توان راکتیو چیست؟ جبران توان راکتیو محاسبه توان راکتیو

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

در آپارتمان ها و منازل شخصی یک کنتور برق تعبیه شده است که بر اساس آن هزینه انرژی مصرفی محاسبه می شود. به طور ساده، اعتقاد بر این است که فقط جزء فعال آن در زندگی روزمره استفاده می شود، اگرچه این کاملاً درست نیست. مسکن مدرن با دستگاه هایی اشباع شده است که در مدارهای آنها عناصری وجود دارد که فاز را تغییر می دهند. با این حال، توان راکتیو مصرف شده توسط لوازم خانگی به طور غیرقابل مقایسه ای کمتر از شرکت های صنعتی است، بنابراین به طور سنتی هنگام محاسبه پرداخت ها نادیده گرفته می شود.

کارخانه یا کارخانه ای که مدیریت آن بر مصرف جریان های انگلی عبوری از مدار بار نظارتی نداشته باشد، آسیب زیادی به سیستم های انرژی منطقه و کشور وارد می کند. هوای اتمسفر اطراف خط انتقال برق کاملاً بی فایده گرم می شود. سیم‌پیچ‌های ترانسفورماتورهای نصب شده در پست‌ها ممکن است بار را تحمل نکنند، به‌ویژه در دوره‌های پیک.

بار القایی و خازنی

اگر یک دستگاه گرمایشی معمولی یا یک لامپ برق مصرف می کنید، برق نشان داده شده درکتیبه مربوطه روی فلاسک یا پلاک نام با حاصل ضرب مقادیر جریان عبوری از این دستگاه و ولتاژ شبکه مطابقت دارد (ما 220 ولت داریم). اگر دستگاه حاوی ترانسفورماتور، سایر عناصر حاوی سلف یا خازن باشد، وضعیت تغییر می کند. این قطعات دارای خواص ویژه ای هستند، نمودار جریانی که در آنها جریان می یابد، سینوسی ولتاژ منبع تغذیه را با تاخیر یا هدایت می کند - به عبارت دیگر، یک تغییر فاز رخ می دهد. یک بار خازنی ایده آل بردار را 90- و یک بار القایی 90+ درجه تغییر می دهد. قدرت در این مورد نه تنها نتیجه حاصلضرب جریان و ولتاژ است، بلکه یک ضریب تصحیح معین نیز اضافه می شود. این به کجا منتهی می شود؟

بازتاب هندسی فرآیند

از درس هندسه مدرسه، همه می دانند که هیپوتانوس از هر یک از پایه های یک مثلث قائم الزاویه بلندتر است. اگر توان اکتیو، راکتیو و ظاهری طرفین آن را تشکیل دهند، آنگاه جریان مصرف شده توسط سیم پیچ و ظرفیت خازن در زوایای قائم به جزء مقاومتی، اما با جهت در جهت مخالف خواهد بود. هنگام جمع کردن (یا اگر دوست دارید تفریق کنید، آنها علائم مختلفی دارند) بردار کل، یعنی کل توان راکتیو، بسته به نوع باری که در مدار غالب است، به سمت بالا یا پایین هدایت می شود. با جهت آن، می توان قضاوت کرد که کدام ماهیت بار غالب است.

توان راکتیو با افزودن بردار به جزء فعال، مقدار کل توان مصرفی را نشان می دهد. به صورت گرافیکی نشان داده شده استهیپوتنوز مثلث قدرت هر چه این خط به آرامی در رابطه با محور x قرار گیرد، بهتر است.

کسینوس فی

نمودار نشان می دهد که زاویه φ توسط دو بردار کامل و توان فعال تشکیل شده است. هرچه مقادیر آنها کمتر متفاوت باشد، بهتر است، اما از ادغام کامل آنها توسط توان راکتیو، که انگلی در نظر گرفته می شود، جلوگیری می شود. هر چه زاویه بزرگتر باشد، بار روی خطوط برق، ترانسفورماتورهای پله‌آپ و کاهنده سیستم منبع تغذیه بیشتر می‌شود و بالعکس، هرچه بردارها به یکدیگر نزدیک‌تر باشند، سیم‌ها در طول مسیر کمتر گرم می‌شوند. جریان. طبیعتاً باید برای این مشکل کاری انجام می شد. و راه حل پیدا شد، ساده و ظریف. جبران متقابل توان راکتیو به شما امکان می دهد زاویه φ را کاهش دهید و کسینوس آن را (که ضریب توان نیز نامیده می شود) تا حد ممکن به وحدت نزدیک کنید. برای انجام این کار، بردار مولفه خازنی را به گونه ای طولانی کنید که به رزونانس جریان ها دست یابد، که در آن جریان ها یکدیگر را "خاموش" می کنند (در حالت ایده آل، به طور کامل، اما در عمل - تا حد زیادی)..

