POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Podstaw Elektrotechniki
Laboratorium Elektrotechniki Teoretycznej.
Ćwiczenie nr : 4	Temat: Poprawa współczynnika mocy
Rok akad.: 1998/99		Wykonali:	Data: 21.12.98
Wydział: Elektryczny		Tomasz Łakomy	Wykonania	oddania
Rodzaj stud.: Dzienne		Michał Żak
Specjalność: Elektrotechnika		Opracował: Michał
Grupa: E 9/2		Michał Żak	Ocena:
Uwagi:

1. Wiadomości wstępne.

W odbiornikach energii elektrycznej, posiadających charakter indukcyjny,

współczynnik mocy cos wynosi przeciętnie 0,5-0,6.

Wartość ta jednak jest jednak za mała, dlatego też w praktyce dąży się do częściowej poprawy współczynnika mocy. W tym celu wykorzystuje się urządzenia kompensacyjne tzn. baterie kondensatorów, łączonych równolegle z grupą odbiorników. Kondensatory te powinny zapewniać możliwość poprawy cos niezależnie od jego aktualnej wartości, do wartości 0,85-0,95, ponieważ jego wartość nie powinna być mniejsza od 0,85.

Istnieją jeszcze inne metody poprawy współczynnika mocy, lecz równoległe łączenie baterii kondensatorów do grupy odbiorników wskazuje szereg zalet w porównaniu z innymi metodami:

• łatwość regulacji mocy biernej;

• bardzo małe straty wynoszące około 0,3% mocy własnej;

• zbędna obsługa urządzeń, itp.

2. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poprawa współczynnika mocy w układzie pomiarowym i

wyznaczenie charakterystyk | I | w zależności od C_n.

3. 
   Przebieg ćwiczenia.

Zgodnie ze wskazówkami prowadzącego pomiary wykonaliśmy tylko dla napięć 80, 100 i 120 V. Wyniki tych pomiarów umieściłem w poniższej tabeli

3.1 Wyniki pomiarów

Poniższe wyniki pomiarów uzyskaliśmy korzystając z przedstawionego wyżej schematu pomiarowego, lecz bez gałęzi z kondensatorem (z otwartym wyłącznikiem).

	Wyniki pomiarów				Wyniki obliczeń
Lp	Cn	| U |	| I1 |	P1	cos 		Q1	Qw=Q1	Qc	Qcn
-	F	V	A	W	-	^	var	var	var	var
1	0	80	0,77	13	0,21	77,82	60,21	60,21	0	0
2	0	100	0,96	20,5	0,21	77,67	93,79	93,79	0	0
3	0	120	1,16	30	0,22	77,55	135,93	135,93	0	0

1. Wyniki pomiarów

Wyniki te uzyskaliśmy przy zamkniętym wyłączniku w powyżej przedstawionym schemacie.

Lp	Cn	| U |	| I |	P	cos w	w	Q1	Qw	Qc	QCn
-	F	V	A	W	-	^o	Var	var	var	Var
1	10	80	0,56	13,0	0,290	73,131	60,213	42,872	-17,340	-20,106
2	10	100	0,7	21,0	0,300	72,542	93,786	66,776	-27,010	-31,416
3	10	120	0,82	30,0	0,305	72,249	135,929	93,715	-42,213	-45,239
4	20	80	0,38	13,5	0,444	63,635	60,213	27,238	-32,975	-40,212
5	20	100	0,49	21,0	0,429	64,623	93,786	44,272	-49,514	-62,832
6	20	120	0,6	30,0	0,417	65,376	135,929	65,452	-70,477	-90,478
7	30	80	0,3	13,5	0,563	55,771	60,213	19,843	-40,369	-60,319
8	30	100	0,39	21,0	0,538	57,421	93,786	32,863	-60,922	-94,248
9	30	120	0,48	30,0	0,521	58,612	135,929	49,171	-86,758	-135,717
10	40	80	0,39	13,5	0,433	64,361	60,213	-28,128	-88,341	-80,425
11	40	100	0,545	21,0	0,385	67,336	93,786	-50,292	-144,077	-125,664
12	40	120	0,63	31,0	0,410	65,792	135,929	-68,952	-204,881	-180,956
13	60	80	0,95	14,5	0,191	79,001	60,213	-74,604	-134,817	-120,637
14	60	100	1,1	23,0	0,209	77,931	93,786	-107,569	-201,354	-188,496
15	60	120	1,32	33,0	0,208	77,975	135,929	-154,924	-290,853	-271,434

