Активное и реактивное сопротивление трансформатора: Реактивное сопротивление трансформатора: формулы расчета

Реактивное сопротивление трансформатора: формулы расчета

Мы привыкли считать, что все магнитные потоки в трансформаторе пронизывают обе обмотки и магнитопровод. Если бы существовал идеальный трансформатор, то это действительно так бы и происходило. К сожалению, в реальности часть магнитного потока преодолевает изоляционное пространство, выходит за пределы обмоток и замыкается в них (см. рис. 1). В результате возникает реактивное сопротивление трансформатора. Такое явление ещё называют рассеиванием магнитных потоков.

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая рассеивание магнитных потоков

В катушках существуют и другие сопротивления, являющиеся причинами потерь мощности. Таковыми являются: внутреннее сопротивление материалов обмоток, и рассеивания, вызванные индуктивными сопротивлениями. Совокупность рассеиваний магнитных потоков называют внутренним сопротивлением или импедансом трансформатора.

Потери реактивных мощностей

Вспомним, как работает идеальный двухобмоточный трансформатор (см.

рис. 2). Когда первичная обмотка окажется под переменным напряжением (например, от электрической сети), возникнет магнитный поток, который пронизывает вторичную катушку индуктивности. Под действием магнитных полей происходит возбуждение вторичных обмоток, в витках которых возникает ЭДС. При подключении активной мощности к прибору во вторичной цепи начинает протекать переменный ток с частотой входного тока.

Рис. 2. Устройство трансформатора

В идеальном трансформаторе образуется прямо пропорциональная связь между напряжениями в обмотках. Их соотношение определяется соотношением числа витков каждой из катушек. Если U₁ и U₂ – напряжения в первой и второй обмотке соответственно, а w₁ и w₂ – количество витков обмоток, то справедлива формула: U₁ / U₂ = w₁ / w₂.

Другими словами: напряжение в рабочей обмотке во столько раз больше (меньше), во сколько раз количество мотков второй катушки увеличено (уменьшено) по отношению к числу витков, образующих первичную обмотку.

Величину w₁ / w₂ = k принято называть коэффициентом трансформации. Заметим, что формула, приведённая выше, применима также для автотрансформаторов.

В реальном трансформаторе часть энергии теряется из-за рассеяния магнитных потоков (см. рис. 1). Зоны, где происходит концентрация потоков рассеяния обозначены пунктирными линиями. На рисунке видно, что индуктивность рассеяния охватывает  магнитопровод и выходит за пределы обмоток.

Наличие реактивных сопротивлений в совокупности с активным сопротивлением обмоток приводят к нагреванию конструкции. То есть, при расчётах КПД необходимо учитывать импеданс трансформатора.

Обозначим активное сопротивление обмоток символами R

1 и R₂ соответственно, а реактивное – буквами X₁ и X₂. Тогда импеданс первичной обмотки можно записать в виде: Z₁= R₁+jX₁. Для рабочей катушки соответственно будем иметь: Z₂= R₂+jX₂, где j – коэффициент, зависящий от типа сердечника.

Реактивное сопротивление можно представить в виде разницы индукционного и ёмкостного показателя: X = R_L – R_C. Учитывая, что R_L =  ωL, а R_C = 1/ωC, где ω – частота тока, получаем формулу для вычисления реактивного сопротивления: X = ωL – 1/ωC.

Не прибегая к цепочке преобразований, приведём готовую формулу для расчёта полного сопротивления, то есть, для определения импеданса трансформатора:

Суммарное сопротивление трансформатора необходимо знать для определения его КПД. Величины потерь в основном зависят от материала обмоток и конструктивных особенностей трансформаторного железа. Вихревые потоки в монолитных стальных сердечниках значительно больше, чем многосекционных конструкциях магнитопроводов. Поэтому на практике сердечники изготавливаются из тонких пластин трансформаторной стали. С целью повышения удельного сопротивления материала, в железо добавляют кремний, а сами пластины покрывают изоляционным лаком.

Для определения параметров трансформаторов важно найти активное и реактивное сопротивление, провести расчёты потерь холостого хода. Приведённая выше формула не практична для вычисления импеданса по причине сложности измерений величин индукционного и ёмкостного сопротивлений. Поэтому на практике пользуются другими методами для расчёта, основанными на особенностях режимов работы силовых трансформаторов.

Режимы работы

Двухобмоточный трансформатор способен работать в одном из трёх режимов:

• вхолостую;
• в режиме нагрузки;
• в состоянии короткого замыкания.

Для проведения расчётов режимов электрических цепей проводимости заменяют нагрузкой, величина которой равна потерям при работе в режиме холостого хода. Вычисления параметров схемы замещения проводят опытным путём, переводя трансформатор в один из возможных режимов: холостого хода, либо в состояние короткого замыкания. Таким способом можно определить:

• уровень потерь активной мощности при работе на холостом ходу;
• величины потерь активной мощности в короткозамкнутом приборе;
• напряжение короткого замыкания;
• силу тока холостого хода;
• активное и реактивное сопротивление в короткозамкнутом трансформаторе.

Параметры режима холостого хода

Для перехода в работу на холостом ходу необходимо убрать отсутствует нагрузку на вторичной обмотке, то есть – разомкнуть электрическую цепь. В разомкнутой катушке напряжение отсутствует. Главной составляющей тока в первичной цепи является ток, возникающий на реактивных сопротивлениях. С помощью измерительных приборов довольно просто найти основные параметры переменного тока намагничивания, используя которые можно вычислить потери мощности, умножив силу тока на подаваемое напряжение.

Схема измерений на холостом ходу показана на рисунке 3. На схеме показаны точки для подключения измерительных приборов.

Рис. 3. Схема режима холостого хода

Формула, применяемая для  расчётов параметров реактивной проводимости, выглядит так: В_т = I_х%*S_ном  / 100* U_{в ном}²  Умножитель 100 в знаменателе применён потому, что величина тока холостого хода I_х

обычно выражается в процентах.

Режим короткого замыкания

Для перевода трансформатора на работу в режиме короткого замыкания закорачивают обмотку низшего напряжения. На вторую катушку подают такое напряжение, при котором в каждой обмотке циркулирует номинальный ток. Поскольку подаваемое напряжение существенно ниже номинальных напряжений, то потери активной мощности в проводимости настолько малы, что ими можно пренебречь.

Таким образом, у нас остаются активные мощности в трансформаторе, которые расходуются на нагрев обмоток: ΔP_k = 3* I_1ном * R_т. Выразив ток I_{1 ном} через напряжение U_ка и сопротивление R_т, умножив выражение на 100, получим формулу для вычисления падения напряжения в зонах активного сопротивления (в процентах):

Активное сопротивление двухобмоточного силового трансформатора вычисляем по формуле:

Подставив значение R_т в предыдущую формулу, получим:

Вывод: в короткозамкнутом трансформаторе падение напряжения в зоне активного сопротивления (выраженная в %) прямо пропорционально размеру потерь активной мощности.

Формула для вычисления падения напряжения в зонах реактивных сопротивлений имеет вид:

Отсюда находим:

Величины реактивных сопротивлений в современных трансформаторах гораздо меньше активного. Поэтому можно считать что падение напряжения в зоне реактивного сопротивления U_{к р} ≈ U_к, поэтому для практических расчётов можно пользоваться формулой: X_T = U_k*U_{в ном}² / 100*S_ном

Рассуждения, приведённые выше, справедливы также для многообмоточных, в том числе и для трёхфазных трансформаторов. Однако вычисления проводятся по каждой обмотке в отдельности, а задача сводится к решению систем уравнений.

Знание коэффициентов мощности, сопротивления рассеивания и других параметров магнитных цепей позволяет делать расчёты для определения величин номинальных нагрузок. Это, в свою очередь, обеспечивает работу трансформатора в промежутке номинальных мощностей.

