Förbättring av kraftfaktorn i induktionsmotorer

Efter att du läst den här artikeln kommer du att lära dig om: - 1. Introduktion till förbättring av kraftfaktor 2. Effekt i induktiv / kapacitär krets 3. Ström / kraftfaktor i resistiv krets 4. Ström / kraftfaktor endast i induktans 5. Ström / ström Endast faktor i kapacitans 6. Ledande och lagringskraftfaktor 7. Effekterna av låg effektfaktor och dess korrigering och andra detaljer .

Innehåll:

  1. Introduktion till förbättring av kraftfaktorn
  2. Effekt i induktiv / kapacitiv krets
  3. Endast ström / kraftfaktor i induktans
  4. Endast ström / kraftfaktor i kapacitans
  5. Ledande och lagringskraftfaktor
  6. Effekterna av låg effektfaktor och dess korrigering
  7. Effektfaktormätare
  8. Tillämpning av effektkondensatorer
  9. Bestämning av kondensatorklassificering
  10. Fördelar med effektkondensatorer
  11. Industriella plantor
  12. Transmissionssystem


1. Introduktion till förbättring av kraftfaktor:

När strömmen som strömmar i ett växelströmssystem som matar in en induktionsmotor undersöks kommer det att märkas att den är större än vad som kan förväntas utifrån motorens normala krav. Eftersom en kollierbelastning huvudsakligen består av induktionsmotorer följer därför att en större ström tillföres än vad som faktiskt är nödvändigt för att säkerställa att arbetet utförs.

Denna överskottsström uppträder endast i växelströmssystem och har ingen motstycke i likströmssystem. Den uppstår på grund av effekten har feltanslutningens reaktans på växelströmscykeln.


2. Effekt i induktiv / kapacitiv krets:

Vi vet att i en DC-krets kraften ges av produkten av spänning och ström. Men i en AC-krets är det inte sant. Om kretsen innehåller induktiv eller kapacitiv reaktans, ger inte produkten av spänning och ström den verkliga effekten utan den uppenbara effekten. Denna faktiska effekt är en bråkdel av den uppenbara kraften, bråkdelen är känd som effektfaktorn (PF). Därför,


3. Effekt / effektfaktor i resistiv krets:

För att erhålla den faktiska effektvågformen för en viss spänning och ström är det nödvändigt att multiplicera momentana värden av spänning och ström, t.ex. i en krets som endast innehåller resistans, är ström- och spänningsvågformerna som i fig 19.1.

Låt oss ta punkten 5 i figur 19.1 (a), värdet av spänning ges av AC och strömmen av AB. Multiplicera dessa två värden tillsammans ger DE eller punkt 5 i Fig 19.1 (b). När denna process upprepas för alla andra punkter, erhålls den faktiska effektkurvan.

Nu då kretsen endast innehåller ren motstånd, måste den faktiska effektkurvan också vara den uppenbara effektkurvan.

För en ren resistiv krets,

Faktisk effekt = Tydlig ström.

. . . Effektfaktor = 1 = Enhet.


4. Endast ström / kraftfaktor i induktans:

I en krets som endast innehåller induktans (inget motstånd) och med samma metod som ovan kan den faktiska effektkurvan erhållas som visas i figur 19.2. Nu från denna figur kan man se att för varje halv spänningspuls finns två pulser av kraft, en positiv och en negativ.

Varför händer detta? Vi ser att när spänningen och strömmen är både positiva eller båda negativa matas kraften till induktansen för att ställa in ett magnetfält.

När spänningen och strömmen är i motsatta riktningar, kollapsar magnetfältet, returkraft till källan. Och som sådan märks det att den genomsnittliga effekten som används över en hel cykel är noll. Den uppenbara kraften är emellertid produkten av spänning och ström och har ett bestämt värde. Därför för rent induktiv krets

Faktisk effekt = 0,

Power Factor = 0 / Apparent Power = 0


5. Effekt / Effektfaktor endast i kapacitans:

Om en krets innehåller endast kapacitans är vågformer av ström och spänning som i fig 19.3. Här som med induktansfallet har vi två kraftuttag för varje halv spänningscykel, även om positionerna för de positiva och negativa pulserna har bytts ut.

I det här fallet, då spänningen och strömmen är både positiva eller negativa, matas ström till kapacitansen för att ställa in ett elektrostatiskt fält. När spänning och ström är i motsatta riktningar, kollapsar det elektrostatiska fältet returkraft till källan.

