Forbedring af effektfaktoren i induktionsmotorer

Efter at have læst denne artikel vil du lære om: - 1. Introduktion til forbedring af strømfaktor 2. Strøm i induktiv / kapacitiv kredsløb 3. Strøm / effektfaktor i modstandskredsløb 4. Strøm / effektfaktor i induktans kun 5. Strøm / Strøm Kun faktor i kapacitans 6. Ledende og lagringskraftfaktor 7. Effekten af ​​lav effektfaktor og dens korrektion og andre detaljer .

Indhold:

  1. Introduktion til forbedring af kraftfaktor
  2. Strøm i induktiv / kapacitiv kredsløb
  3. Strøm / Effektfaktor i induktans kun
  4. Strøm / Effektfaktor kun i kapacitans
  5. Ledende og Lagging Power Factor
  6. Effekten af ​​lav effektfaktor og dens korrektion
  7. Power Factor Meters
  8. Anvendelse af effektkondensatorer
  9. Bestemmelse af kondensatorbedømmelse
  10. Fordele ved strømkondensatorer
  11. Industrielle Planter
  12. Transmissionssystemer

1. Introduktion til forbedring af kraftfaktor:

Når strømmen, der strømmer i et vekselstrømssystem, der leverer en induktionsmotor, undersøges, vil det være mærkbart, at det er større end man kunne forvente af motorens normale krav. Da en kollierbelastning primært består af induktionsmotorer, følger det således, at en større strøm bliver tilført, end det faktisk er nødvendigt at sørge for, at arbejdet udføres.

Denne overskydende strøm forekommer kun i vekselstrømssystemer og har ingen modstykke i likestrømssystemer. Det opstår på grund af effekten af ​​feltviklingens reaktans på vekselstrømcyklusen.

2. Effekt i induktiv / kapacitiv kredsløb:

Vi ved, at i et DC-kredsløb er strømmen givet af produktet af spænding og strøm. Men i et AC-kredsløb er det ikke sandt. Hvis kredsløbet indeholder induktiv eller kapacitiv reaktans, giver produktet af spænding og strøm ikke den faktiske effekt, men den tilsyneladende effekt. Denne faktiske effekt er en brøkdel af den tilsyneladende kraft, idet brøkdelen er kendt som effektfaktoren (PF). Derfor,

3. Strøm / effektfaktor i modstandskredsløb:

For at opnå den faktiske effektbølgeform for en bestemt spænding og strøm er det nødvendigt at formere øjeblikkelige værdier af spænding og strøm, fx i et kredsløb, der kun indeholder modstand, er strøm- og spændingsbølgeformene som i figur 19.1.

Lad os tage punkt 5 i figur 19.1 (a), værdien af ​​spænding er givet af AC og den af ​​strøm af AB. Multiplicere disse to værdier sammen giver DE eller punkt 5 i figur 19.1 (b). Når denne proces gentages for alle andre punkter, opnås den faktiske effektkurve.

Nu da kredsløbet kun indeholder ren modstand, skal den faktiske effektkurve også være den tilsyneladende effektkurve.

For et rent resistivt kredsløb,

Faktisk effekt = tilsyneladende effekt.

. . . Effektfaktor = 1 = Enhed.

4. Strøm / effektfaktor i induktans kun:

I et kredsløb, der kun indeholder induktans (ingen modstand) og ved anvendelse af samme metode som ovenfor, kan den faktiske effektkurve opnås som vist i figur 19.2. Nu fra denne figur kan man se, at der for hver halvspændingsspænding er to pulser af magt, en positiv og en negativ.

Hvorfor sker dette? Vi ser at når spændingen og strømmen er både positive eller begge negative, tilføres strøm til induktansen for at oprette et magnetfelt.

