Меню

Компенсация реактивной мощности с помощью синхронного двигателя

5.2. Синхронный двигатель как компенсатор реактивной мощности

Работа системы электроснабжения характеризуется потреблением электроприемниками реактивной мощности. Это вызывает дополнительные потери энергии в элементах системы, снижение уровня напряжения и необходимость иметь повышенную пропускную способность подстанций и распределительных сетей, что снижает экономичность работы системы. В связи с этим для улучшения показателей работы системы электроснабжения необходимо производить компенсацию реактивной мощности, что может осуществляться несколькими способами.

Один из эффективных способов компенсации реактивной мощности связан с использованием СД, который за счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в электрическую сеть. В этом случае СД работает с опережающим cos. Возможность работы СД в качестве компенсатора реактивной мощности иллюстрируют U-образные характеристики СД, приведенные на рис. 5.5. Эти характеристики показывают зависимости тока статораI1и егоcosот тока возбужденияIвприU=constиP=const.

Характеристики I1(Iв) показывают, что при увеличении от нуля тока возбуждения ток статора вначале уменьшается, что происходит за счет уменьшения его реактивной составляющей. При некотором токе возбуждения она становится равной нулю,acos=l. При дальнейшем увеличении тока возбуждения вновь появляется и увеличивается реактивная составляющая тока статора, но уже с опережающей фазой. Синхронный двигатель начинает работать генератором реактивной энергии с отдачей ее в сеть.

Характеристики рис. 5.5 позволяют выявить также зависимость компенсирующей способности СД от мощности Рна его валу. Как видно из рис. 5.5, с ростом мощностиРобласть генерации реактивной мощности (опережающегоcos) смещается в сторону больших токов возбуждения. Другими словами, при неизменном токе возбуждения с изменением мощности на валу отдаваемая в сеть реактивная мощность также меняется.

Из сказанного следует важный вывод: если СД работает с переменной нагрузкой на валу, то для полного использования его компенсирующих свойств требуется регулирование тока возбуждения.

Следует подчеркнуть, что при использовании СД в качестве источника реактивной мощности необходимо обеспечивать повышенные токи возбуждения и увеличивать габаритную (полную) мощность СД, что не является ограничивающим фактором для такого применения СД. Покажем это следующим несложным расчетом.

Запишем отношение полной габаритной мощности Sк активной мощностиP

(5.8)

Пусть требуется, например, чтобы реактивная опережающая мощность составляла 40 % активной мощности, т. е. Q/P=0,4. Расчет по формуле (5.8) выявляет, что при этом отношениеS/Pсоставит 1,08, т. е. генерирование указанной реактивной мощности потребует увеличения габаритной мощности только на 8 %. Это показывает, что использование СД для компенсации реактивной мощности является выгодным.

Отдаваемая (или потребляемая при недовозбуждении) реактивная мощность СД определяется общей формулой

(5.9)

Более удобные для практических расчетов выражения можно получить с помощью векторных диаграмм СД. Для явнополюсного СД может быть получено следующее выражение, вывод которого дан в [6]:

(5.10)

где xdиxq– индуктивные сопротивления СД соответственно по продольной и поперечной осям.

Формулу для неявнополюсного СД можно получить из выражения (5.10), если положить в нем xd=xq=x1,

(5.11)

Полученные формулы подтверждают выводы, сделанные на основании анализа характеристик рис. 5.5, а именно: с увеличением тока возбуждения и тем самым ЭДС Ерастет генерируемая СД реактивная мощность, значение которой при этом зависит от нагрузки СД, определяющей угол.

При использовании СД для компенсации реактивной мощности сети энергоснабжения обычно требуется рассматривать в комплексе несколько вопросов. Одним из основных вопросов является технико-экономическое обоснование использования данного способа компенсации реактивной энергии. Как известно, кроме СД для этой цели могут использоваться также статические компенсирующие устройства (конденсаторы) и синхронные компенсаторы. Среди приемлемых вариантов экономически целесообразным будет тот, который обеспечивает минимум приведенных годовых затрат,

где Kн,э– нормативный коэффициент эффективности капитальных вложенийK;Сэ– эксплуатационные расходы.