Återigen, som med induktansen, även om det inte finns något värde av användbar kraft, finns det ett värde av uppenbar kraft. Därför för en rent kapacitiv krets

Faktisk effekt = 0

Kraftfaktor = 0 + Faktisk effekt = 0


6. Ledande och lagringskraftfaktor:

Ur induktans- och kapacitanskretsarna enligt ovan ser vi att båda kretsarna har effektfaktor noll. För att skilja mellan de två, säger vi att den induktiva kretsen har en ström som lagrar spänningen och så har en låg effektfaktor och den kapacitiva kretsen har en ström som leder spänningen och har en ledande kraftfaktor

Eftersom en ren motståndskrets har ström som är i fas med spänningen som ger en effektfaktor enhet, så kan det lätt framgå att kombinationer av alla tre kretsar kan ge en effektfaktor någonstans mellan nolllagring och nollledning. I praktiken ser vi från vår erfarenhet att en typisk kollieri eller industri huvudsakligen använder induktionsmotorer som har en kraftfaktor som varierar från 0, 5 till 0, 75 eftersläpning.


7. Effekterna av låg effektfaktor och dess korrigering:

En låg effektfaktor är en dyr affär för en industri. Tyvärr är detta ett vanligt fenomen, men inte nödvändigtvis oundvikligt.

Faktum är att industrin och konsumenterna betalar för låg effektfaktor på två sätt:

(a) På initialkostnaden för installationen, och

(b) På elförsörjningsavgifterna.

Därför är det för alla branscher nödvändigt att köra utrustningen vid en PF närmast enhet. Vid en låg effektfaktor kan konsumenten minska räkningen genom att installera lämpliga kondensatorer för att förbättra effektfaktorn. Principen i effektfaktorkorrigering kan emellertid bäst framgå av några små exempel. Ta fallet med en enfasbelastning på 250 volt med en ström av 10 ampere vid en effektfaktor .71 som sänker, som visat är figur 19.4.

Här ser vi:

Tydlig kraft = 10 x 250 = 2500 watt,

och verklig kraft = 10 x 250 x .71 = 1775 watt ca.

Det är därför möjligt att visa att de nuvarande 10 ampere kan delas in i två komponenter, en är vid enhetsfaktor och den andra är vid noll effektfaktor som visas i figur 19.4. (B). Det maximala värdet av dessa strömmar är både 7.1 amp.

Den ena med enhets-effektfaktorn gör det användbara arbetet, medan den ena vid nollslagsfaktorerna är den magnetiserande strömkomponenten som måste elimineras. Därför måste en exakt lika ström men vid noll-ledning appliceras på kretsen för att avbryta magnetiseringsströmmen såsom visas i fig 19.5. Detta uppnås vanligen genom att ansluta en kondensator i kretsen av tillräcklig storlek för att ge en ström på 7.1 ampere ledande. Finalen visas i fig 19.6. där en reducerad ström av 7.1 är vid enhetsfaktor.

Därför Faktisk effekt = Tydlig effekt = 7, 1 x 250 = 1780 watt.

I själva verket vad som händer är att tillförseln nu bara ser motorn och kondensatorn som en rent resistiv last och överlämnar tillräcklig kraft för att göra det verkliga arbetet med att vrida mot motoraxeln och kondensatorn sänder kontinuerligt och mottar magnetiseringsströmmen från motorlindningarna .

Faktum är att två typer av utrustning:

(1) Kondensatorer och

(2) Synkronmotorer används för att förbättra effektfaktorn.

Men av dessa två utrustningar används kondensatorer numera i stor utsträckning för att korrigera effektfaktorn. En effektfaktorkorrigeringstabell anges i slutet av kapitlet. Anledningen till omfattande användning av kondensatorer är att de statiska kondensatorerna är tillgängliga i olika lämpliga värden och är lättare att installera antingen i bulk vid kollisionsförsörjningen eller för att korrigera enskilda induktionsmotorer genom att ansluta kondensatorer vid sina terminaler. Kostnadsvis också, de är billigare.


8. Effektfaktorer:

Effektfaktormätare installeras vanligtvis vid huvudytans substation och ger en direkt indikation av effektfaktorn hos den krets som den är ansluten till. Ett instrument monterat i en sådan position kan endast ge den totala effektfaktorn för hela kollieriet eller en stor del av den.

Om effektfaktorn för en enskild motor är nödvändig, är det vanligt att installera bärbara instrument för att spela in den faktiska strömspänningen och strömmen från vilken effektfaktorn kan beräknas eller i många fall registreras direkt.


9. Tillämpning av effektkondensatorer:

En ingenjör bör alltid noggrant överväga att använda kondensatorer. Vi ser faktiskt av vår erfarenhet att för en framgångsrik drift av effektfaktorförbättringen är mycket beroende av placering av kondensatorer i systemet, och idealiska förhållanden erhålls när den högsta effektfaktorn upprätthålls under alla belastningsförhållanden.