Når spændingen og strømmen er i modsatte retninger, falder magnetfeltet sammen, returkraft til kilden. Og som sådan bemærkes det, at den gennemsnitlige effekt, der anvendes over en fuld cyklus, er nul. Den tilsyneladende kraft er imidlertid produktet af spænding og strøm og har en bestemt værdi. Derfor for rent induktivt kredsløb

Faktisk effekt = 0,

Power Factor = 0 / Apparent Power = 0

5. Effekt / effektfaktor kun i kapacitans:

Hvor et kredsløb kun indeholder kapacitans, er bølgeformer af strøm og spænding som i figur 19.3. Her har vi som i induktans tilfældet to strømforsyninger for hver halv spændingscyklus, selvom positionerne af de positive og negative impulser er blevet byttet.

I dette tilfælde, når spændingen og strømmen er både positive eller negative, tilføres strøm til kapacitansen for at oprette et elektrostatisk felt. Når spænding og strøm er i modsatte retninger, kollapser det elektrostatiske felt returkraft til kilden.

Igen, som med induktansen, selvom der ikke er nogen værdi af nyttig kraft, er der en værdi af tilsyneladende kraft. Derfor for et rent kapacitivt kredsløb

Faktisk effekt = 0

Effektfaktor = 0 + Aktuel effekt = 0

6. Ledende og Lagging Power Factor:

Fra induktans- og kapacitanskredsløbene som angivet ovenfor ser vi, at begge kredsløb har strømfaktor nul. Nu for at skelne mellem de to, siger vi, at det induktive kredsløb har en strøm, der spærrer spændingen, og så har en slækkende effektfaktor, og det kapacitive kredsløb har en strøm, der fører spændingen og har en førende power facto

Da et rent modstandskredsløb har strøm, som er i fase med spændingen, der giver en effektfaktor enhed, kan det let ses, at kombinationer af alle tre kredsløb kan give en effektfaktor et sted mellem nulforsinkelse og nul-ledning. I praksis ser vi fra vores erfaring, at en typisk colliery eller industri overvejende bruger induktionsmotorer med en effektfaktor, der varierer fra 0, 5 til .75 sænkning.

7. Effekten af ​​lav effektfaktor og dens korrektion:

En lav effektfaktor er en dyr affære for en industri. Desværre er dette et almindeligt fænomen, men ikke nødvendigvis uundgåeligt.

Faktisk betaler industrierne og forbrugerne for lav effektfaktor på to måder:

(a) På de oprindelige omkostninger ved installationen og

(b) På elforsyningsafgifterne.

Derfor er det for enhver industri nødvendigt at køre udstyret ved en PF nærmest enhed. I tilfælde af en lav effektfaktor kan forbrugeren reducere regningen ved at installere passende kondensatorer for at forbedre effektfaktoren. Princippet, der følger med effektfaktorkorrektion, kan dog bedst ses af nogle små eksempler. Tag tilfældet med en enkeltfaselast på 250 volt med en strøm på 10 ampere ved en effektfaktor .71 sænkning, som vist er figur 19.4.

Her ser vi:

Tilsyneladende effekt = 10 x 250 = 2500 watt,

og Faktisk effekt = 10 x 250 x .71 = 1775 watt ca.

Det er derfor muligt at vise, at de nuværende 10 ampere kan opdeles i to komponenter, hvoraf en er ved enheds effektfaktor, og den anden er ved nul effektfaktor som vist i figur 19.4. (B). Maksimumværdien af ​​disse strømme er begge 7.1 amp.

Den ene ved enhedskraftfaktoren gør det nyttige arbejde, medens den ene ved nul-forsinkende effektfaktorer er magnetiseringsstrømkomponenten, som skal fjernes. Derfor skal en nøjagtig lige strøm, men ved nul ledende påføres kredsløbet for at afbryde magnetiseringsstrømmen som vist i figur 19.5. Dette opnås normalt ved at forbinde en kondensator i kredsløbet af tilstrækkelig størrelse til at give en strøm på 7.1 ampere førende. Endelig er vist i fig 19.6. hvor en reduceret strøm på 7.1 er ved enheds effektfaktor.

Derfor Faktisk effekt = tilsyneladende effekt = 7.1 x 250 = 1780 watt.

