POLITECHNIKA WROCŁAWSKA WYDZIAŁ Mechaniczno - Energetyczny
LABOLATORIUM MASZYN I URZĄDZEŃ ELEKTRYCZNYCH
Nr ćwiczenia: 3^*	Temat: Poprawa współczynnika mocy – kompensacja mocy biernej.
Nazwisko i imię prowadzącego kurs: Dr hab. inż. Bogusław Karolewski

Nr grupy ćwiczeniowej: I	Data wykonania projektu: Niedziela 27.11.2011 r. godz. 13^30 – 15^00
Wykonawcy: Jerzy Edmund Jankowski Andrzej Chęciński Ireneusz Podwysocki Adrian Kawa Mateusz Piasecki Mariusz Nosal Paul Specjał	Ocena końcowa
Data oddania sprawozdania 04.12.2011 r.

Zatwierdzam projekt.

Data i podpis prowadzącego zajęcia

Adnotacje dotyczące wymaganych poprawek oraz daty otrzymania poprawionego sprawozdania

WPROWADZENIE:

1. Większość odbiorników energii elektrycznej (np. silniki indukcyjne, transformatory, spawarki) posiada charakter indukcyjny, co powoduje duże zapotrzebowanie na moc bierną, której przesyłanie powoduje zwiększenie natężenia prądu i w związku z tym niepotrzebne straty energii.

Aby zmniejszyć koszt eksploatacyjny stosuje się środki zmierzające do zmniejszenia zapotrzebowania na moc bierną czyli poprawy współczynnika mocy.

Najprostszym sposobem kompensacji mocy biernej jest dołączenie baterii kondensatorów.

Baterie kondensatorów - działają na zasadzie wytwarzania mocy biernej pojemnościowej, kompensując moc bierną indukcyjną za którą de facto płacimy. W ciągu ostatnich lat znacznie wzrosło zainteresowanie kompensacją mocy biernej, a to za sprawą zmiany sposobu rozliczania "niekompensowanej" mocy biernej w zakładach produkcyjnych oraz cykliczne podwyżki cen energii. Zakłady pracy w obecnej dobie oszczędzania energii dążą do ograniczenia przepływu mocy biernej w układach zasilająco-rozdzielczych, co pozwala na wyeliminowanie lub zminimalizowanie opłat za pobór energii biernej, dążenie do ograniczenia poboru mocy czynnej, a w rezultacie do minimalizacji opłat za energię elektryczną.

Zakład Energetyczny również wymaga od odbiorców kompensacji mocy biernej narzucając wartość tangensa czyli kąta przesunięcia fazowego o określonej wartości np. (tg j= 0.3, 0.4).

Indukcyjne odbiorniki i urządzenia elektryczne w trakcie pracy pobierają z sieci energię elektryczną
czynną i bierną. Odpowiadają temu pojęcia składowych czynnej i biernej prądu elektrycznego

Składowe prądu elektrycznego (ICZ – prąd czynny, IB – prąd bierny, I – prąd wypadkowy)

Reasumując za zużycie energii biernej odbiorca nie musi płacić (gdyż wytwarza ją u siebie) jeżeli zainstaluje prawidłowo dobraną baterię kondensatorów z wysokiej klasy regulatorem.

Schematyczne przedstawienie przepływu mocy w układzie źródło-odbiornik sieć prądu przemiennego

1. CEL I ZAKRES ĆWICZENIA:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z problemem i metodami poprawy współczynnika mocy odbiorników przemysłowych.

1. SPIS DANYCH BADANYCH MASZYN:

Silnik indukcyjny klatkowy typ SZJe24b nr fabr. 771372

P_n= 2,2kW

U_n=380V

I_n=5,1A

n_n=1410obr/min

cos φ =0,8

f=50Hz

Przyrządy pomiarowe:

watomierze:

- W₁ 129-IVa1025, c_w=10 zakres 5 klasa0,5

- W₂ 129IVa1360, c_w=10 zakres 5 klasa 0,5

woltomierze:

-V₁ 129IVa

-V₂ 129IVa722 zakres 600 klasa 1

amperomierze:

-A₁ I29-Iva82 zakres 5 klasa 1

-A₂ I29-Iva444 zakres 5 klasa 1

-A₂ I29/EW-07/01 zakres 5 klasa 1

3.2 Schematy połączeń

Rys 1. Schemat układu pomiarowego przed kompensacją

Opis: Dokonujemy identyfikacji odbiornika poprzez pomiar mocy i napięcia dzięki której wyznaczymy współczynnik mocy przed kompensacją.