Список использованной литературы

• Сивухин Д. В. «Общий курс физики» 1975
• Н.А. Костин, О.Г.Шейкина «Теоретические основы электротехники» 2007
• Нейман Л.Р., Демирчян К.С. «Теоретические основы электротехники» 1981
• Бартош А.И. «Электрика для любознательных» 2019

Реактивное сопротивление трансформатора. Импеданс трансформатора

Когда на трансформатор подается нагрузка, в его обмотках возникают магнитные потоки. Большая часть из них проходит через обе обмотки. Но есть малая часть потоков, которые замыкаются только на одной из обмоток. Последняя часть рассеивается. Этот поток называется реактивным потоком рассеяния.

Наглядно это явление видно на рисунке:

 

Что такое сопротивление трансформатора?

Обмотки трансформаторов изготавливаются из проводящего материала – меди либо алюминия. Оба металла неплохо проводят электрический ток. Но идеальных проводников просто не существует. Поэтому в обеих обмотках есть определенное сопротивление. Из него и складывается сопротивление трансформатора.

Импеданс трансформатора

Мы выяснили, что в катушках трансформатора есть сопротивление и реактивное сопротивление. Совокупность внутреннего сопротивления и сопротивления рассеивания – это и есть импеданс трансформатора.

Магнитный поток рассеяния в трансформаторах

Если бы существовал идеальный трансформатор, то все магнитные потоки проходили бы через обе обмотки и сердечник. Но на деле такого просто не бывает. Часть магнитного потока выходит из обмотки, проходит через изоляцию и замыкается в этой же обмотке. Это явление называют реактивным сопротивлением рассеяния обмоток. Оно же является реактивным сопротивлением рассеяния всего трансформатора. Иначе его еще называют рассеянием магнитного потока. 

Как рассчитать импеданс трансформатора?

Формулы для расчета импеданса трансформатора для обеих обмоток имеют вид:

Z1 = R1 + jX1 и

Z2 = R2 + jX2,

где R1 и R2 – это сопротивление первичной и вторичной обмотки, X1 и X2 – сопротивление рассеяния обмоток, а Z1 и Z2 – это импеданс обмоток.

Как рассчитать напряжение трансформатора с учетом импеданса обмоток?

Из-за сопротивления рассеяния в обмотках возникают перепады напряжения. Если мы подаем на первичную обмотку ток напряжением V1, то из-за сопротивления рассеяния в ней возникает составляющая I1X1 как самоиндукция. X1 здесь – это реактивное сопротивление рассеяния. Теперь, если учтем падение напряжения из-за сопротивления на первичной обмотке, то уравнение напряжения трансформатора примет вид:

V1 = E1 + I1(R1 + jX1) ⇒ V1 = E1 + I1R1 + jI1X1.

Так же с учетом вторичного реактивного напряжения на вторичной обмотке покажем уравнение напряжения:

V2 = E2 – I2(R2 + jX2) ⇒ V2 = E2 – I2R2 − jI2X2.

Как видите, магнитный поток рассеяния влияет на общее сопротивление трансформатора. Из-за реактивного сопротивления в первичной и вторичной обмотке трансформатора возникают скачки напряжения. Это особенно важно учитывать в электрических сетях, где несколько трансформаторов работают параллельно.

Двухобмоточный трансформатор | Режимщик

Двухобмоточные трансформаторы

 

 

Двухобмоточные трансформаторы характеризуются сопротивлением короткого замыкания 

и проводимостью шунта намагничивания схема замещения — Г-образная (рисунок 1) с идеальным трансформатором ИТ, не имеющим сопротивления и характеризующимся только коэффициентами трансформации:

Рисунок 1 Г- Образная схема замещения 2 обмоточного трансформатора с идеальным трансформатором ИТ

 

В программах расчета установившегося режима коэффициент трансформации может определяться, например, как соотношение напряжений 2-го и 1-го узлов данной связи, то есть может быть определен по формуле приведенной выше так и обратным соотношением, в зависимости от того, какой из узлов задан в качестве начала ветви, а какой — в качестве конца ветви (в RastrWin такой принцип расчета коэффициента трансформации).
Для трансформаторов, имеющих регулирование напряжения, в частности регулирование напряжения под нагрузкой, коэффициент трансформации должен соответствовать реальному положению переключателя отпайки:  для i-й отпайки трансформатора.

В такой схеме замещения сопротивление Zт не зависит от k, хотя в действительности такая зависимость имеется.
Активное сопротивление обмоток двухобмоточного трансформатора определяют по известным потерям мощности в обмотках трансформатора, которые в практических расчетах обычно принимают равными потерям короткого замыкания при номинальном токе трансформатора. Выражение для активного сопротивления трансформатора следующее:где: Pk — потери короткого замыкания на трансформаторе, кВт,
Uном — номинальное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ,
Sном — номинальная мощность трансформатора. МВА.
Полное сопротивление обмоток трансформатора: где: uk — напряжение короткого замыкания трансформатора, выраженное в процентах его от номинального напряжения,
Uном — номинальное напряжение соответствующей обмотки трансформатора, кВ,
Sном — номинальная мощность трансформатора, МВА.
Отсюда можно определить индуктивное сопротивление рассеяния обмоток трансформатора: Для мощных трансформаторов (мощностью выше 1000 кВА), имеющих очень небольшое активное сопротивление, по сравнению с индуктивным), обычно индуктивное сопротивление определяется приближенно Xт=Zт.
Для мощных трансформаторов можно также считать Yт=0, так как потери холостого хода пренебрежительно малы. При необходимости эти потери могут быть учтены: где: Pх — потери холостого хода (потери в стали), кВт,
Sном — номинальная мощность трансформатора, МВА,
iх — ток холостого хода, %,
Iном, Uном — номинальные ток и напряжение трансформатора, А, кВ,

 

Таки образом, при моделировании двухобмоточного трансформатора для расчета установившегося режима обычно вводятся четыре параметра: Rт, Xт, Gт и Bт, рассчитываемые по паспортным данным трансформаторов по вышеприведенным формулам.

В различных программах расчета режима есть свои особенности ввода данных по трансформаторам. После определения расчетных параметров трансформаторов вашей сети k,Rт, Xт, Gт, Bт необходимо ввести их в расчетную схему согласно инструкции, приложенной к используемой программе. Особо следует обратить внимание на коэффициент трансформации, и на то, к какому узлу приводится сопротивление трансформатора и параметры его шунта намагничивания.

Поэтому расчетные параметры трансформаторов необходимо вводить в расчетную схему k, Rт, Xт, Gт, Bт согласно инструкции, приложенной к используемой программе, если инструкция не содержит указаний по этому поводу, можно сделать локальный расчет режима для одного трансформатора, и проследить, чтобы он был близок к оценочным параметрам данного трансформатора. Так, рассчитанные программой потери холостого хода должны быть близки (а при номинальном напряжении — совпадать) с Pхх в паспортных данных или в данных справочника r и x трансформатора должно быть близко к рассчитанным в справочнике для трансформатора данного типа r и x, для этой цели можно использовать справочную литературу.