Faktisk, hvad der sker er, at forsyningen nu kun ser motoren og kondensatoren som en rent resistiv last og passerer tilstrækkelig kraft til at gøre det egentlige arbejde med at dreje motorakslen, og kondensatoren sender kontinuerligt og modtager magnetiseringsstrømmen fra motorviklingene .

Faktisk to typer udstyr:

(1) Kondensatorer og

(2) Synkronmotorer bruges til at forbedre effektfaktoren.

Men ud af disse to udstyr anvendes kondensatorer i dag meget til at korrigere effektfaktoren. En effektfaktor korrektionstabel er angivet i slutningen af ​​kapitlet. Årsagen til omfattende anvendelse af kondensatorer er, at de statiske kondensatorer er tilgængelige i forskellige egnede vurderinger og lettere installeres enten i bulk på tidspunktet for kollierforsyningen, eller at korrigere individuelle induktionsmotorer ved at forbinde kondensatorer på deres terminaler. Omkostningsvis også, de er billigere.

8. Effektmåler:

Effektfaktorerne installeres normalt ved hovedfladen og giver en direkte indikation af effektfaktoren for det kredsløb, som det er tilsluttet. Et instrument monteret i en sådan position kan kun give den samlede effektfaktor for hele kollieriet eller et stort afsnit af det.

Hvis der kræves en enkelt motorens effektfaktor, er det sædvanligt at installere bærbare instrumenter til optagelse af den faktiske strømspænding og strøm, hvorfra strømfaktoren kan beregnes, eller i mange tilfælde registreres den direkte.

9. Anvendelse af effektkondensatorer:

En ingeniør skal altid overveje anvendelsen af ​​kondensatorer. Faktisk ser vi fra vores erfaring, at for en vellykket drift af effektfaktorforbedringen afhænger meget af placeringen af ​​kondensatorer i systemet, og ideelle forhold opnås, når den højeste effektfaktor opretholdes under al belastningstilstand.

I praksis for at opnå fleksibelt arrangement er den samlede KVA krævet normalt opdelt i mindre ratings, og dette kan opnås som forklaret nedenfor:

(a) Individuel PF-korrektionsmetode:

Dette korrektionssystem anvendes til store induktionsmotorer, transformatorer og buesvejsningsudstyr, der drives i lange perioder. I hvert tilfælde er kondensatoren koblet parallelt direkte til terminalerne. Og som sådan kan kondensatoren tændes og slukkes sammen med selve udstyret.

Denne metode har den største fordel ved at lette alle forsyningsledninger, der fører til reaktivt strømforbrugende udstyr. Desuden er denne metode automatisk og sikrer også en høj effektfaktor under belastningsforhold. Tabellen 19.1. hjælper med at bestemme kondensatorkvaliteten for direkte forbindelse til induktionsmotorer.

(b) Gruppe PF-korrektionsmetode:

I et system, hvor en stor del af belastningen består af små motorer, og operationen er periodisk, er individuel effektfaktorkorrektion hverken praktisk eller økonomisk. I disse tilfælde opnås korrektionen ved større kondensatorer forbundet over hovedbusstængerne og styret af manuelt betjente kontakter.

(c) Automatisk PF-korrektion:

I systemer hvor belastningsudsving er høj, er automatisk styring den ideelle metode. Den samlede kondensator KVAr er opdelt i en række reguleringsfaser af, så vidt muligt, lige kapacitet. For at kompensere den ikke-belastende reaktive effekt af transformatorer og permanent forbundet udstyr er der tilvejebragt et fast trin, uafhængigt af den automatiske sektion, og forbliver permanent forbundet med installationen. Ved hjælp af et reaktivt effektrelæ tændes og slukkes reguleringstrinnene, alt efter tilfældet, indtil den forudbestemte ønskede PF er opnået.