Приведенные затраты, связанные с установкой средств компенсации реактивной мощности, ее генерированием и передачей, определяются [29] по формуле

(5.12)

где Q– реактивная мощность, генерируемая источником, Мвар;З– постоянная составляющая затрат, не зависящая от генерируемой реактивной мощности, руб.;Зy1– удельные затраты на 1 Мвар реактивной мощности, руб/Мвар;Зy1– удельные затраты на 1 Мвар 2 генерируемой мощности, руб/Мвар 2 .

Формулы для нахождения З,Зy1иЗy2для разных видов компенсирующих устройств, а также пример технико-экономического расчета даны в [29]. Выбор мощности компенсирующего устройстваQтакже должен быть обоснован и может быть выполнен с помощью полученных в [29] выражений.

Если в результате выполненных технико-экономических расчетов выявлена целесообразность использования СД для компенсации определенной реактивной мощности Q, то далее необходимо установить наиболее экономическое ее распределение между отдельными СД. Это достигается отысканием оптимального варианта возбуждения СД, участвующих в компенсации. Под оптимальным вариантом возбуждения СД обычно понимают такое распределение реактивной мощностиQмежду отдельными СД, при котором суммарные потери активной мощности, зависящие от выработки и распределения реактивной мощности, минимальны. В [6] для этого случая получены расчетные формулы и рассмотрены примеры их использования.

Читайте также:  Сечение кабеля по мощности таблица 380 медь для электродвигателя 11 квт

На практике распределение реактивной мощности между СД часто производят пропорционально либо их полной номинальной мощности Sном, либо пропорционально их активной мощностиРном. Этот принцип, как показывают расчеты, дает потери активной мощности, близкие к минимальному значению.

Токи возбуждения отдельных СД, компенсирующих заданную для них реактивную мощность, могут быть определены по формулам [6] либо по кривым Q(Iв), снятым опытным путем.

Источник



Компенсация реактивной мощности с помощью синхронного двигателя

Библиографическая ссылка на статью:
Алимходжаев К.Т., Пардабоев А.Д. Целесообразность использования синхронного двигателя в качестве компенсатора реактивной мощности // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/12/84953 (дата обращения: 05.03.2021).

В настоящее время прирост потребления реактивной мощности (РМ) существенно превышает прирост потребления активной. Вследствие чего увеличиваются перетоки PM. РМ, протекая по элементам электрической сети, обладающим активным сопротивлением вызывает в них дополнительные потери мощности и электрической энергии. Кроме того, перетоки РМ снижают пропускную способность линий электропередач и трансформаторов, либо вынуждают увеличивать сечение проводов, осуществлять прокладку дополнительных кабельных линий, замену трансформаторов на большую номинальную мощность. Большая часть этих потерь приходится на сети 0,4 – 10 кВ, так как в этих сетях находятся основные потребители РМ: асинхронные двигатели, силовые трансформаторы и электробытовые приборы и лампы. Долевое участие этих потребителей составляет 50, 25 и 10% соответственно [1]. Также всё большую долю в общем объёме суммарных нагрузок занимают приёмники с нелинейными характеристиками и повышенным потреблением РМ. Поэтому именно в этих сетях наиболее эффективно устанавливать источники реактивной мощности (ИРМ) с помощью которых и осуществляется компенсация реактивной мощности (КРМ) [2]. Наряду со специальными средствами КРМ, в качестве ИРМ в большинстве источников [3] рекомендуют в первую очередь использовать синхронные двигатели (СД), если они уже установлены у потребителя из технологических соображений. Например, СД находят применение в молотковых дробилках и шаровых мельницах горнорудных предприятий, в буровых лебедках нефтяной промышленности, в ножницах и пилах для металла, в непрерывных прокатных станах в металлургии и т. д. [3,4].Рассматривая СД, как компенсатор РМ, можно отметить его преимущества и недостатки. Одним из преимуществ является плавность регулировки величины отдаваемой или потребляемой РМ (такая необходимость может возникнуть в ночное время, когда в сети наблюдается избыток РМ). Это достигается путём изменения тока возбуждения двигателя. Основной недостаток использования СД в качестве КРМ – большая удельная величина потребляемой активной мощности на выработку реактивной. Например, дополнительные потери активной мощности в СД превышают в 5- 12 раз (в зависимости от типа СД, его конструкции, загрузки по активной мощности) потери в конденсаторной батареи (КБ) [5].