Активное сопротивление — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Активное сопротивление — трансформатор

Cтраница 1

Активное сопротивление трансформатора обычно точнее всего определяется после его изготовления.  [1]

Активное сопротивление трансформаторов принимаем равным 4 % от их индуктивного сопротивления. В конечном счете при полной поперечной компенсации схема приводится к виду, представленному на фиг.  [2]

Активные сопротивления трансформаторов и автотрансформаторов высокого напряжения большой мощности очень малы по сравнению с индуктивными.  [3]

Активные сопротивления трансформаторов и автотрансформаторов высокого напряжения большой мощности очень малы по сравнению с индуктивными. Поэтому в практических расчетах сетей с крупными трансформаторами и автотрансформаторами можно активными сопротивлениями и потерями мощности в них пренебречь, не внеся в результаты существенной погрешности.  [4]

Активные сопротивления трансформаторов или реакторов приняты равными нулю.  [5]

Активное сопротивление трансформатора весьма мало. Если при этом принять, что индуктивное сопротивление рассеяния трансформатора приближенно изменяется пропорционально квадрату числа витков его обмоток ( что довольно близко к действительности), то заданное значение ик %, следует считать от напряжения холостого хода того ответвления регулируемой обмотки, которое установлено у трансформатора.  [6]

Активное сопротивление трансформатора, отнесенное к базисной мощности.  [8]

Активное сопротивление трансформатора обычно точнее всего определяется после его изготовления.  [9]

Междуобмоточные активные сопротивления трансформатора определяются по соответствующим потерям к.  [10]

Активное сопротивление трансформатора напряжения, изменяющееся в зависимости от его параметров в пределах 3 — 15 кОм, уменьшает постоянную времени разряда и позволяет, как показали результаты измерений, практически полностью снять напряжение с участка линии 500 кВ длиной 250 — 300 км в течение 0 05 с. На линии длиной до 500 км необходима установка двух комплектов трансформаторов напряжения, которые должны размещаться по концам участка. В этом случае коммутационные перенапряжения при ТАПВ будут ограничены по величине до уровня, регистрируемого при включении линии.  [11]

Активным сопротивлением трансформатора пренебречь, вентили идеальные.  [12]

Определить активное сопротивление трансформатора при холостом ходе, коротком замыкании и нагрузке, если известно, что ток холостого хода / х2 5 А, ток короткого замыкания / 26 А, ток нагруженного трансформатора / j24 А.  [13]

Определение активных сопротивлений трансформаторов с расщепленными обмотками производится аналогично определению сопротивлений для трехоб-моточных трансформаторов.  [14]

Но поскольку активное сопротивление трансформаторов сравнительно невелико, обычно принимают гт.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Активное и реактивное сопротивление. Треугольник сопротивлений

Активное и реактивное сопротивление — сопротивлением в электротехнике называется величина, которая характеризует противодействие части цепи электрическому току. Это сопротивление образовано путем изменения электрической энергии в другие типы энергии. В сетях переменного тока имеется необратимое изменение энергии и передача энергии между участниками электрической цепи.

Активное и реактивное сопротивление

При необратимом изменении электроэнергии компонента цепи в другие типы энергии, сопротивление элемента является активным. При осуществлении обменного процесса электроэнергией между компонентом цепи и источником, то сопротивление реактивное.

В электрической плите электроэнергия необратимо преобразуется в тепло, вследствие этого электроплита имеет активное сопротивление, так же как и элементы, преобразующие электричество в свет, механическое движение и т.

д.

В индуктивной обмотке переменный ток образует магнитное поле. Под воздействием переменного тока в обмотке образуется ЭДС самоиндукции, которая направлена навстречу току при его увеличении, и по ходу тока при его уменьшении. Поэтому, ЭДС оказывает противоположное действие изменению тока, создавая индуктивное сопротивление катушки.

С помощью ЭДС самоиндукции осуществляется возвращение энергии магнитного поля обмотки в электрическую цепь. В итоге обмотка индуктивности и источник питания производят обмен энергией. Это можно сравнить с маятником, который при колебаниях преобразует потенциальную и кинетическую энергию. Отсюда следует, что сопротивление индуктивной катушки имеет реактивное сопротивление.

Самоиндукция не образуется в цепи постоянного тока, и индуктивное сопротивление отсутствует. В цепи емкости и источника переменного тока изменяется заряд, значит между емкостью и источником тока протекает переменный ток. При полном заряде конденсатора его энергия наибольшая.

В цепи напряжение емкости создает противодействие течению тока своим сопротивлением, и называется реактивным. Между конденсатором и источником происходит обмен энергией.

После полной зарядки емкости постоянным током напряжение его поля выравнивает напряжение источника, поэтому ток равен нулю.

Конденсатор и катушка в цепи переменного тока работают некоторое время в качестве потребителя энергии, когда накапливают заряд. И также работают в качестве генератора при возвращении энергии обратно в цепь.

Если сказать простыми словами, то активное и реактивное сопротивление – это противодействие току снижения напряжения на элементе схемы. Величина снижения напряжения на активном сопротивлении имеет всегда встречное направление, а на реактивной составляющей – попутно току или навстречу, создавая сопротивление изменению тока.

Настоящие элементы цепи на практике имеют все три вида сопротивления сразу. Но иногда можно пренебречь некоторыми из них ввиду незначительных величин. Например, емкость имеет только емкостное сопротивление (при пренебрежении потерь энергии), лампы освещения имеют только активное (омическое) сопротивление, а обмотки трансформатора и электромотора – индуктивное и активное.

Активное сопротивление

В цепи действия напряжения и тока, создает противодействие, снижения напряжения на активном сопротивлении. Падение напряжения, созданное током и оказывающее противодействие ему, пропорционально активному сопротивлению.

При протекании тока по компонентам с активным сопротивлением, снижение мощности становится необратимым. Можно рассмотреть резистор, на котором выделяется тепло. Выделенное тепло не превращается обратно в электроэнергию. Активное сопротивление, также может иметь линия передачи электроэнергии, соединительные кабели, проводники, катушки трансформаторов, обмотки электромотора и т.д.

Отличительным признаком элементов цепи, которые обладают только активной составляющей сопротивления, является совпадение напряжения и тока по фазе. Это сопротивление вычисляется по формуле:

R = U/I, где R – сопротивление элемента, U – напряжение на нем, I – сила тока, протекающего через элемент цепи.

На активное сопротивление влияют свойства и параметры проводника: температура, поперечное сечение, материал, длина.

Реактивное сопротивление

Тип сопротивления, определяющий соотношение напряжения и тока на емкостной и индуктивной нагрузке, не обусловленное количеством израсходованной электроэнергии, называется реактивным сопротивлением. Оно имеет место только при переменном токе, и может иметь отрицательное и положительное значение, в зависимости от направления сдвига фаз тока и напряжения. При отставании тока от напряжения величина реактивной составляющей сопротивления имеет положительное значение, а если отстает напряжение от тока, то реактивное сопротивление имеет знак минус.

Активное и реактивное сопротивление, свойства и разновидности

Рассмотрим два вида этого сопротивления: емкостное и индуктивное. Для трансформаторов, соленоидов, обмоток генераторов и моторов характерно индуктивное сопротивление. Емкостный вид сопротивления имеют конденсаторы. Чтобы определить соотношение напряжения и тока, нужно знать значение обоих видов сопротивления, которое оказывает проводник.

Реактивное сопротивление образуется при помощи снижения реактивной мощности, затраченной на образование магнитного поля в цепи. Снижение реактивной мощности создается путем подключения к трансформатору прибора с активным сопротивлением.

Конденсатор, подключенный в цепь, успевает накопить только ограниченную часть заряда перед изменением полярности напряжения на противоположный. Поэтому ток не снижается до нуля, так как при постоянном токе. Чем ниже частота тока, тем меньше заряда накопит конденсатор, и будет меньше создавать противодействие току, что образует реактивное сопротивление.

Иногда цепь имеет реактивные компоненты, но в результате реактивная составляющая равна нулю. Это подразумевает равенство фазного напряжения и тока. В случае отличия от нуля реактивного сопротивления, между током и напряжением образуется разность фаз.

Катушка имеет индуктивное сопротивлением в схеме цепи переменного тока. В идеальном виде ее активное сопротивление не учитывают. Индуктивное сопротивление образуется с помощью ЭДС самоиндукции. При повышении частоты тока возрастает и индуктивное сопротивление.