I praktiken, för att erhålla flexibelt arrangemang, är den totala KVA som krävs vanligtvis uppdelad i mindre betyg och detta kan uppnås enligt vad som förklaras nedan:

(a) Individuell PF-korrigeringsmetod:

Detta korrigeringssystem tillämpas för stora induktionsmotorer, transformatorer och bågsvetsutrustning som används under långa perioder. I varje fall är kondensatorn parallellt kopplad till terminalerna. Och som sådan kan kondensatorn slås på och av tillsammans med själva utrustningen.

Denna metod har den största fördelen att lindra alla tillförselledningar som leder till reaktiv effektkrävande utrustning. Dessutom är denna metod automatisk och det garanterar också en hög effektfaktor under belastningsförhållanden. Tabellen 19.1. hjälper till att bestämma kondensatorns värden för direkt anslutning till induktionsmotorer.

(b) Korrektionsmetod för grupp PF:

I ett system där en stor del av lasten består av småmotorer och operationen är periodisk är individuell effektfaktorkorrigering varken praktiskt eller ekonomisk. I dessa fall uppnås korrigeringen genom att större kondensatorer är anslutna över huvudbussarna och styrs av manövrerade brytare.

(c) Automatisk PF-korrigering:

I system där belastningsfluktuationer är höga, är automatisk kontroll den perfekta metoden. Den totala kondensatorn KVAr är indelad i ett antal regleringssteg av, så långt det är möjligt, lika stor kapacitet. För att kompensera transformatorernas icke-belastande reaktiva kraft och permanent ansluten utrustning, tillhandahålls ett fast steg, oberoende av den automatiska sektionen, och förbinds permanent med installationen permanent. Med hjälp av ett reaktivt kraftrelä aktiveras och avaktiveras regleringsstegen, beroende på vad som är fallet, tills den förinställda önskade PF uppnås.

För att eliminera otillbörligt frekvent omkoppling, då toppbelastningar av kort varaktighet uppträder, införs en tidsrelä för steg-till-steg-omkoppling. I händelse av strömavbrott återställer nollspänningsreläet kontrollenheterna till sitt neutrala läge, så att kondensatorstegen vid återställande av tillförsel kopplas om steg för steg och därigenom förhindrar oönskade ström- och spännings toppar.


10. Bestämning av kondensatorns klassificering:

För att bestämma kondensatorns värden för att förbättra effekten från Cos φ 1 till Cos φ 2, hänvisa vi till Fig 19.6 som ger ett vektordiagram.

Enligt vektorgraden krävs kompensationsbeloppet

I tabell 19.1. vi ser ett kondensatorns urvalskarta.

Ett exempel för att förklara ekonomin hos kraftkondensatorer ges nedan. En konsument med en maximal belastning på 5000 kW hade en belastningsffektfaktor på 0, 8. Den maximala efterfrågan i KVA var 6250. KVA-maximitariffen var, till exempel, Rs. 10 / - per KVA per månad.

För att förbättra effektfaktorn, till exempel 0.95, installerades kondensatorer av 2105 KVAr-värden enligt beräkningen enligt nedan :

Nu säger kapitalinvesteringar för kondensatorn @ Rs. 60 = 2105 x 60 = Rs. 1, 26, 300. Därför skulle kapitaltillskott för installation av kondensatorn faktiskt återvinnas på cirka 13 månader, och efter denna period skulle det finnas en månadsbesparing av Rs. 9850.

Låt oss i det ovanstående exemplet anta att transformatorerna, växlarna och kablarna klassificerats för att hantera endast 6250 KVA. Således vid en effektfaktor 0, 8 kunde de bara hantera en belastning på 5000 KW, medan de genom att förbättra effektfaktorn till 0, 95 genom att installera kondensatorer kan hantera 5940 KW, vilket i sin tur innebär att:

(a) En extra aktiv kraft på 940 KW är nu tillgänglig för konsumenten utan någon särskild sanktion från försörjningsföretaget.

(b) Samma utrustning skulle hantera 940 KW mer aktiv kraft, vilket ökar användbarheten och effektiviteten.

Således har installationen av effektkondensatorer resulterat i följande fördelar:

(1) En väsentlig minskning av elräkningen.

(2) Ett bättre utnyttjande av transformatorernas, omkopplarens, kablarna etc., särskilt om strömmen mottas vid hög spänning från försörjningsföretaget.

(3) En stabilare matningsspänning vilket innebär en bättre och effektivare prestanda hos de elektriska maskinerna.


11. Fördelar med effektkondensatorer:

De viktigaste fördelarna med att installera effektkondensatorer är:

1. Väsentlig minskning av KVA-efterfrågan:

Denna minskning av KVA-efterfrågan minskar den tull som tas ut av elförsörjningsföretag på grundval av energiavgifter och högsta KVA-krav. Vissa företag tar också ett straff för låg effektfaktor samtidigt som de erbjuder incitamentsbonus för högre effektfaktor. Effektkondensatorer gör denna incitamentsbonus till en verklighet.