Анализ последних исследований и публикаций. Практически во всей литературе [3-6] говорится о том, что достаточно мощные СД (250 кВт и выше) выгодно использовать в качестве компенсирующего устройства, если на предприятии они уже установлены из технологических соображений. В частности в [4] на примере доказывается целесообразность использования СД для КРМ и рассчитана экономическая выгода, которую получает потребитель. Однако в [5] данные результаты были поставлены под сомнение и на том же примере показано, что СД не выгодно использовать в режиме генерации РМ.

Цель статьи. Определить действительно ли во всех случаях целесообразно использование СД для КРМ в сетях потребителя.

Основные материалы исследований. Используя исходные данные приведенные в [8], был произведен расчёт потерь активной и реактивной мощности в сети с СД, приведенной на рис. 1.

Рис. 1 – Схема электрической сети с СД, используемых для компенсации реактивной мощности

Расчётная активная и реактивная нагрузки потребителя составляют Рр =560 кВт и Qр =420 квар соответственно. Число часов максимума использования нагрузки составляет Тм=3,5 ч/сут, а время максимальных потерь Тм =1,53 ч/сут.

Номинальная активная мощность СД составляет РСДном=250 кВт. Номинальный коэффициент мощности ц=0,9 (опережающий ток).

Коэффициенты удельных потерь активной мощности в СД: D1=l,74 кВт, D2=2,18 кВт. Коэффициент загрузки СД по активной мощности βСД =0,8.

По условию устойчивой работы СД, минимальную величину располагаемой реактивной мощности СД можно определить как [2]:

где – cosφ коэффициент реактивной мощности СД, соответствующий номинальному коэффициенту мощности cosφ = 0,9.

Следовательно, величина минимальной реактивной мощности генерируемой рассматриваемым СД составляет 96 квар. Также заметим, что если двигатель недогружен по активной мощности, то его можно дополнительно загрузить по реактивной. Величину максимальной РМ отдаваемой двигателем можно определить по номограммам [6].

Активные потери в СД, которые идут на выработку РМ, можно определить по следующей формуле [5]:

(2)

Необходимо отметить, что данная формула является приближённой,

потому что величина ДР зависит не только от генерируемой РМ СД QСД,

но и от загрузки двигателя по активной мощности, изменению напряжения подводимого к статору, остальных параметров СД [5].

Читайте также:  Как повысить мощность блока питания компьютера своими руками

Был произведен расчёт потерь в сети, приведенной на рис. 4 для четырёх режимов ее работы:

1)В сети потребителя отсутствуют устройства КРМ;

2) КРМ осуществляется только с помощью СД (генерация РМ СД 96 квар);

3) КРМ осуществляется с помощью СД и КБ (генерация РМ 96 квар и 320 квар соответственно);

4) КРМ осуществляется с помощью КБ (генерация РМ КБ 420 квар);

Результаты расчётов сведены в табл. 1. (индексы нагрузок и потерь от 1 до 5 соответствуют точке сети, приведенной на рисунке).

Из табл. 1 видно, что суммарное потребление активной мощности в точке 5 больше при КРМ с помощью СД, чем при отсутствии такой компенсации. Таким образом, очевидно, что в данной схеме при данной величине нагрузки компенсировать реактивную составляющую мощности нецелесообразно. Как видно из таблицы 1, при более высоких cosφ целесообразней КРМ осуществлять с помощью КБ. Расчёты показали, что в случае полной КРМ с помощью КБ потребление активной мощности в точке 5 уменьшается более чем на 3 кВт, в то время как при частичной КРМ с помощью СД суммарные потери активной мощности увеличиваются более чем на 1,5 кВт. Таким образом, использование СД в качестве компенсатора РМ не выгодно при данных значениях потребляемой мощности и параметрах сети. Далее были произведены расчёты активных потерь в случае увеличения реактивной нагрузки потребителя. Оказалось, что реактивная нагрузка потребителя, при которой в случае КРМ с помощью СД активные потери в точке 5 были бы такие же, как и в случае без КРМ соответствует величине реактивной нагрузки равной 700 квар, (cosφ =0,73). Таким образом, при снижении cosφ нагрузки эффективность использования СД для КРМ повышается. Об этом свидетельствуют результаты расчетов, приведенные в таблице 2.