For at eliminere uretmæssigt hyppig omskiftning, når der optræder maksimale belastninger med kort varighed, indgår et tidsrelæ for skift mellem fase og fase. I tilfælde af forsyningsafbrydelser nulstiller nulspændingsrelæet styreanordningerne til deres neutrale stilling, således at kondensatorstrinene igen ved trinets genoprettelse sættes i gang, hvilket forhindrer uønskede strøm- og spændingstoppe.

10. Bestemmelse af kondensatorbedømmelse:

For at bestemme kondensatorbedømmelsen for at forbedre effekten fra Cos φ 1 til Cos φ 2 lad os henvise til figur 19.6, der giver et vektordiagram.

Som ifølge vektordiagrammet kræves kompensationsbeløbet

I tabel 19.1. vi ser et kondensatorvalgsdiagram.

Et eksempel til at forklare økonomien i strømkondensatorer er angivet nedenfor. En forbruger med en maksimal belastning på 5000 kW havde en belastningskraftfaktor på 0, 8. Den maksimale efterspørgsel i KVA var 6250. KVA-maksimumsafgiften var f.eks. Rs. 10 / - pr. KVA pr. Måned.

For at forbedre effektfaktoren, siger til 0.95, blev kondensatorer af 2105 KVAr rating installeret i overensstemmelse med beregningen som nedenfor :

Nu siger kapitalinvesteringer til kondensatoren @ Rs. 60 = 2105 x 60 = Rs. 1, 26, 300. Derfor vil kapitalinvesteringer til installation af kondensator faktisk blive genoprettet i ca. 13 måneder, og efter denne periode vil der være en månedlig besparelse på Rs. 9850.

I ovenstående eksempel lad os antage, at transformatorerne, koblingsudstyrene og kablerne blev vurderet til kun at håndtere 6250 KVA. Således ved en effektfaktor 0, 8 kunne de kun håndtere en belastning på 5000 KW, mens de ved at forbedre effektfaktoren til 0, 95 ved at installere kondensatorer, nu kan klare 5940 KW, hvilket igen betyder at:

(a) En ekstra aktiv effekt på 940 KW er nu tilgængelig for forbrugeren uden nogen særlig sanktion fra leverandøren.

(b) Det samme udstyr ville håndtere 940 KW mere aktiv kraft, hvilket øger dets anvendelighed og effektivitet.

Installationen af ​​effektkondensatorer har således resulteret i følgende fordele:

(1) En væsentlig reduktion af elregningen.

(2) En bedre udnyttelse af transformatorernes, switchgearets, kabler etc. mv., Især hvis strømmen modtages ved en højspænding fra forsyningsvirksomheden.

(3) En mere stabil forsyningsspænding, hvilket betyder en bedre og mere effektiv ydelse af de elektriske maskiner.

11. Fordele ved strømkondensatorer:

De vigtigste fordele ved installation af strømkondensatorer er:

1. Væsentlig reduktion i KVA-efterspørgsel:

Denne reduktion i KVA-efterspørgslen reducerer den takst, som elforsyningsvirksomheder opkræver på grundlag af energiafgifter og den maksimale KVA krævet. Nogle virksomheder opkræver også en straf for lav effektfaktor, samtidig med at der gives en incitamentsbonus for højere effektfaktor. Strøm kondensatorer gør denne incitament bonus en realitet.

2. Betragtelig reduktion af transformatorer og line-tab:

Dette opnås, fordi reduktionen i KVA-efterspørgslen får en mindre strøm til at strømme gennem linjerne. Som et resultat er der optimal udnyttelse af den eksisterende kapacitet af transformatorer, switchgear og linjer.

3. Minimering af spændingsfald i linjer:

Med minimering af spændingsfald i linjerne opnås en bedre ydelse af elektrisk udstyr.

4. Installationen af ​​effektkondensatorer hjælper med at reducere den reaktive effektbehov fra forsyningssystemet, da strømkondensatoren selv tilvejebringer den reaktive effekt, der er nødvendig for motorer, transformatorer og andre induktive belastninger og således forbedrer systemets effektfaktor. Strømforsyningssystemet er tilbage for at beskæftige sig med forsyningen med aktiv strøm.