نظریه و عمل

همه محاسبات نظری ارزشمندتر هستند، هر چه در عمل کاربرد بیشتری داشته باشند. تصویر در هر شرکت صنعتی توسعه یافته به شرح زیر است: بیشتر برق توسط موتورها (سنکرون، ناهمزمان، تک فاز، سه فاز) و سایر ماشین ها مصرف می شود. اما ترانسفورماتور نیز وجود دارد. نتیجه گیری ساده است: در شرایط تولید واقعی، توان راکتیو با ماهیت القایی غالب است. لازم به ذکر است که بنگاه های اقتصادیآنها نه یک کنتور برق مانند خانه ها و آپارتمان ها نصب می کنند، بلکه دو تا را نصب می کنند که یکی از آنها فعال است و دیگری به راحتی می توان حدس زد کدام یک. و برای مصرف بیش از حد انرژی "تعقیب" بیهوده از طریق خطوط برق، مقامات مربوطه بی رحمانه جریمه می شوند، بنابراین دولت به شدت علاقه مند به محاسبه توان راکتیو و اتخاذ تدابیری برای کاهش آن است. واضح است که هنگام حل این مشکل نمی توان بدون ظرفیت الکتریکی کار کرد.

جبران تئوری

از نمودار بالا کاملاً واضح است که چگونه می توان حداقل از نظر تئوری به کاهش جریان های انگلی تا حذف کامل آنها دست یافت. برای انجام این کار، یک خازن با ظرفیت مناسب باید به موازات بار القایی متصل شود. بردارها، وقتی اضافه شوند، صفر را نشان می دهند و فقط جزء فعال مفید باقی می ماند.

محاسبه طبق فرمول انجام می شود:

C=1 / (2πFX)، که در آن X راکتانس کل همه دستگاه‌های موجود در شبکه است. F - فرکانس ولتاژ تغذیه (ما - 50 هرتز داریم)؛

به نظر می رسد - چه چیزی ساده تر است؟ "X" و عدد "pi" را در 50 ضرب کرده و تقسیم کنید. با این حال، همه چیز تا حدودی پیچیده تر است.

در عمل چگونه است؟

فرمول ساده است، اما تعیین و محاسبه X چندان آسان نیست. برای این کار باید تمام داده های دستگاه ها را بگیرید، از راکتانس آنها و به صورت برداری مطلع شوید و حتی پس از آن … در واقع هیچکس این کار را انجام نمی دهد، به جز دانش آموزانی که در کار آزمایشگاهی هستند.

می توانید توان راکتیو را به روش دیگری، با استفاده از یک دستگاه خاص - یک فاز متر که نشان دهنده کسینوس فی است، یا با مقایسه خوانش های وات متر، تعیین کنید.آمپرمتر و ولت متر.

موضوع با این واقعیت پیچیده می شود که در یک فرآیند تولید واقعی، بار به طور مداوم در حال تغییر است، زیرا برخی از ماشین ها در حین کار روشن می شوند، در حالی که برخی دیگر، برعکس، طبق نیاز از شبکه جدا می شوند. مقررات فناورانه بر این اساس، اقدامات مستمر برای نظارت بر وضعیت مورد نیاز است. روشنایی در شیفت های شب کار می کند، در زمستان می توان هوا را در کارگاه ها گرم کرد و در تابستان می توان هوا را خنک کرد. به هر صورت، اما جبران توان راکتیو بر اساس محاسبات نظری با سهم بزرگی از اندازه‌گیری‌های عملی cos φ است.

اتصال و قطع خازن

ساده ترین و واضح ترین راه برای حل مشکل، قرار دادن کارگر ویژه در نزدیکی فازمتر است که تعداد خازن های مورد نیاز را روشن یا خاموش می کند و به حداقل انحراف پیکان از وحدت می رسد. بنابراین در ابتدا آنها این کار را انجام دادند، اما تمرین نشان داده است که عامل بدنام انسانی همیشه اجازه نمی دهد تا به اثر مورد نظر دست یابد. در هر صورت، توان راکتیو، که اغلب ماهیت القایی دارد، با اتصال یک ظرفیت الکتریکی با اندازه مناسب جبران می شود، اما بهتر است این کار به صورت خودکار انجام شود، در غیر این صورت یک کارگر سهل انگار می تواند شرکت خود را تحت جریمه بزرگی قرار دهد. باز هم ، این کار را نمی توان واجد شرایط نامید ، کاملاً در معرض اتوماسیون است. ساده ترین طرح شامل یک جفت الکترون نوری از یک ساطع کننده نور و یک گیرنده نور است. فلش حداقل مقدار را پوشش داده است، به این معنی که باید اضافه کنیدظرفیت.