На индуктивное сопротивление катушки оказывает влияние индуктивность обмотки и частота в сети.

Конденсатор образует реактивное сопротивление из-за наличия емкости. При возрастании частоты в сети его емкостное противодействие (сопротивление) снижается. Это дает возможность активно его применять в электронной промышленности в виде шунта с изменяемой величиной.

Треугольник сопротивлений

Схема цепи, подключенной к переменному току, имеет полное сопротивление, которое можно определить в виде суммы квадратов реактивного и активного сопротивлений.

Если изобразить это выражение в виде графика, то получится треугольник сопротивлений. Он образуется, если рассчитать последовательную цепь всех трех видов сопротивлений.

По этому треугольному графику можно увидеть, что катеты представляют собой активное и реактивное сопротивление, а гипотенуза является полным сопротивлением.

Похожие темы:

Реактивное сопротивление — трансформатор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Реактивное сопротивление — трансформатор

Cтраница 1

Реактивное сопротивление трансформатора 4 во много раз меньше входного сопротивления 2, чем обеспечивается постоянное значение тока i.  [1]

Реактивное сопротивление трансформатора при этом вычисляется из опыта короткого замыкания, когда напряжение подводится к первичной стороне и замыкается накоротко одна из вторичных звезд.  [2]

Реактивное сопротивление трансформатора Т1, равно нулю, поскольку по верхней и нижней половинам обмоток этого трансформатора протекают равные и противоположно направленные токи ( / 2 и / 2), магнитные потоки которых взаимно компенсируются.  [3]

Реактивное сопротивление трансформаторов регулируется изменением внутреннего магнитного поля, которое создается в дроссельных каналах электрическим током от внешнего источника. Данное устройство предназначено, в основном, для демпфирования ударных перегрузок и имеет невысокую надежность.  [5]

Реактивное сопротивление трансформаторов с РПН при переходе с основного ответвления на другое изменяется более значительно, чем активное, и для крайних положений регулировочной обмотки ( t PO) величина изменения Хтр весьма существенна.  [6]

Реактивным сопротивлением Tp трансформатора можно пренебречь, полагая тр Тр, как это имеет место в маломощных трансформаторах.  [7]

Благодаря повышенному реактивному сопротивлению трансформаторов с расщепленными обмотками применение их позволяет в некоторых случаях отказаться от реактирования.  [8]

А — реактивное сопротивление трансформатора, определяемое из опыта короткого замыкания и отнесенное к параметрам вторичной обмотки.  [9]

Предусмотрено изменение реактивного сопротивления трансформаторов, что позволяет моделировать трансформаторы различной мощности и с различными напряжениями короткого замыкания.  [10]

На низких частотах шунтирующее действие реактивного сопротивления трансформатора усилителя увеличивается, приводя к спаду в низкочастотной области характеристики.  [11]

Распределение роактивнЫх токов происходит обратно пропорционально реактивному сопротивлению трансформаторов.  [13]

Распределение реактивных токов происходит обратно пропорционально реактивному сопротивлению трансформаторов.  [14]

Однако движение шунта в окно сопровождается увеличением реактивного сопротивления трансформатора, ток уменьшается. Поэтому увеличение коэффициента потерь не сопровождается легко обнаруживаемым местным нагревом обмоток.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Активное и реактивное сопротивление в цепи переменного тока

В электрической цепи переменного тока существует два вида сопротивлений: активное и реактивное. Это является существенным отличием от цепей постоянного тока.

Активное сопротивление

При прохождении тока через элементы, имеющие активное сопротивление, потери выделяющейся мощности необратимы. Примером может служить резистор, выделяющееся на нем тепло, обратно в электрическую энергию не превращается. Кроме резистора активным сопротивлением может обладать линии электропередач, соединительные провода, обмотки трансформатора или электродвигателя.

Отличительной чертой элементов имеющих чисто активное сопротивление – это совпадение по фазе тока и напряжения, поэтому вычислить его можно по формуле 

Активное сопротивление зависит от физических параметров проводника, таких как материал, площадь сечения, длина, температура.

Реактивное сопротивление

При прохождении переменного тока через реактивные элементы возникает реактивное сопротивление. Оно обусловлено в первую очередь ёмкостями и индуктивностями.

Индуктивностью в цепи переменного тока обладает катушка индуктивности, причём в идеальном случае, активным сопротивлением её обмотки пренебрегают. Реактивное сопротивление катушки переменному току создаётся благодаря её ЭДС самоиндукции. Причем с ростом частоты тока, сопротивление также растёт.

Реактивное сопротивление катушки зависит от частоты тока и индуктивности катушки 

Конденсатор обладает реактивным сопротивлением благодаря своей ёмкости. Его сопротивление с увеличением частоты тока уменьшается, что позволяет его активно использовать в электронике в качестве шунта переменной составляющей тока.

Сопротивление конденсатора можно рассчитать по формуле 

Треугольник сопротивлений

Цепи переменного тока обладают полным сопротивлением. Полное сопротивление цепи определяется как сумма квадратов активного и реактивного сопротивлений 

Графическим изображением этого выражения служит треугольник сопротивлений, который можно получить в результате расчёта последовательной RLC-цепи. Выглядит он следующим образом:

На треугольнике видно, что катетами являются активное и реактивное сопротивление, а полной сопротивление гипотенуза.

Просмотров: 29099

Как рассчитать реактивную мощность трансформатора? — нарушение напряжения

Реактивная мощность трансформатора

Силовые трансформаторы во время работы «потребляют» индуктивные ВАРС. Это связано с потребностью в реактивной мощности двух отдельных ветвей трансформатора, а именно:

1. Шунтирующее намагничивающее сопротивление
2. Серия Реактивное сопротивление утечки

Реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, может достигать 5% от номинальной мощности трансформатора при подаче тока полной нагрузки.Коэффициент мощности на первичной обмотке трансформатора обычно ниже, чем тот, который измеряется на вторичной обмотке, из-за этой потребности трансформатора в реактивной мощности. Если измерение производится при среднем напряжении, то также будет измеряться дополнительная реактивная мощность, потребляемая трансформатором. В подобных случаях важно знать, сколько реактивной мощности потребляет трансформатор, чтобы ее можно было вычесть из требуемой реактивной мощности нагрузки. Обычно это происходит, когда счетчик электроэнергии находится на первичной обмотке, а трансформатор также принадлежит коммунальному предприятию. Нет смысла выставлять счет за реактивную мощность, потребляемую трансформатором, принадлежащим коммунальному предприятию, поскольку они вполне могли бы поставить счетчик на стороне низкого напряжения, и в этом случае потребителю не придется платить за него. Когда заказчик владеет трансформатором, то реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, будет измеряться коммунальным предприятием.

Калькулятор ниже можно использовать для расчета потребляемой реактивной мощности трансформатора при полной нагрузке и номинальном напряжении .Чтобы рассчитать реактивную мощность, обусловленную только сопротивлением намагничивания шунта, используйте% нагрузки как «без нагрузки».

Конденсаторные батареи обычно меньше рассчитанного значения, поскольку существует риск перекомпенсации в условиях малой нагрузки. Может быть установлен автоматический ступенчатый конденсатор коэффициента мощности, который переключал бы только необходимые ступени конденсатора, чтобы довести коэффициент мощности до желаемого уровня. Однако для этого необходимо будет проводить измерение коэффициента мощности на первичной обмотке трансформатора, что может быть нецелесообразно постоянно.Чаще всего реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, составляет лишь небольшой процент от реактивной мощности объекта, и точная компенсация может не потребоваться.