Полученные результаты расчетов (табл. 1 и 2) ставят под сомнение однозначность утверждения о целесообразности первоочередного использования СД в качестве средства КРМ.СД мощностью 250 кВт выполняются также на напряжение 6 (10) кВ. Предположим, что такой двигатель установлен в точке 1 электрической сети представленной на рис. 1. Остальные параметры СД такие же, как и в предыдущем случае. Результаты расчётов приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3, результаты расчётов аналогичны приведенным таблице 1. Более того, суммарные активные потери увеличились с 1,5 кВт до 2,3 кВт, в случае КРМ с помощью СД. Тем самым порог коэффициента мощности нагрузки, при котором выгодно использовать СД в качестве КРМ, также снижается.

Таким образом, в результате анализа определены:

1. Использование СД в качестве КРМ целесообразно, когда снижение активных потерь от перетока РМ превышает возникающие дополнительные активные потери в СД при выработке РМ, что возможно только при низких коэффициентах мощности нагрузки.

2. Эффективность использования СД в качестве ИРМ повышается при снижении коэффициента мощности нагрузки.

3. Выгодней использовать СД в качестве КРМ на напряжении 0,4 кВ нежели на 10 кВ.

Библиографический список

  1. Зорин В.В. Системы электроснабжения общего назначения / В.В. Зорин, В.В.Тесленко И Учебник для студентов ВУЗов.-Чернигов: ЧГТУ, 2005. – 341 с.
  2. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчетов / Ю.С Железко. – М.: Энергоатомиздат, 1989.-176 с.
  3. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учебное пособие для вузов / уклад. А.А. Федоров, J1.E. Старкова. – М: Энергоатомиздат, 1987.-368 с.
  4. Производство и распределение электрической энергии: электротехнический справочник: В Зт. Т.З. 2кн. Кн1 / под ред. И.Н.Орлова. – 7-е изд., испр. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988.-880 с.
  5. Литвак J1.B. Рациональная компенсация реактивных нагрузок на промышленных предприятиях. М.:Энергоатомиздат, 1963. – 256 с.
  6. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / И.А. Сыромятников. – 4-е изд., перераб. и доп – М. Энергоатомиздат 1984,- 240 с.
  7. Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К. Обогащение полезных ископаемых на основе устройства единого электромагнитного пространственного поля. ТАЙИ ахбороти, №4, 2016 й., C.91-96.
  8. Курбанов Ж.Ф., Колесников И.К. Оптимизация режимов извлечения компонентов из материалов на основе устройства единого пространственного поля. ТАЙИ ахбороти, №4, 2016 й. C.96- 102.
  9. Курбанов Ж.Ф. The spectral characteristics of the new functional materials based on a single device spatial field. European science review, «East West» Association for Advanced Studies and Higher Education GmbH. Vienna. (№1), 2017, – P. 112-117. Austria

Количество просмотров публикации: Please wait

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
Регистрация

&copy 2021. Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации».

Источник

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Слишком высокая или как еще её называют, реактивная энергия и мощность, способствуют значительному ухудшению работы электрических сетей и систем. Мы предлагаем рассмотреть в нашей статье как производится автоматическая компенсация реактивной мощности (крм) и перекомпенсация в сетях на предприятиях, в квартире и в быту.

Читайте также:  Ecl comfort 110 мощность

Зачем нужна компенсация реактивной мощности

Чем больше требуется энергии — тем выше становится уровень потребления топлива. И это не всегда оправдано. Компенсация мощности, т.е, её правильный расчет, поможет сэкономить в промышленных распределительных электросетях на производстве до 50 % затрачиваемого топлива, а в некоторых случаях и больше.

Нужно понимать, что тем больше ресурсов затрачено на производство, тем выше будет цена конечного продукта. При возможности снизить стоимость изготовления товара, производитель либо предприниматель, сможет снизить его цену, чем привлечь потенциальных клиентов и потребителей.

Как наглядный пример – пара диаграмм ниже. Эти векторы визуально передают полный эффект от работы установки.