اتوماسیون و الگوریتم های هوشمند

در حال حاضر، سیستم هایی وجود دارند که به شما امکان می دهند cos φ را به طور قابل اعتماد در محدوده 0.9 تا 1 نگه دارید. از آنجایی که اتصال خازن ها در آنها به صورت گسسته اتفاق می افتد، دستیابی به یک نتیجه ایده آل غیرممکن است، اما توان راکتیو خودکار جبران کننده هنوز هم یک اثر اقتصادی بسیار خوب می دهد. عملکرد این دستگاه بر اساس الگوریتم های هوشمندی است که عملکرد بلافاصله پس از روشن شدن را تضمین می کند، اغلب حتی بدون تنظیمات اضافی. پیشرفت های تکنولوژیکی در تکنولوژی کامپیوتری امکان دستیابی به اتصال یکنواخت تمامی مراحل بانک های خازنی را فراهم می کند تا از خرابی زودرس یکی یا دو مورد از آنها جلوگیری شود. زمان پاسخ‌دهی نیز به حداقل می‌رسد و چوک‌های اضافی میزان افت ولتاژ را در زمان‌های گذرا کاهش می‌دهند. یک پانل کنترل برق سازمانی مدرن دارای طرح ارگونومیک مناسبی است که شرایطی را برای اپراتور ایجاد می کند تا به سرعت وضعیت را ارزیابی کند و در صورت بروز حادثه یا خرابی، سیگنال هشدار فوری را دریافت کند. قیمت چنین کابینتی قابل توجه است، اما ارزش پرداخت آن را دارد، مزایایی دارد.

دستگاه جبران کننده

جبران کننده توان راکتیو معمولی یک کابینت فلزی با ابعاد استاندارد با یک پانل کنترل و مدیریت در پانل جلویی است که معمولاً باز می شود. در پایین آن مجموعه ای از خازن ها (باتری) قرار دارد. چنینموقعیت مکانی به دلیل یک ملاحظه ساده است: ظرفیت های الکتریکی بسیار سنگین است و تلاش برای پایدارتر کردن سازه کاملاً منطقی است. در قسمت بالایی، در سطح چشم اپراتور، وسایل کنترلی لازم از جمله نشانگر فاز وجود دارد که با آن می توان میزان ضریب توان را قضاوت کرد. همچنین نشانه های مختلفی از جمله موارد اضطراری، کنترل ها (روشن و خاموش، تغییر به حالت دستی و غیره) وجود دارد. ارزیابی مقایسه قرائت سنسورهای اندازه گیری و توسعه اقدامات کنترلی (خازن های اتصال با درجه مورد نیاز) توسط یک مدار مبتنی بر یک ریزپردازنده انجام می شود. عملگرها به سرعت و بی صدا کار می کنند، آنها معمولاً بر روی تریستورهای قدرتمند ساخته می شوند.

محاسبه تقریبی بانکهای خازن

در نیروگاه‌های نسبتاً کوچک، توان راکتیو یک مدار را می‌توان تقریباً با تعداد دستگاه‌های متصل، با در نظر گرفتن ویژگی‌های تغییر فاز آن‌ها، تخمین زد. بنابراین، یک موتور الکتریکی ناهمزمان معمولی ("کارگر اصلی" کارخانه ها و کارخانه ها)، با باری معادل نیمی از توان نامی خود، دارای cos φ برابر با 0.73 و یک لامپ فلورسنت - 0.5 است. دستگاه جوش تماسی از 0، 8 تا 0.9 متغیر است، کوره قوس با کسینوس φ برابر با 0.8 کار می کند. جداول در دسترس تقریباً هر مهندس برق ارشد حاوی اطلاعات تقریباً همه انواع تجهیزات صنعتی است و جبران توان راکتیو از قبل تنظیم می شود. با استفاده از آنها انجام می شود. با این حال، چنین داده هاییفقط به‌عنوان یک خط پایه برای انجام تنظیمات با افزودن یا حذف بانک‌های خازن عمل می‌کند.

در سراسر کشور

ممکن است این تصور را داشته باشید که دولت به کارخانه‌ها، کارخانه‌ها و سایر شرکت‌های صنعتی تمام توجه به پارامترهای شبکه برق و یکنواختی بار روی آن را سپرده است. این درست نیست. سیستم انرژی کشور تغییر فاز را در مقیاس ملی و منطقه ای درست در خروجی محصول ویژه خود از نیروگاه ها کنترل می کند. مسئله دیگر این است که جبران مولفه راکتیو نه با اتصال بانک های خازن، بلکه با روشی متفاوت انجام می شود. برای اطمینان از کیفیت انرژی عرضه شده به مصرف کنندگان در سیم پیچ های روتور، جریان بایاس تنظیم می شود که در ژنراتورهای سنکرون مشکل بزرگی نیست.