Effektkondensatorer frigør også systemkapaciteten, og den mulige stigning i den aktive belastning i en anlæg er så høj som ca. 30%, hvis dens effektfaktor hæves fra 0, 7 til 0, 95. Effektkondensatorer forbedrer effektfaktoren, hvilket giver samme effekt for mindre penge, og hvor en KVA-efterspørgsel eller en effektfaktorklausultarif er operativ, er besparelser virkelig imponerende. De oprindelige omkostninger ved en strømkondensatorinstallation genvindes inden for et år eller to af sin installation, og den efterfølgende besparelse er helt en nettovinst i de kommende år.

12. Industrielle anlæg:

I de fleste industrielle anlæg kræver størstedelen af ​​elektrisk elektrisk udstyr som induktionsmotorer, transformatorer, svejsemateriel mv. Reaktiv effekt for deres magnetfelt. Men i modsætning til aktiv kraft bliver denne reaktive kraft ikke omdannet til mekanisk kraft, men oscillerer frem og tilbage mellem generatoren og det forbrugende udstyr og udgør en ekstra belastning på forsyningssystemet. Dette resulterer i følgende økonomiske og tekniske ulemper.

(1) Et stort tillæg i kundens elregning for en lav effektfaktorbelastning.

(2) Kabler, switche og transformatorer bærer den ekstra wattløse strøm, hvilket gør det elektriske udstyr og kapitalinvesteringer underudnyttet.

(3) Overdreven spændingsfald og reduceret effektivitet af elektrisk udstyr.

13. Transmissionssystemer:

I transmissionssystemer er der fra et økonomisk synspunkt en optimal værdi af den reaktive effekt, som kan overføres fra generationsstationen. I store mellemforbundne elsystemer er den optimale værdi ikke fastsat og varierer fra time til time.

Det er mere økonomisk og fordelagtigt at levere reaktiv effekt ved belastningsområdet fra strømkondensatorinstallationer end at generere og transmittere reaktiv effekt over transmissionsledninger.

I henhold til system- eller installationskrav kan imidlertid passende arrangeret strømkondensator tilvejebringe

(1) effektfaktorforbedring.

(2) forbedret spændingsregulering.

(3) reduktion af line tab.

(4) frigivelse af kredsløbsbelastningskapacitet.

(5) reduktion af spændingsfluktuation og kredsløbsreaktans.

Oplysninger, der skal gives med henvendelser:

1. Udgang kræves i KV Ar

2. Nominel spænding

3. Nominel frekvens

4. Antal faser

5. Angiv om der forventes unormale spændingsstigninger. Hvis ja, angiv højest spænding forventet.

6. Øvre grænse for temperaturkategori.

7. Foreslået placering af kondensator, indendørs eller udendørs.

8. Højde over havets overflade af kondensatorlokation, hvis over 1000 meter.

9. Forsyningskredsløbets art: For eksempel om kondensatoren skal tilsluttes

(a) til en lokal understation, (hvis ja, angiv KVA rating af transformatorer mv)

(b) til et lokalt underjordisk netværk

(c) til overhead linjer.

10. Hvis kondensator skal tilsluttes direkte til ledninger, skal du kontrollere, om:

(a) tordenvejr er udbredt i lokaliteten?

b) Lynafbrydere eller bølgeafbrydere monteres på linjerne?

11. Detaljer om koblingsudstyr eller automatisk styreenhed, der skal anvendes sammen med kondensatoren.

12. Hvis kondensatoren skal tilsluttes direkte til en motorens terminaler, angiv motorvurdering, hastighed, type, fabrikant.

13. Eventuelle særlige krav, der kan påvirke kondensatorens konstruktion eller funktion.

Teknisk Service:

Da alle anlæg præsenterer forskellige problemer, skal kraftkondensatorinstallationen være omhyggeligt designet til at opfylde særlige forhold for belastning og strømafgift.