1. Реактивное намагничивание шунта

Реактивное сопротивление намагничивания шунта отвечает за создание магнитного потока в сердечнике трансформатора. Ток, необходимый для создания этого потока в сердечнике, называется током возбуждения и относительно не зависит от тока нагрузки трансформатора. Возбуждающий ток обычно около 0.25-2% от тока полной нагрузки трансформатора. Фактическое значение тока возбуждения можно получить из протокола заводских испытаний или измерить в полевых условиях.

Для расчета потребляемой реактивной мощности сначала рассчитайте приблизительное намагничивающее сопротивление шунта на основе заданного тока возбуждения. Ток возбуждения обычно указывается в процентах от тока полной нагрузки трансформатора.

2. Последовательное реактивное сопротивление утечки

Импеданс утечки серии

косвенно относится к величине магнитного потока, который не связан между первичной и вторичной обмотками.Последовательное реактивное сопротивление утечки (также известное как% импеданса) является важным параметром трансформатора, который определяет вклад короткого замыкания, регулирование напряжения и т. Д.

Требуемая реактивная мощность из-за последовательного реактивного сопротивления утечки изменяется пропорционально квадрату тока нагрузки. Полная индуктивная потребляемая мощность силового трансформатора — это арифметическая сумма требований, связанных с обеими вышеупомянутыми ветвями. Калькулятор в этой статье рассчитает это за вас.

Компенсация реактивной энергии, потребляемой трансформатором

Реактивная мощность, потребляемая трансформатором, может быть компенсирована добавлением параллельно подключенных конденсаторных батарей. Как можно увидеть из вычислителя, когда трансформатор нагружен, полная реактивная мощность Qt состоит из двух компонентов: реактивной мощности Q0 во время работы в разомкнутой цепи вторичной обмотки (состояние без нагрузки) и реактивной мощности, вызванной реактивным сопротивлением утечки. Общая реактивная мощность, потребляемая трансформатором, описывается следующим уравнением:

Где,

Q _t = Общая реактивная мощность, потребляемая трансформатором

Q ₀ = Реактивная мощность, потребляемая шунтирующим реактивным сопротивлением намагничивания трансформатора (без нагрузки)

% z = сопротивление короткого замыкания трансформатора в процентах

кВА _T = номинальная мощность трансформатора

кВА

кВА _L = Нагрузка кВА

Если для компенсации потребляемой трансформатором реактивной мощности требуется емкостная компенсация, следует проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерной компенсации в условиях малой нагрузки.В условиях малой нагрузки или отсутствия нагрузки реактивное сопротивление утечки не будет потреблять никакой реактивной мощности, и реактивную мощность потребляет только шунтирующее сопротивление намагничивания. При чрезмерной компенсации это может вызвать повышение напряжения на клеммах вторичной обмотки. Многие коммунальные предприятия предоставляют документы, в которых перечислены максимальные емкостные компенсации, которые могут быть установлены на вторичной обмотке служебного трансформатора. Если вам нужна эта информация, обратитесь в местную электрическую сеть.

Чаще всего реактивная мощность, потребляемая трансформатором, очень мала по сравнению с общей реактивной мощностью, потребляемой нагрузкой объекта.В этих случаях предприятие может принять решение об установке конденсаторной батареи большей емкости на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае необходимо обратить внимание на возможность гармонического резонанса между реактивным сопротивлением трансформатора и конденсатором.

Как измерить реактивную мощность?

Калькулятор коэффициента мощности

Почему мощность трансформаторов указывается в кВА, а не в кВт? — Леонардо Энергия

кВА — единица измерения полной мощности.

Полная мощность состоит из активной и реактивной мощности. Активная мощность — это доля полной мощности, которая передает энергию от источника (генератора) пользователю. Реактивная мощность — это доля полной мощности, которая представляет собой бесполезное колебание энергии от источника к пользователю и обратно. Это происходит, когда из-за некоторой «инерции» в системе возникает фазовый сдвиг между напряжением и током. Это означает, что ток не меняет полярность синхронно с напряжением. Но тепло, выделяемое в обмотке, а также потери на вихревые токи, генерируемые в сердечнике трансформатора, зависят только от тока, независимо от того, совпадает ли он с напряжением или нет.Следовательно, тепло всегда пропорционально квадрату амплитуды тока, независимо от фазового угла (сдвига между напряжением и током). Таким образом, трансформатор должен быть рассчитан (и выбран) по полной мощности. Часто бывает полезно подумать о крайнем примере: представьте себе вариант использования, в котором единственной и исключительной нагрузкой является статический компенсатор var (и такие случаи действительно существуют). Будет ли тогда нагрузка равна нулю, потому что активная мощность равна нулю? Конечно, нет. — Внимание: в этой ситуации напряжение на выходных клеммах будет увеличиваться с увеличением нагрузки, а не падать !

► Прочтите наши ресурсы по распределительным трансформаторам

Дополнение:

Следует проявлять особую осторожность, если ток нагрузки трансформатора включает более высокие частоты, такие как гармоники .Тогда трансформатор может даже перегреться, хотя ток нагрузки TRMS, правильно измеренный измерителем TRMS, не превышает номинального тока!

Почему это? Это связано с тем, что потери меди включают от 5% до 10% так называемых дополнительных потерь. Они возникают из-за вихревых токов в механических, электрически проводящих частях, изготовленных из ферромагнитных материалов, и особенно в обмотках низкого напряжения с их большими поперечными сечениями. Магнитные поля рассеяния, возникающие из-за отсутствия магнитной связи между обмотками ВН и НН (главный паразитный канал), индуцируют что-то, что можно было бы назвать «вихревым напряжением» внутри проводников, которое запускает вихревой ток, текущий по кругу через проводник. , перпендикулярно току основной нагрузки.Теперь амплитуда этого «вихревого напряжения» пропорциональна скорости изменения напряженности магнитного поля. Скорость изменения напряженности магнитного поля пропорциональна как амплитуде , так и частоте тока. Таким образом, вихревой ток увеличивается пропорционально току нагрузки и пропорционально рабочей частоте, поскольку ограничение вихревого тока является законом Ома. Дополнительная потеря мощности, вызванная вихревым током, равна вихревому току, умноженному на «вихревое напряжение».

Следовательно, дополнительные потери увеличиваются на квадрат тока нагрузки, возбуждающего магнитное поле рассеяния, и на квадрат частоты, в то время как «основные потери в меди» увеличиваются только на квадрат амплитуды тока нагрузки. Следовательно, трансформатор нагревается, когда ток нагрузки имеет ту же амплитуду, но на него накладываются составляющие с более высокой частотой выше номинальной. Эти дополнительные тепловые потери трудно определить количественно, особенно потому, что паразитное реактивное сопротивление трансформатора в некоторой степени ограничивает прохождение токов более высокой частоты, но в крайнем случае может увеличить дополнительные потери с 10% до 80% потерь в меди .Это означает, что трансформатор может работать примерно на 70% больше (из-за превышения температуры окружающей среды), чем указано для номинального (синусоидального) тока. Однако, поскольку омические тепловые потери зависят от квадрата тока, , достаточно ограничить ток нагрузки примерно до 65% от его номинального значения, чтобы избежать перегрева .

Понимание коэффициента мощности | electricaleasy.com

Энергия нужна и используется повсюду в мире. С точки зрения удобства, эффективности и экономии, лучше всего, чтобы мы генерировали, передавали и распространяли его в электрической форме, прежде чем он будет преобразован в требуемый с помощью подходящего оборудования.По тем же причинам экономии и эффективности мы используем переменный ток, а не постоянный ток. На практике мы производим, передаем и распределяем энергию почти исключительно в форме переменного тока. Постоянный ток используется либо в приложениях постоянного тока (машины постоянного тока и электронные схемы), либо в линиях передачи постоянного тока высокого напряжения.

Везде, где используется питание переменного тока, возникает вопрос о коэффициенте мощности.