4. Obliczenia

4.1 Z wzoru na
;
;
obliczyć,

tylko dla napięcia 100V, pojemności C, przy których
zostałby poprawiony do wartości 0,8_ind;1,0 oraz 0,8_poj

Niestety tej części ćwiczenia nie mogliśmy wykonać, ponieważ żadna z obliczonych przeze mnie wartości kąta  nie spełnia przedstawionego powyżej warunku - cos nie został poprawiony do wymaganych wartości.

5. Charakterystyki

Zgodnie z celem ćwiczenia wykonaliśmy wykresy prądu | I | w zależności od C_n, osobno dla wartości napięć 80, 100 i 120 V. Na koniec przedstawiliśmy charakterystykę, która przedstawia wszystkie wykresy w celu porównania.

6. Wykresy wskazowe

W celu sporządzenia wykresów wskazowych napięcia U, prądu I, I_C, I₁

musieliśmy dokonać kilku prostych obliczeń. Zgodnie z zaleceniami prowadzącego prąd I_c wyznaczyliśmy ze schematu korzystając z prawa Ohma, przy założeniu C=C_n.

7. Obliczenia

7.1 Obliczenia potrzebne do wyznaczenia zależności | I | od C_n

7.1.1 Schemat bez gałęzi z kondensatorem

7.1.2 Schemat z gałęzią z kondensatorem

8. Wnioski

Porównując wyniki pomiarów z zakładanymi wynikami, widać, iż poprawa

współczynnika mocy nie powiodła się. Jak widać cos nie osiągnął idealnych (zakładanych) wartości 0,85-0,95.

Chcąc uzyskać stosunek współczynnika mocy po poprawie do współczynnika mocy przed poprawą uzyskujemy wartość:

Podstawiając do tej samej zależności idealne wartości, uzyskujemy wynik ok.2

Na uwagę zasługują wyniki pomiarów zawarte w drugiej tabeli. Otóż dla wartości kondensatora 40 i 60F uzyskaliśmy stan prekompensacji układu. Z uwagi na to, wzięliśmy dla tych wartości ujemną wartość kąta  Ujemne wartości w kolumnie Q_C wskazuje na pojemnościowy charakter obwodu, zgodnie z zależnością wynikającą z trójkąta mocy:

Sporządzone przez nas charakterystyki I(f)=C_n wykazują charakter paraboliczny i jak widać dla kolejnych wartości napięcia charakterystyki te „rosną”.

Natomiast wykresy wskazowe przedstawiające zależności między prądami, przedstawiłem w bardzo małej skali, by pokazać zmiany współczynnika mocy w kolejnych pomiarach.

Trudno doszukiwać się przyczyn powstałych błędów i niedokładności. Mogły one wynikać ze zjawisk, które całkowicie pominęliśmy podczas tego ćwiczenia. Zakładaliśmy bowiem, że zarówno amperomierz jak i watomierz nie wpływają na badany układ. Nie braliśmy również pod uwagę pojemności szczątkowej kondensatora, która mogła mieć znaczący wpływ na poprawę współczynnika mocy.

Odpowiadając na pytanie postawione w ćwiczeniu: najbardziej na poprawie współczynnika mocy zależy „producentom” energii - elektrowniom. Otóż, jeśli udałoby się całkowicie skompensować wartość kąta  do 0, wówczas cos=1. Oznaczałoby to, że przy mniejszym natężeniu prądu, produkowanego w odległej elektrowni i narażonego na wielkie straty po drodze do odbiorcy, można by uzyskać tyle samo energii, więc przy tym samym natężeniu prądu, można by obsłużyć większą ilość urządzeń. Oznaczałoby to również możliwość wykorzystania cieńszych przewodów i innych materiałów w „transporcie tej energii z elektrowni”.

C	I	I1	R	IC
F	A	A		A
10	0,70	0,96	104	0,31
20	0,49				0,63
30	0,39				0,94
40	0,52				1,26
60	1,1				1,89

---