Кроме этого, мы также избавляемся от потерь в электросетях, от чего эффект следующий:

  • напряжение ровное, без перепадов;
  • увеличивается долговечность проводов (abb – авв, аку) и индукционной обмотки в жилых помещениях и на заводе;
  • значительная экономия на работе домашних трансформаторов и выпрямителей тока;
  • проведенная компенсация мощности и реактивной энергии значительно продлит время работы мощных устройств (асинхронный двигатель трехфазный и однофазный).
  • значительное снижение электрических затрат.

Теория и практика

Чаще всего реактивная энергия и мощность потребляется при использовании трехфазного асинхронного двигателя, здесь и нужна компенсация сильнее всего. Согласно последним данным: 40 % — потребляют двигатели (от 10 кв), 30 – трансформаторы, 10 – преобразователи и выпрямители, 8% — расход освещения

Для того чтобы этот показатель уменьшить, используются конденсаторные устройства или установки. Но существует огромное количество подтипов этих электроприборов. Какие бывают конденсаторные установки и как они работают?

Видео: Что такое компенсация реактивной мощности и для чего она нужна?

Для того чтобы производилась компенсация энергии и реактивной мощности конденсаторными батареями и синхронными двигателями, понадобится установка энергосбережения. Чаще всего используют подобные устройства с реле, хотя вместо него может быть установлен контактор либо тиристор. Дома используются релейные приборы дуговой компенсации. Но если проводится компенсация реактивной энергии и мощности на заводах, у трансформаторов (там, где несимметричная нагрузка), то намного целесообразнее применять тиристорные устройства.

В отдельных случаях возможно использование комбинированных устройств, это приборы, которые одновременно работают и через линейный преобразователь, и через реле.

Чем поможет использование установок:

  • подстанция снизит скачки напряжения;
  • электрические сети станут более безопасными для работы электрических приборов, исчезнут проблемы компенсации электричеста и мощности у холодильных установок и сварочных аппаратов;
  • кроме этого, они очень просты в установке и эксплуатации.

Как установить конденсаторные устройства

Предварительно понадобится схема работы электросети, и документы от ПУЭ, по которым и проводится решение о компенсации энергии и реактивной мощности ДСП. Далее необходим экономический расчет:

  • сумма потребления энергии всеми приборами (это печи, цод, автоматические машины, холодильные установки и прочее);
  • сумма поступления тока в сеть;
  • вычисление потерь в цепях до поступления энергии к приборам, и после этого поступления;
  • частотный анализ.

Далее нужно сгенерировать часть мощности сразу на месте её поступления в сеть при помощи генератора. Это называется централизованная компенсация. Она может проводится также при помощи установки cos, electric, schneider, tg.

Но существует также индивидуальная однофазная компенсация реактивной энергии и мощности (либо поперечная), её цена намного ниже. В этом случае производится установка упорядоченных регулирующих устройств (конденсаторов), непосредственно у каждого потребителя питания. Это оптимальный выход, если регулируется трехфазный двигатель или электропривод. Но у этого типа компенсации есть существенный недостаток – она не регулируется, и поэтому называется еще и нерегулируемой или нелинейной.

Статические компенсаторы или тиристоры работают при помощи взаимоиндукции. В этом случае переключение производят при помощи двух или более тиристоров. Самый простой и безопасный метод, но его существенным недостатком является то, что гармоники генерируются вручную, что значительно усложняет процесс монтажа.

Продольная компенсация

Продольная компенсация производится методом варистора или разрядника.

Сам процесс происходит из-за наличия резонанса, который образуется из-за направления индуктивных зарядов друг другу на встречу. Данная технология и теория компенсации мощности применяется для реактивных и тяговых двигателей, сталеплавильной или станочной техники Гармоники, к примеру, и именуется еще искусственная.

Техническая сторона компенсации

Существует огромное количество производителей и типов установок конденсаторных установок:

  • тиристорные;
  • регуляторы на ферросплавном материале (Чехия);
  • резисторные (производятся в Петербурге);
  • низковольтные;
  • реакторы детюнинг (Германия);
  • модульные – самые новые и дорогостоящие на данный момент приборы;
  • контакторы (Украина).

Их стоимость разнится в зависимости от организации, для боле точной и исчерпывающей информации посетите форум, где обсуждается компенсаций реактивной мощности.

Источник