Коэффициент мощности

• Определяется как « косинус угла между напряжением и током ».
• В цепи переменного тока напряжение и ток идеально совпадают по фазе.
• Но практически между ними существует разность фаз.
• Косинус этой разности фаз называется коэффициентом мощности.
• Его можно определить и математически представить следующим образом:

Из рис. (a) выше, можно ясно отметить, что существует разность фаз угла ɸ между вектором напряжения и вектором тока.
Коэффициент мощности = cosɸ

Рис. (b) называется Power Triangle
Здесь VI sinɸ = реактивная мощность (в ВАр)
VI cosɸ = активная мощность (в ваттах)
VI = полная мощность (в ВА)
PF = cosɸ = активная мощность ( Вт) / Полная мощность (ВА)

Рис.(c) называется треугольником импеданса
Здесь R = сопротивление, X = реактивное сопротивление, Z = импеданс
Z ² = R ² + X ²
PF = cosɸ = R / Z

Коэффициент мощности может быть запаздывающим, опережающим или единичным.

Отстающий коэффициент мощности

• Когда ток отстает от напряжения, коэффициент мощности цепи называется «запаздывающим»
• Когда цепь индуктивная, коэффициент мощности отстает.
• Нагрузки, такие как асинхронные двигатели, катушки, лампы и т. Д., Являются индуктивными и имеют запаздывание pf.

Ведущий коэффициент мощности

• Когда ток опережает напряжение (или напряжение отстает от тока), коэффициент мощности цепи называется опережающим.
• Когда цепь емкостная, опережающий коэффициент мощности.
• Емкостные нагрузки, такие как синхронные конденсаторы, конденсаторные батареи и т. Д., Потребляют опережающий ток. Такие схемы имеют опережающий коэффициент мощности.

Коэффициент мощности Unity

• Коэффициент мощности равен единице (т.е.е. 1) для идеальных схем.
• Когда ток и напряжение совпадают по фазе, PF = 1
• Коэффициент мощности не может быть больше единицы.
• Практически он должен быть максимально приближен к единице.

Если коэффициент мощности низкий, возникают следующие проблемы:

Влияние низкого коэффициента мощности

1. Ток нагрузки
   Мощность в цепи переменного тока может быть задана как: P = VI cosɸ
   Следовательно, cosɸ = P / VI
   I ∝ 1 / cosɸ
   Аналогичное соотношение может быть получено и для трехфазной цепи.Мы видим, что ток обратно пропорционален pf.

   Например, предположим, что мы хотим передать мощность 10 кВА при 100 В
   Если PF = 1,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 1) = 100 A
   Если PF = 0,8 ,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 0,8) = 125 A
   Следовательно, потребляемый ток выше при низком коэффициенте мощности.

2. Потери: Как указано выше, для низкого pf потребляемый ток высокий. Следовательно, потери в меди (потери I ² R) также будут высокими.Это снижает эффективность оборудования.
3. Перегрев оборудования: I ² R при потерях выделяется тепло (закон Джоуля). Следовательно, повышение температуры будет относительно большим при низком коэффициенте мощности, что приведет к дальнейшему увеличению нагрузки на изоляцию.
4. Размер провода: Низкий коэффициент мощности приводит к увеличению тока нагрузки. Если ток нагрузки увеличивается, размер необходимого проводника также увеличивается. Это еще больше увеличит стоимость кондуктора.
5. кВА Номинальная мощность машины: Машины не рассчитываются в кВт при производстве, потому что коэффициент мощности источника питания неизвестен. Вместо этого они оцениваются в кВА.
   Согласно определению, Cosɸ = Активная мощность (кВт) / Полная мощность (кВА)
   Следовательно, номинальная мощность кВА = 1 / cosɸ
   Следовательно, для низкого коэффициента мощности необходимо оборудование с большей номинальной мощностью кВА. Но чем выше рейтинг кВА, тем больше размер оборудования. Если размер увеличивается, увеличивается и стоимость.
6. Регулировка напряжения: Определяется как разница между конечным напряжением отправки и приема на единицу конечного напряжения отправки.Когда мощность передается с одного конца на другой, напряжение падает по нескольким причинам. Это падение напряжения должно быть в допустимых пределах.
   P = VI cosɸ, поэтому I 1 / V
   При низком коэффициенте мощности ток будет больше и, следовательно, будет увеличиваться падение напряжения. Следовательно, регулирование напряжения при низком коэффициенте мощности плохое.
7. Активная и реактивная мощность (передаваемая мощность): Активная и реактивная мощность передаются по линии вместе. Для питания нагрузки требуется активная мощность.Реактивная мощность необходима для поддержания напряжения в линии. Но если реактивная мощность больше, то передаваемая активная мощность уменьшается. Для низкого коэффициента мощности активная мощность мала, поскольку cosɸ = активная мощность (Вт) / полная мощность (ВА). Это приводит к неэкономичной работе.

Это результат низкого коэффициента мощности. Для оптимальной работы коэффициент мощности должен быть как можно ближе к единице. Для этого используется оборудование для коррекции коэффициента мощности.

[Также прочтите: Сравнение различных электростанций]

---

Автор: Манодж Арора — студент-электрик и писатель из Гуджарата, Индия.Он пишет стихи и рассказы, когда не погружается в книгу.
Кредиты для Graphics: Kiran Daware.

(PDF) Потери активной и реактивной мощности в распределительных трансформаторах

Acta Polytechnica Hungarica Vol. 17, No. 1, 2020

Список литературы

[1] Nawrowski, R., Stein, Z., and Zielińska, M .: Analiza wpływu przekraczania

dopuszczalnych wartości współczynnika mocynznécénécíné Электротехника, No.74, 2013, pp. 111-117

[2] Pozna,., Precup, R., Tar, J., Skrjanc, I., Preitl, S .: Новые результаты моделирования

, полученные на основе байесовской фильтрации, Knowledge -Based Systems, Vol. 23, No.

2, 2010, pp. 182-194

[3] Niewiedział, E., and Niewiedział, R .: Problematyka strat mocy i energii w

transformatorach rozdzielczych SN / nn, Electro.info 10 / 2017

[4] Гавлак А .: Технологические аспекты распределения электроэнергии.14-я

Международная научная конференция «Электроэнергетика 2014», май

2014, Брно, Чешская Республика, ISBN 978-80-214-4514-7

[5] Зайковский, К .: Analiza szacunkowa w audycie przycznym rozliczaj

mocy biernej w sieci energetycznej,

Logistyka 6/2014

[6] Ürmös, A., Farkas, Z., Farkas, M., Sándor, T., Kóczy, LT, and Nemcsics,

A .: Application самоорганизующихся карт для технологической поддержки капельной эпитаксии

, Acta Polytechnica Hungarica, Vol.14, No. 4, 2017, pp. 207-224

[7] Колцун, М., Корнатка, М., Гавлак, А., и Чонка, З .: Оценка надежности

линий среднего напряжения. Журнал электротехники, Vol.

68 (3), 2017 r, pp. 212-215

[8] Ürmös, A., Farkas, Z., Farkas, M., Sándor, T., Kóczy, LT, and Nemcsics,

A .: Безмодельный скользящий режим и нечеткие контроллеры для обратного осмоса

опреснительных установок, Международный журнал искусственного интеллекта, Vol.16,

No. 2, 2018, pp. 208-222

[9] Bielecki, S.:Ookreślanie strat powodowanych obcieniem mocą bierną —

metoda nie wykorzystujca pojetujca pojetzniecznego,

, ул. -2097, г. 94 № 9/2018

[10] Ustawa z dnia 20 maja 2016r. o efektywności energetycznej. Dz.U. z 2016

р. поз. 831

[11] Прекап, Р., Прейтл, С .: Анализ устойчивости и чувствительности нечетких систем управления

.Приложения мехатроники, Acta Polytechnica Hungarica, Vol. 3,

№ 1, стр. 61-76, 2006

[12] Гавлак, А .: Анализ технических потерь в электросети низкого и среднего напряжения

. 11-я Международная научная конференция «Электроэнергетика»

Машиностроение — EPE 2010, Брно, Чешская Республика, ISBN 978-80-214-4094-4

стр. 119-123)

Зачем снижать реактивную мощность? Больше мощности — меньше меди

Какие типы реактивной мощности бывают?

