AKADEMIA BYDGOSKA

im. Kazimierza Wielkiego

Wydział Matematyki i Nauk Przyrodniczych

INSTYTUT TECHNIKI

Temat: Poprawa współczynnika mocy.

Grupa I

Marcin Łyszcz

Dariusz Kula

Mariusz Lenc

Cele ćwiczenia:

1. W układzie pracy świetlówki ustalić wpływ zmian pojemności kondensatora służącego do poprawy współczynnika mocy na pracę tego układu.

2. Ustalić napięcie zapłonu i napięcie gaśnięcia świetlówki.

3. Przy napięciu zasilania U=Un ustalić wartość napięcia na poszczególnych elementach obwodu.

4. Ustalić cel poszczególnych badań, niezbędną aparaturę oraz zestaw urządzeń i przyrządów pomiarowych, ustalić tok postępowania eksperymentalno- badawczego, ustalić sposób prezentacji wyników uzyskanych z pomiarów, obliczeń i uogólnień.

5. Zaproponować schematy układów pomiarowych oraz tabelaryczny zapis wyników pomiarów i obliczeń.

Wstęp teoretyczny.

Większość dużych odbiorników energii elektrycznej w zakładach przemysłowych to odbiorniki o charakterze czynno-indukcyjnym. Należą do nich m.in. nagrzewnice, spawarki, transformatory oraz silniki indukcyjne, które stanowią najliczniejszą grupę. Odbiorniki takie oprócz mocy czynnej P. pobierają moc bierną Q, która jest niezbędna do ich funkcjonowania. Jest niekorzystnym jeśli potrzebna moc bierna jest pobierana z odległych źródeł (elektrowni) gdyż powoduje wzrost prądów zasilających, a w konsekwencji wzrost strat przesyłowych, konieczność zwiększenia przekroju przewodów linii zasilających oraz zmniejsza możliwość obciążenia mocą czynną generatorów i transformatorów. Wszystkie te aspekty są powodem wzrostu kosztów eksploatacyjnych ponoszonych przez odbiorców energii. W związku z tym w zakładach przemysłowych o dużym zapotrzebowaniu na moc bierną stosuje się środki zmierzające do zmniejszenia tego zapotrzebowania czyli poprawy współczynnika mocy.

Naturalne sposoby poprawy współczynnika mocy polegają na:

• -         właściwym doborze mocy instalowanych maszyn (nie w pełni obciążone silniki indukcyjne wykazują niski współczynnik mocy),

• -         ograniczaniu okresów biegu jałowego maszyn i urządzeń, wyłączanie nie pracujących transformatorów, spawarek itp.

Jeśli zastosowanie tych sposobów nie jest wystarczające, wówczas stosuje się tzw. kompensację mocy biernej. Polega to na wytworzeniu potrzebnej mocy biernej wewnątrz zakładu, zamiast pobierania jej z sieci energetycznej. Do wytwarzania mocy biernej indukcyjnej służą baterie kondensatorów o odpowiednio dobranej pojemności (kompensatory statyczne) oraz kompensatory maszynowe tzw. kompensatory synchroniczne.

Rozróżnia się kompensację indywidualną, kiedy urządzenia kompensatorowe są instalowane na zaciskach poszczególnych odbiorników, lub grupową gdy kompensatory są instalowane w rozdzielni lub podstacji zasilającej grupę odbiorników lub cały zakład. W tym drugim przypadku stosuje się zwykle automatyczną regulację pozwalającą na utrzymywaniu wypadkowego współczynnika mocy na zadanym poziomie, aby uniknąć przypadku przekompensowania, tj. stanu w którym zakład będzie pobierał moc bierną pojemnościową. Regulacja polega na odpowiednim dopasowaniu pojemności baterii kondensatorów (w kompensatorach statycznych) lub na regulacji prądu wzbudzenia kompensatora synchronicznego.

Ze względu na koszt kompensatorów moc bierna pobierana przez zakład nie jest kompensowana w pełni a jedynie do wartości współczynnika mocy cos 0,9 - 0,95.

wykres wektorowy

Moc elektryczna bierna, którą odbiornik pobiera na wytworzenie pola elektromagnetycznego.

