...+U2⋅janie2+...{\ Displaystyle S ^ {2} = (U \ cdot I_ {1} \ cos \ varphi _ {1}) ^ {2} + (U \ cdot I_ {1} \ sin \ varphi _ {1}) ^ { 2} + U ^ {2} \ cdot I_ {2} ^ {2} + ... + U ^ {2} \ cdot I_ {n} ^ {2} + ...}
S2=P.2+Q2+U2⋅(ja22+...+janie2+...){\ Displaystyle S ^ {2} = P ^ {2} + Q ^ {2} + U ^ {2} \ cdot (I_ {2} ^ {2} + ... + I_ {n} ^ {2} + ...)}
S2=P.2+Q2+U2⋅jagodz2{\ Displaystyle S ^ {2} = P ^ {2} + Q ^ {2} + U ^ {2} \ cdot I_ {h} ^ {2}}
Uwagi i odniesienia
-
Hoffman, Schlabbach i Just 2012 , s. 24
-
Dekret nr 2002-1014 z dnia 19 lipca 2002 r. Ustalający taryfy za korzystanie z publicznych sieci przesyłowych i dystrybucyjnych energii elektrycznej w zastosowaniu art. 4 ustawy nr 2000-108 z dnia 10 lutego 2000 r. W sprawie modernizacji i rozbudowy sieci publiczna usługa energii elektrycznej
-
Schneider Electric, „ Przewodnik po kompensacji energii biernej i filtrowaniu harmonicznych ”, publikacja Schneider Electric ,Lipiec 2001
Załączniki
Bibliografia
-
[Hoffman, Schlabbach and Just 2012] (en) Wolfgang Hoffman , Jürgen Schlabbach i Wolfgang Just , Kompensacja mocy biernej: praktyczny przewodnik , Chichester, Wiley,2012, 304 s. ( ISBN 978-0-470-97718-7 , czytaj online ).
Powiązane artykuły
Linki zewnętrzne
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">