Индуктивная реактивная мощность

Двигатели, трансформаторы и устройства управления являются индуктивными нагрузками.При индуктивных нагрузках требуется питание для намагничивающих катушек. Эта мощность называется индуктивной реактивной мощностью. Мы называем векторную сумму активной мощности (P) и индуктивной реактивной мощности (Q1) полной мощностью (S1). В этом примере полная мощность носит индуктивный характер.

Емкостная реактивная мощность

Конденсаторы в электронном оборудовании и длинные кабели представляют собой емкостные нагрузки. При емкостных нагрузках для зарядки этой емкости требуется мощность. Эта мощность называется емкостной реактивной мощностью.Векторная сумма фактической мощности (P) и емкостной реактивной мощности (Q1) называется полной мощностью (S1). В этом примере полная мощность носит емкостной характер. Посмотрите, какие системы компенсации снижают индуктивную и емкостную реактивную мощность.

Степень, в которой энергия используется для индуктивной и емкостной реактивной мощности, обозначается значением cos-phi. В международном масштабе это называется коэффициентом смещения мощности (dPF). Это соотношение между фактической и полной мощностью основной составляющей (составляющей 50 Гц).

Гармоническая реактивная мощность

В современных установках все больше и больше нелинейных нагрузок. Примерами этого являются, например, выпрямители (блоки питания ноутбуков, серверы) и инверторы в современных ИБП и преобразователях частоты. Характерной чертой нелинейной нагрузки является то, что используемый ток больше не является синусоидальным. Мы также называем искажение тока, возникающее в результате этого гармонического искажения.

Дополнительная мощность, возникающая в результате гармонических искажений, — это то, что мы называем гармонической реактивной мощностью (Qh).Эта реактивная мощность не является ни индуктивной, ни емкостной. Вот почему мы наносим реактивную мощность гармоник на третью ось, так называемую ось z. Векторная сумма реальной мощности (P) и гармонической слепой мощности (Qh) — опять же — называется полной мощностью (S).

Комбинация видов реактивной мощности

Практика показывает сочетание разных видов реактивной мощности. В приведенном ниже примере возникает гармоническая реактивная мощность, а преобладает индуктивная реактивная мощность.

Запомните:

Коэффициент смещения мощности (dPF или cos-phi) — это отношение фактической мощности в (кВт) к полной мощности основной составляющей 50 Гц.Если гармоники отсутствуют, общий коэффициент мощности (PF) равен коэффициенту мощности смещения (dPF).

Коэффициент мощности (PF) — это соотношение между фактической и полной мощностью при любых обстоятельствах.

Часть 12: Коэффициент мощности переменного тока

12,1 Коэффициент мощности

В разделах 11.3 и 11.4 мы видели, что для идеальных конденсаторов и катушек индуктивности возможно протекание тока и отсутствие рассеивания мощности. В разделе 11.5, 11.6 и 11.7 мы обнаружили, что даже когда в цепи есть некоторое сопротивление, если фазовый угол () между напряжением и током велик, то рассеивается очень небольшая мощность. В таких случаях P = UI недействителен как метод определения рассеиваемой мощности, равно как и не действительный метод определения тока, протекающего в цепи. Из рисунков 11.7 и 11.5 видно, что с большим фазовым углом синфазная или активная составляющая тока будет меньше, чем квадратурная или реактивная составляющая.Таким образом, ток, синфазный с напряжением и, следовательно, ответственный за рассеиваемую мощность, будет значительно меньше, чем полный ток, протекающий в цепи.

Несмотря на все это, произведение тока и напряжения по-прежнему используется в цепях переменного тока и называется полной мощностью (ВА), что дает значение вольт-ампер (ВА). Термин кажущаяся мощность вводит в заблуждение, потому что он предполагает, что кажущаяся мощность рассеивается, однако, как мы обнаружили ранее, мощность, рассеиваемая в цепи переменного тока, называется активной , истинной или реальной мощностью (в ваттах), выдает:

Полная мощность определяется как:

Эти определения верны при любых обстоятельствах и если питание синусоидальное:

Из раздела 10.1 можно добавить, что:

В преимущественно индуктивной последовательной цепи, где ток отстает от напряжения, коэффициент мощности называется отстающим коэффициентом мощности . Точно так же в преимущественно емкостной последовательной цепи, где ток ведет к напряжению, коэффициент мощности называется опережающим коэффициентом мощности . Коэффициент мощности может варьироваться в определенных пределах, составляя 1 (единица) для чисто резистивных цепей, где фазовый угол равен 0 ° и P = UI; или 0 для чисто реактивных (индуктивных или емкостных) цепей, где фазовый угол составляет 90 ° и P = 0.Примечание:

• , если PF = 1 (т.е. чисто резистивная цепь), активная мощность = полная мощность = UI
• , если PF = 0 (т.е. чисто индуктивная или емкостная цепь), активная мощность = реактивная мощность = UI (раздел 11.3)

Пример

Однофазный двигатель переменного тока потребляет 5 А при отстающем коэффициенте мощности 0,7 при подключении к источнику питания 240 В, 50 Гц. Рассчитайте потребляемую мощность двигателя. Если КПД двигателя составляет 70%, рассчитайте мощность.

Пример

Цепь 200 В переменного тока состоит из последовательно включенного резистора 40 Ом и конденсатора с реактивным сопротивлением 30 Ом.Рассчитайте ток и коэффициент мощности.

В качестве альтернативы коэффициент мощности можно было бы рассчитать на основе значений истинной и полной мощности.

Коэффициент мощности можно определить, если вольтметр, амперметр и ваттметр подключены к цепи (рисунок 12.1). Тогда коэффициент мощности равен показанию вольтметра, умноженному на показание амперметра, разделенному на показание ваттметра. Также доступен прибор, называемый измерителем коэффициента мощности, но он не является обычным.

Рисунок 12.1: Размещение вольтметра (V), амперметра (A) и ваттметра (W) для измерения коэффициента мощности.

12.2 Компоненты питания

Мы уже видели на рисунках 11.5 и 11.7, что можно считать, что ток цепи имеет синфазных и квадратурных составляющих . Аналогичным образом можно разделить на составляющие вольтамперы или полную мощность. На рисунке 12.2 показан треугольник мощности для резистивно-индуктивной цепи, где реактивная мощность и полная мощность ниже активной мощности, поскольку ток в цепи отстает от напряжения питания.В этом случае говорят, что кажущаяся мощность отстает. Из простой тригонометрии, поскольку cos  = Вт / ВА, истинная мощность (активная или активная мощность) составляет угол с полной мощностью, этот угол также является фазовым углом для рассматриваемой цепи.

На рисунке 12.3 показан треугольник мощности из резистивной и емкостной цепи, где реактивная мощность и полная мощность превышают активную мощность, поскольку ток в цепи опережает напряжение питания. Реактивная мощность считается ведущей.Если схема содержит емкостные и индуктивные элементы, то, будет ли опережение реактивной мощности или запаздывание, будет зависеть от баланса между емкостным и индуктивным реактивными сопротивлениями.

Рисунок 12.2: Схема мощности резистивной и индуктивной цепи.

Рисунок 12.3: Схема мощности резистивной и индуктивной цепи.