Moc bierną wytwarzają( oddają do sieci) także źródła mocy biernej jak kondensatory i maszyny synchroniczne, pobierają zaś wszelkie urządzenia prądu przemiennego, w których wytwarzanie energii jest związane głównie z polem magnetycznym jak silniki asynchroniczne, stanowiące podstawę napędów przemysłowych.

Odbiorniki o charakterze indukcyjnym powodują opóźnienie wektora prądu w stosunku do wektora napięcia, a więc prąd pobierany z sieci złożony jest z prądu czynnego i biernego indukcyjnego. Wskutek tego sieć prądu przemiennego przenosi do odbiorcy nie tylko przesyłaną określa moc pozorna:

S=UI [VA]

Nazwa mocy pozornej pochodzi stąd, że tylko z pozoru wydaje się, że moc czynna, tak jak to było przy prądzie stałym jest iloczynem U oraz I, w rzeczywistości moc czynna jest mniejsza od pozornej. Na ile mniejsza - mówi o tym współczynnik mocy cos ϕ, stąd stosunek mocy czynnej do mocy pozornej nazywa się współczynnikiem mocy.

Współczynnik mocy określa, jaka część mocy pozornej w obwodzie wykonuje pracę mechaniczną lub wytwarza ciepło.

Ćwiczenie.

L.p	U	C	I	IC	I0	ICZ	Ib	cosϕ	P	Q	S
		V	μF	A	A	A	A	A	-	W	VAr	VA
1	220	0	0,56	0	0,56	0,196	0,52	0,35	43	115,45	123,2
2	220	1	0,5	0,07	0,57	0,195	0,46	0,39	43	101,2	110
3	220	2	0,43	0,14	0,56	0,189	0,385	0,44	42	84,76	94,6
4	220	3	0,37	0,22	0,56	0,188	0,316	0,51	42	69,7	81,4
5	220	4	0,3	0,29	0,55	0,189	0,231	0,63	42	50,9	66
6	220	5	0,25	0,36	0,55	0,19	0,161	0,76	42	35,5	55
7	220	6	0,22	0,44	0,55	0,189	0,109	0,86	42	24,05	48,4
8	220	7	0,21	0,51	0,56	0,191	0,087	0,91	42	19,24	46,2
9	220	8	0,23	0,59	0,56	0,2	0,113	0,87	44	24,98	50,6
10	220	9	0,26	0,66	0,56	0,2	0,166	0,77	44	36,54	57,2
11	220	10	0,31	0,74	0,55	0,199	0,236	0,645	44	52,1	68,2

Wyniki otrzymaliśmy z następujących równań:

• współczynnik mocy
  

• moc pozorną
  

• moc bierną
  

• składową czynną
  

• składową bierną
  

Wnioski

Wykres wektorowy dla pojemności 0[μF], 4[μF], 8[μF]

Wykres P = f( C), S = f(C), Q= f(C), cosϕ= f(C), I= f(C).

Z przeprowadzonych wcześniej badań wynika konieczność poprawienia współczynnika mocy. Znane są dwa sposoby: naturalny i sztuczny.

W sposób naturalny poprawia się przez:

1. dobór silników indukcyjnych o właściwej mocy i zmianę niedociążonych silników na silniki o mniejszej mocy,

2. niedopuszczenie do pracy jałowej silników indukcyjnych i transformatorów,

3. przełączanie uzwojeń niedociążonych silników indukcyjnych z trójkąta w gwiazdę,

4. dobór transformatorów o właściwej mocy,

5. instalowanie silników synchronicznych zamiast indukcyjnych.

Sposób sztuczny poprawy współczynnika mocy polega na kompensacji mocy biernej indukcyjnej. Kompensację tę przeprowadza się przyłączając równolegle do odbiorników indukcyjnych, kondensatory energetyczne lub przedwzbudne silniki synchroniczne, zachowujące się jak kondensatory. Wtedy moc bierna indukcyjna pobierana przez zakład jest skompensowana przez moc bierną pojemnościową.

Ze sztucznych sposobów w praktyce największe zastosowanie znalazły metody poprawy współczynnika mocy za pomocą baterii kondensatorów i stosowanie silników synchronicznych.

---