Rys 2. Schemat układu pomiarowego z kompensacją

Opis: Dokonujemy identyfikacji odbiornika poprzez pomiar mocy i napięcia z połączonymi kondensatorami w gwiazdę dzięki której wyznaczymy współczynnik mocy

Rys 3. Schemat układu pomiarowego z kompensacją

Lp.	U1	U2	Uśr	I1	I2	Iśr	Ic	α1	α2	P	S	Q	φ	cosφ	Uwagi
	V	V	V	A	A	A	A	dz	dz	W	VA	var	°	-
1.	380	380	380	2,25	2,15	2,20	-	26,5	-16	210	1448	1432,7	82	0,145
															Przed kompensacją
2.	380	380	380	1,85	1,56	1,71	0,49	39	-19	200	1125	1107	79	0,178	gwiazda
															Z kompensacją
															C=2,98 μF/fazę
3.	380	380	380	0,82	0,60	0,71	1,49	11	9	200	467	422	63	0,428	trójkąt
															Z kompensacją C=9,98 μF/fazę

Opis: Dokonujemy identyfikacji odbiornika poprzez pomiar mocy i napięcia z połączonymi kondensatorami w trójkąt dzięki której wyznaczymy współczynnik mocy

3.3 Tabela pomiarowa

Tab. 1 Pomiary do obliczenia współczynnika mocy cosφ

3.4 Przykładowe obliczenia

1. Obliczam moc czynną korzystam z następującego wzoru

C_w – stała watomierzy

α₁,  α₂ −  wskazanie watomierzy w ukladzie Arona (w dzialkach)

U_śr – średnia wartość napięcia

I_śr – średnia wartość prądu.

=10

Czyli po podstawieniu P = 10 • (53−32) = 210 W

Następnie obliczam moc pozorną

$$S = \sqrt{3} \bullet 380 \bullet 2,20 = 1448\ VA$$

Obliczam moc bierna: $Q = \sqrt{S^{2} - P^{2}}$

$$Q = \sqrt{1448^{2} - 210^{2}} = 1432,7\ var$$

Obliczam współczynnik mocy: $\text{cosφ} = \frac{P}{S}$

$$\text{cosφ} = \frac{210}{1448} = 0,145\ \ \ \ \ to\ \varphi = 8170'$$

Obliczam pojemność kondensatorów do uzyskania wypadkowego współczynnika mocy

cos φ=0,95

$$C_{,} = \frac{P_{\text{odb}}}{6\pi \bullet f \bullet U_{C}^{2}}\left( \text{tgφ}_{\text{odb}} - \text{tgφ}_{W} \right)\text{\ \ \ }\left\lbrack F/\text{faz}e \right\rbrack$$

U_C - napięcie na kondensatorze dla U, dla U

f- częstotliwość napięcia.

Ad. pomiar 2. gwiazda

UC = = $\frac{380V}{\sqrt{3}} =$220V

$$C_{,} = \frac{P_{\text{odb}}}{6\pi \bullet f \bullet U_{C}^{2}}\left( \text{tgφ}_{\text{odb}} - \text{tgφ}_{W} \right)$$

$$C_{,} = \frac{200}{6 \bullet 3,14 \bullet 50 \bullet 220^{2}}\left( tg82 - tg18 \right) \approx 2,98\ \mu F/faze$$

Ad. pomiar 3. trójkąt

UC = U=380V dla połączenia w trójkąt,

$$C_{,} = \frac{200}{6 \bullet 3,14 \bullet 50 \bullet 380^{2}}\left( tg82 - tg18 \right) \approx 9,98\ \mu F/faze$$

3.5 Wykres wektorowy

Wnioski

Przeprowadzone ćwiczenie pozwoliło nam zapoznać się z metodą kompensacji mocy biernej oraz jej poprawy poprzez zainstalowanie kondensatorów (poprawa współczynnika mocy biernej cosφ).

Optymalizacja kosztów to nie jedyny powód dla którego należy posiadać sprawny układ kompensacji. Skuteczna kompensacja eliminuje opłaty za moc bierną i zmniejsza o 3- 7% opłaty za moc czynną. Każda modernizacja, która przywróci sprawność systemu przyniesie wymierne korzyści finansowe. 

Najbardziej efektywną metodą kompensacji mocy biernej indukcyjnej jest kompensacja przez odbiory pojemnościowe, w szczególności kondensatory energetyczne lub automatycznie regulowane baterie kondensatorów

Zapoznaliśmy się ze zjawiskiem negatywnego stosowania niektórych urządzeń (np. silników indukcyjnych na wartość cosφ.

Przedmiotem naszych pomiarów był jeden ze sposobów poprawy współczynnika mocy.

W praktyce dążymy do tego aby wartość cosφ była zbliżona do 1 wówczas moc czynna jest równa mocy pozornej.