Aumentando o fator de potência em circuitos de corrente senoidal

A maioria dos consumidores modernos de energia elétrica tem uma carga de natureza indutiva, cujas correntes ficam atrás da tensão da fonte. Assim, para motores de indução, transformadores, máquinas de solda e outra corrente reativa é necessária para criar um campo magnético rotativo em máquinas elétricas e um fluxo magnético alternado em transformadores.

A potência ativa de tais consumidores nos valores dados de corrente e tensão depende de cosφ:

P = UICosφ, I = P / UCosφ

Uma diminuição no fator de potência leva a um aumento na corrente.

cosseno phi é particularmente reduzido quando motores e transformadores estão em marcha lenta ou sob carga pesada. Se a rede tiver corrente reativa, a potência do gerador, das subestações transformadoras e das redes não é totalmente utilizada. À medida que cosφ diminui, eles aumentam significativamente perda de energia para fios de aquecimento e bobinas de dispositivos elétricos.

Por exemplo, se a potência real permanecer constante, é fornecida uma corrente de 100 A em cosφ = 1, então com a diminuição do cosφ para 0,8 e a mesma potência, a corrente na rede aumenta 1,25 vezes (I = Innetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Perdas nos fios da rede de aquecimento e enrolamentos de um gerador (transformador) Pcarga = I2nets x Rnets são proporcionais ao quadrado da corrente, ou seja, aumentam 1,252 = 1,56 vezes.

Em cosφ= 0,5, a corrente na rede com a mesma potência ativa é igual a 100 / 0,5 = 200 A, e as perdas na rede aumentam 4 vezes (!). está crescendo perdas de tensão de redeque interrompa a operação normal de outros usuários.

O medidor do usuário em todos os casos informa a mesma quantidade de energia ativa consumida por unidade de tempo, mas no segundo caso o gerador alimenta a rede com uma corrente 2 vezes maior que a do primeiro. A carga do gerador (modo térmico) é determinada não pela potência ativa dos consumidores, mas pela potência total em quilovolt-amperes, ou seja, o produto da tensão por amperagemfluindo pelas bobinas.

Se denotamos a resistência dos fios da linha Rl, a perda de energia nela pode ser determinada da seguinte forma:

Portanto, quanto maior o usuário, menos perdas de energia na linha e mais barata a transmissão de energia elétrica.

O fator de potência mostra como a potência nominal da fonte é utilizada. Assim, para fornecer ao receptor 1000 kW em φ= 0,5 a potência do gerador deve ser S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, e em cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Portanto, aumentar o fator de potência aumenta a utilização de energia dos geradores.

Para aumentar o fator de potência (cosφ) são utilizadas instalações elétricas compensação de potência reativa.

O aumento do fator de potência (reduzindo o ângulo φ — mudança de fase da corrente e tensão) pode ser obtido das seguintes maneiras:

1) substituição de motores levemente carregados por motores de menor potência,

2) sob tensão

3) desligamento de motores e transformadores ociosos,

4) a inclusão de dispositivos de compensação especiais na rede, que são geradores da corrente principal (capacitiva).

Para este propósito, compensadores síncronos - motores elétricos superexcitados síncronos - são especialmente instalados em poderosas subestações regionais.

Compensadores síncronos

Para aumentar a eficiência das usinas, os bancos de capacitores mais utilizados são conectados em paralelo com a carga indutiva (Fig. 2 a).

Arroz. 2 Ligar capacitores para compensação de potência reativa: a — circuito, b, c — diagramas vetoriais

Para compensar o cosφ em instalações elétricas de até várias centenas de kVA, eles são usados capacitores de cosseno… São produzidos para tensões de 0,22 a 10 kV.

A capacidade do capacitor necessária para aumentar o cosφ do valor existente cosφ1 para o cosφ2 necessário pode ser determinada a partir do diagrama (Fig. 2 b, c).

Ao construir um diagrama vetorial, o vetor de tensão da fonte é considerado o vetor inicial. Se a carga for indutiva, o vetor de corrente Az1 fica atrás do ângulo do vetor de tensão φ1Aza coincide na direção com a tensão, o componente reativo da corrente Azp fica atrás dele em 90 ° (Fig. 2 b).

Depois de conectar o banco de capacitores ao usuário, a corrente Az é determinada como uma soma geométrica dos vetores Az1 e Az° C... Nesse caso, o vetor de corrente capacitiva precede o vetor de tensão em 90 ° (Fig. 2, c) . Isso mostra o diagrama vetorial φ2 <φ1, ou seja, depois de ligar o capacitor, o fator de potência aumenta de cosφ1 para cosφ2

A capacidade de um capacitor pode ser calculada usando um diagrama vetorial de correntes (Fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Dado que P = UI, escrevemos a capacitância do capacitor C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

Na prática, o fator de potência geralmente aumenta não para 1,0, mas para 0,90 - 0,95, uma vez que a compensação total requer a instalação adicional de capacitores, o que muitas vezes não é justificado economicamente.