2. Betydande minskning av transformatorer och linjelösningar:

Detta uppnås eftersom minskningen av KVA-efterfrågan orsakar en mindre ström att strömma genom linjerna. Som ett resultat är det optimalt utnyttjande av befintlig kapacitet hos transformatorer, växlar och linjer.

3. Minimering av spänningsfall i linjer:

Med minimering av spänningsfall i linjerna erhålls en bättre prestanda av elektrisk utrustning.

4. Installationen av effektkondensatorer bidrar till att minska den reaktiva effektbehovet från försörjningssystemet, eftersom effektkondensatorn själv ger den reaktiva effekt som krävs för motorer, transformatorer och andra induktiva belastningar och förbättrar därigenom systemets effektfaktor. Kraftdistributionssystemet lämnas för att för det mesta hantera tillgången på aktiv effekt.

Effektkondensatorer släpper också ut systemkapaciteten och den möjliga ökningen av den aktiva belastningen i en anläggning är så hög som cirka 30% om dess effektfaktor höjs från 0, 7 till 0, 95. Effektkondensatorer förbättrar effektfaktorn, vilket ger samma effekt för mindre pengar, och där en KVA-efterfrågan eller en effektfaktorklausultariff är verksam, är besparingarna verkligen imponerande. Den initiala kostnaden för en kraftkondensatorinstallation återvinns inom ett år eller två av sin installation och besparingen som görs därefter är helt en nettovinst för kommande år.


12. Industriella växter:

I de flesta industrianläggningar kräver majoriteten av elektrisk elektrisk utrustning, såsom induktionsmotorer, transformatorer, svetsutrustning, etc. reaktiv kraft för sitt magnetfält. Men i motsats till aktiv kraft omvandlas denna reaktiva kraft inte till mekanisk kraft utan svänger fram och tillbaka mellan generatorn och den förbrukande utrustningen och utgör en extra belastning på försörjningssystemet. Detta resulterar i följande ekonomiska och tekniska nackdelar.

(1) En stor tillägg i kundens elräkningsräkning för en låg effektfaktorbelastning.

(2) Kablar, växlar och transformatorer bär den extra wattless strömmen, vilket gör elutrustning och kapitalinvesteringar underutnyttjade.

(3) Överdriven spänningsfall och minskad effektivitet av elektrisk utrustning.


13. Transmissionssystem:

I överföringssystem är det från en ekonomisk synpunkt ett optimalt värde av reaktiv effekt som kan överföras från generationsstationen. I stora mellanliggande nätverksnät är det optimala värdet inte fixat och varierar från timme till timme.

Det är mer ekonomiskt och fördelaktigt att leverera reaktiv effekt vid belastningsområdet från kraftkondensatorinstallationer än att generera och överföra reaktiv effekt över överföringsledningar.

I enlighet med system- eller installationskrav kan emellertid lämpligt anordnad effektkondensator tillhandahålla

(1) effektfaktorförbättring.

(2) förbättrad spänningsreglering.

(3) minskning av ledningstab.

(4) frigöring av kretsbelastningsförmåga.

(5) minskning av spänningsfluktuation och kretsreaktans.

Information som ska ges med förfrågningar:

1. Utgång krävs i KV Ar

2. Märkspänning

3. Märkfrekvens

4. Antal faser

5. Ange om onormala spänningsökningar förväntas. Om så är fallet anger du högsta spänning.

6. Övre gräns för temperaturkategori.

7. Föreslagen placering av kondensatorn, inomhus eller utomhus.

8. Höjd över havet på kondensatorns plats, om över 1000 meter.

9. Typ av matningskrets: till exempel om kondensatorn ska anslutas

(a) till en lokal transformatorstation, (om så är fallet, ange KVA-klassificering av transformatorer etc.)

(b) till ett lokalt nätverksarbete

(c) till överliggande linjer.

10. Om kondensatorn ska anslutas direkt till ledningar kontrollera om:

(a) åskväder förekommer i orten

b) Blixtskydd eller överspänningsavledare monterade på linjerna?

11. Detaljer om växel eller automatisk styrenhet som ska användas med kondensatorn.

12. Om kondensatorn ska anslutas direkt till en motors motoranslutning, ange motorvärde, hastighet, typ, tillverkare.

13. Eventuella krav som kan påverka kondensatorns konstruktion eller funktion.

Teknisk service:

Eftersom varje installation uppvisar olika problem måste kraftkondensatorns installation vara noggrant utformad för att uppfylla särskilda förhållanden för belastnings- och energitariffen.