В
сети переменного тока почти всегда существует сдвиг фаз между
напряжением и током, так как к ней подключены индуктивности –
трансформаторы, дроссели и главным образом асинхронные двигатели и
емкости – кабели, синхронные компенсаторы и др. По цепи проходит результирующий ток I со сдвигом фаз относительно напряжения. Ток I состоит из активной составляющей Iа и реактивной (намагничивающей) IL. Между составляющими Iа и IL сдвиг по фазе 90°. Кривые напряжения на зажимах источника U, активной составляющей Iа и тока намагничивания …

В сети переменного тока почти всегда существует сдвиг фаз между напряжением и током, так как к ней подключены индуктивности – трансформаторы, дроссели и главным образом асинхронные двигатели и емкости – кабели, синхронные компенсаторы и др.

По цепи, обозначенной тонкой линией на рис. 1, проходит результирующий ток I со сдвигом фаз относительно напряжения (рис. 2). Ток I состоит из активной составляющей Iа и реактивной (намагничивающей) IL. Между составляющими Iа и IL сдвиг по фазе 90°.

Кривые напряжения на зажимах источника U, активной составляющей Iа и тока намагничивания IL показаны на рис. 3.

В те части периода, когда ток I нарастает, увеличивается и магнитная энергия поля катушки. В это время электрическая энергия превращается в магнитную. Когда же ток уменьшается, магнитная энергия поля катушки превращается в электрическую и возвращается в питающую сеть.

В активном сопротивлении электрическая энергия переходит в тепло или свет, а в двигателе она преобразуется в механическую энергию. Значит, активное сопротивление и двигатель преобразуют электрическую энергию в тепловую и соответственно механическую, а катушка (индуктивность) или конденсатор (емкость) не потребляет электрической энергии, так как она в момент свертывания магнитного и электрического полей возвращается целиком в питающую сеть.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Чем больше индуктивность катушки (см. рис. 1), тем больше ток IL и сдвиг по фазе (рис. 2). При большем фазовом сдвиге меньше коэфциент мощности cos и активная (полезная) мощность (P=UI cos=Scos).

При одинаковой полной мощности (S=UI ВА), которую, например, генератор отдает в сеть, активная мощность P будет меньше при большем угле , т. е. при меньшем коэфциенте мощности cos.

Сечение проводов обмотки должно быть рассчитано на результирующий ток I. Поэтому стремление электротехников (энергетиков) заключается в уменьшении фазового сдвига, проводящего к уменьшению результирующего тока I.

Простым способом уменьшения фазового сдвига, т. е. увеличения коэфциента мощности, является параллельное присоединение конденсатора к индуктивному сопротивлению (рис. 1 цепь, обведенная жирной линией). Направление емкостного тока IC обратно направлению тока намагничивания катушки IL. При определенном выборе емкости C ток IC=IL, т. е. в цепи будет резонанс, цепь будет вести себя так, как будто нет ни емкостного, ни индуктивного сопротивления, т. е. как будто в цепи только активное сопротивление. В этом случае полная мощность равна активной мощности P:

S=P; UI=UIа,

откуда вытекает, что I=Iа, a cos=1.

При равенстве токов IL=IC, т. е. равенстве сопротивлений XL=XC=L=1(C), будет cos=1, а фазовый сдвиг будет компенсирован.

На диаграмме на рис. 2 показано, как прибавлением тока IC к результирующему току I уничтожается сдвиг. Глядя на замкнутую цепь L и C, можно сказать, что катушка соединена последовательно с конденсатором, а токи IC и IL текут друг за другом. Конденсатор, который попеременно заряжается и разряжается, обеспечивает в катушке ток намагничивания I=IL=IC, который не потребляется из сети. Конденсатор является своего рода аккумулятором переменного тока намагничивания катушки и заменяет сеть, чем и уменьшается или устраняется сдвиг фаз.

На диаграмме на рис. 3 заштрихованные за полпериода площади изображают энергию магнитного поля, переходящую в энергию электрического поля и обратно.

При параллельном соединении конденсатора с питающей сетью или двигателем результирующий ток I уменьшается до величины активной составляющей Iа (см. рис. 2). При последовательном соединении конденсатора с катушкой и источником питания также можно добиться компенсации фазового сдвига. Последовательное соединение для компенсации cos не применяется, так как оно требует большего числа конденсаторов, чем при параллельном соединении.

Примеры 2–5, данные ниже, включают расчет величины емкости конденсатора чисто для учебных целей. На практике конденсаторы заказывают, исходя не из емкости, а из реактивной мощности.

Для компенсации реактивной мощности устройства замерим U, I и подводимую мощность P. По ним определим коэфциент мощности устройства: cos1=P/S=P/(UI), который нужно улучшить до cos2 >cos1 .

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев