正弦波電流回路の力率の向上

現代の電気エネルギー消費者のほとんどは、負荷に誘導性の性質を持っており、その電流は電源電圧よりも遅れます。したがって、誘導電動機の場合、 変圧器, 溶接機 電気機械に回転磁界を生成し、変圧器に交流磁束を生成するには、その他の無効電流が必要です。

電流と電圧の指定された値におけるそのような消費者の有効電力は、cosφに依存します。

P = UICosφ、I = P / UCosφ

力率が低下すると、電流が増加します。

コサインファイ 特に、モーターや変圧器がアイドリングしているとき、または高負荷がかかっているときに大幅に減少します。ネットワークに無効電流がある場合、発電機、変電所、およびネットワークの電力が十分に活用されません。 cosφが減少するにつれて、それらは大幅に増加します エネルギーの損失 電気機器の電熱線やコイルに。

たとえば、実電力が一定のままである場合、cosφ= 1 で 100 A の電流が供給されます。その後、cosφ が 0.8 に減少し、電力が同じになると、ネットワーク内の電流は 1.25 倍に増加します (I = Inetwork x cosφ)。 、アザック = アザ / cosφ )。

暖房ネットワークの配線の損失 発電機（変圧器）の巻線 Pload = I2nets x Rnets は電流の 2 乗に比例します。つまり、1.252 = 1.56 倍に増加します。

cosφ= 0.5 では、同じ有効電力のネットワーク内の電流は 100 / 0.5 = 200 A に等しく、ネットワーク内の損失は 4 倍 (!) 増加します。成長しています ネットワーク電圧損失他のユーザーの通常の操作を妨害します。

ユーザーのメーターは、すべての場合において、単位時間あたりの同じ消費有効エネルギー量を報告しますが、2 番目のケースでは、発電機は最初のケースの 2 倍の電流をネットワークに供給します。発電機の負荷 (熱モード) は、消費者の有効電力ではなく、キロボルト アンペア単位の総電力、つまり電圧と次の積によって決まります。 アンペア数コイルの中を流れます。

ライン R1 のワイヤの抵抗を表すと、その中の電力損失は次のように決定できます。

したがって、ユーザーの規模が大きいほど、送電線での電力損失が少なくなり、送電コストが安くなります。

力率は、電源の定格電力がどのように使用されるかを示します。したがって、受信機に 1000 kW を供給するには、φ= 0.5 で発電機の電力は S = P / cosφ = 1000 / 0.5 = 2000 kVA、cosφ = 1 C = 1000 kVA となる必要があります。

したがって、力率を高めると、発電機の電力使用率が増加します。

力率（cosφ）を高めるために電気設備が使用されます 無効電力補償.

力率の増加 (角度 φ の減少、つまり電流と電圧の位相シフト) は、次の方法で実現できます。

1) 負荷の軽いエンジンをより出力の低いエンジンに置き換える。

2) 不足電圧

3) アイドルモーターと変圧器の切断、

4) ネットワーク内に、先行（容量性）電流の発生器である特別な補償デバイスを含めること。

この目的のために、同期補償装置 (同期過励磁電動機) が強力な地域の変電所に特別に設置されています。

同期補償器

発電所の効率を高めるために、最も一般的に使用されるコンデンサバンクは誘導負荷と並列に接続されます（図2a）。

米。 2 無効電力補償のためのコンデンサのスイッチオン: a — 回路、b、c — ベクトル図

数百 kVA までの電気設備の cosφ を補償するために使用されます。 コサインコンデンサ… 0.22 ～ 10 kV の電圧向けに製造されています。

cosφを既存の値cosφ1から必要なcosφ2まで増加させるために必要なコンデンサの容量は、図から決定できます（図2b、c）。

ベクトル図を作成する場合、電源電圧ベクトルが初期ベクトルとして使用されます。負荷が誘導性の場合、電流ベクトルAz1は電圧ベクトルφ1Azaの角度が電圧と方向が一致するより遅れ、電流Azpの無効成分は90°遅れます（図2b）。

コンデンサバンクをユーザーに接続した後、電流AzはベクトルAz1とAz°Cの幾何学和として決定されます...この場合、容量性電流ベクトルは電圧ベクトルより90°先行します(図2、c)。 。これはベクトル図 φ2 < φ1、つまりコンデンサのスイッチをオンにした後、力率は cosφ1 から cosφ2 に増加します。

コンデンサの容量は、電流のベクトル図を使用して計算できます（図 2 c） Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

P = UI とすると、コンデンサの容量 C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2) と書きます。

実際には、力率は通常 1.0 ではなく 0.90 ～ 0.95 に増加します。これは、完全な補償にはコンデンサの追加設置が必要ですが、これは経済的に正当化されないことが多いためです。