Из рисунка 12.2:

• Активная мощность (или истинная мощность, или действительная) — рассеиваемая или потребляемая мощность: она будет рассеиваться в резистивной части цепи.Рассчитайте, умножив синфазный ток на напряжение питания или P = UI cos . Обозначается буква P, а единицы измерения — ватты (Вт) или киловатты (кВт).
• Полная мощность (или вольт) — произведение напряжения питания и тока цепи (P = UI). Символ — ВА, а единицы измерения — вольтамперы (ВА) или киловольтамперы (кВА).
• Реактивная мощность — мощность, которая постоянно рециркулируется через не резистивные части цепи (т.е. индуктивности и емкости).Рассчитывается путем умножения квадратурного тока на напряжение питания или VA _r = UI sin. Символ: VA _r , а единицы измерения — вольтамперы (ВА) или киловольтамперы (кВА).

По Пифагору:

Пример

Резистор 10 Ом и емкостное реактивное сопротивление 20 Ом подключены последовательно к источнику питания 240 В. Рассчитайте полную мощность, истинную мощность, реактивную мощность и коэффициент мощности.

12.3 Добавление коэффициентов мощности

Нагрузки с разными коэффициентами мощности на один и тот же источник питания могут быть добавлены с помощью диаграммы мощности, чтобы показать результирующие вольтамперы и коэффициент мощности. Сумма выполняется с использованием полной мощности каждой нагрузки.

Пример

Однофазная нагрузка состоит из:

(i) 12кВт освещения и обогрева при единичном коэффициенте мощности,

(ii) двигателя мощностью 8 кВт при отстающем коэффициенте мощности 0,8 и

(iii) 10 кВА двигателей с запаздыванием коэффициента мощности 0,7.

Рассчитайте (a) всего кВт, (b) всего кВА _r , (c) общий коэффициент мощности, (d) общий коэффициент мощности и (e) общий ток питания при 240В.

Сумма показана на рис. 12.4a, b и c, где все значения даны в масштабе. На рисунках 12.4a, b и c показаны диаграммы мощности для нагрузок, которые являются резистивными или индуктивными, поэтому: истинная мощность отводится горизонтально, реактивная мощность отводится вертикально под ней, а полная мощность также ниже горизонтальной, но под углом.

Нагрузка (i): При единичном коэффициенте мощности кВт = кВА, таким образом, нагрузка 12 кВт = 12 кВА и изображена в виде горизонтальной линии в подходящем масштабе длиной 12 единиц.

Загрузка (ii):

Угол запаздывания имеет косинус 0,8, поэтому равен 36,9 °. Линия, равная 10 единицам, представляет мощность 10 кВА, составляющую угол 37 ° с горизонтом.

Эти первые две нагрузки складываются вместе, образуя параллелограмм, чтобы получить результирующую букву «А», показанную пунктирной линией на рисунке 12.4a.

Нагрузка (iii): дана в кВА, угол равен косинусу 0,7, следовательно, 45,6 °, поэтому под этим углом к ​​горизонтали проведена линия длиной 10 единиц. Затем эта нагрузка добавляется к результирующему A и дает общую кВА для B, измеренную как 28,1 кВА (рисунок 12.4b). Синфазная (горизонтальная) составляющая этой нагрузки составляет 25,4 кВт и представляет собой истинную потребляемую мощность. Квадратурный (вертикальный) компонент составляет 11,9 кВА _× и представляет реактивные киловольтамперы. Угол, образованный нагрузкой, составляет 25 °, а косинус этого угла — коэффициент мощности, равный 0.91 запаздывание (рисунок 12.4c).

нужна подпись lolz x xkldsgdjkfabv

12,4 кВА и текущие характеристики

Может показаться, что в расчете полной мощности нет особого смысла, но это очень полезная величина. В системах постоянного тока легко рассчитать ток, который будет протекать через часть оборудования, поскольку мы знаем, что напряжение источника питания и номинальная мощность оборудования, вероятно, будут указаны. Уравнение P = UI можно использовать для определения потребляемого тока, например, лампы мощностью 60 Вт, подключенной к источнику постоянного тока 24 В.

Рисунок 12.5: Волновые диаграммы мощности в: (а) резистивной цепи и (б) резистивной и индуктивной цепи. Обратите внимание, что v, i и p не отображаются в одном масштабе.

Мгновенные значения могут использоваться в любой цепи, так что p = vi всегда действителен. В цепи переменного тока, которая является чисто резистивной, ток и напряжение синфазны, коэффициент мощности равен единице, и можно использовать среднеквадратичное значение, так что P = UI верно, давая реальную мощность в ваттах.На рисунке 12.5 показана волновая диаграмма такой схемы и показано, что пиковое напряжение совпадает с пиковым током.

На рисунке 12.5b показана волновая диаграмма индуктивной цепи с теми же кривыми тока и напряжения, что и на рисунке 12.5a, но с фазовым углом () между ними. Рисунок 12.5 демонстрирует, что, когда волны тока и напряжения не совпадают по фазе, а пиковый ток не соответствует пиковому напряжению, меньше мощности рассеивается при таком же количестве тока, чем если бы волны синфазны.Таким образом, хотя в любой момент времени p = vi , P = UI недействителен. Следовательно, для цепи переменного тока с индуктивными и / или емкостными компонентами UI продукта дает полную мощность (VA = UI), и пока коэффициент мощности не равен единице, VA больше, чем P.

Источники питания переменного тока

часто измеряются в кВА, чтобы избежать путаницы в отношении коэффициента мощности. Например, если выходная мощность трансформатора 240 В рассчитана на 30 кВт, он может выдавать 30 кВт / 240 В = 125 А, однако он может выдавать только 30 кВт, если он передает эту мощность на резистивную нагрузку.Если нагрузка индуктивная и резистивная (например, двигатель), ток будет отставать от напряжения, и будет доступно меньшее количество активной мощности (хотя может подаваться тот же ток, рисунок 12.5), поэтому трансформатор фактически не выдает 30 кВт мощности. активная мощность, но полная мощность 30 кВА. Следовательно, рейтинг 30 кВА будет справедливым для нагрузок с любым коэффициентом мощности, тогда как рейтинг 30 кВт на самом деле означает, что максимум 30 кВт может быть доставлен на чисто резистивную нагрузку, но на другие нагрузки, у которых коэффициент мощности меньше единицы, мощность будет меньше.Используя кВА и зная напряжение питания, мы все равно можем определить, какой ток может подаваться, даже если мы не знаем коэффициент мощности нагрузки. Чтобы рассчитать активную мощность, нам нужно знать коэффициент мощности нагрузки.

Машины

переменного тока также часто оцениваются как кВА, поскольку они могут работать с различными напряжениями питания. Например, однофазный двигатель 4 кВА будет потреблять 4 кВА / 240 В = 16,7 А от источника питания 240 В и 36,36 А от источника питания 110 В. Мы рассчитали это, не зная коэффициента мощности и, следовательно, не зная активной мощности, потребляемой двигателем.Если бы двигатель был рассчитан на кВт, нам нужно было бы знать коэффициент мощности, чтобы узнать, какой ток он будет потреблять.

Пример

Однофазный двигатель мощностью 3,73 кВт на полной мощности имеет КПД 85% и питается от источника питания 240 В. Рассчитайте его ток полной нагрузки, если он работает при коэффициенте мощности (i) единице (ii) 0,85 с задержкой (iii) 0,6 с задержкой.

(i) коэффициент мощности = 1:

Следовательно:

(ii) коэффициент мощности = 0,85:

Следовательно:

(iii) коэффициент мощности = 0.6:

Следовательно:

Обратите внимание, что номинальная выходная мощность машины будет в кВт, следовательно, это потребляемая активная мощность — потери. В этом примере выходная мощность корректируется с учетом КПД, а затем определяется полная мощность, чтобы можно было рассчитать ток. Обратите внимание, что ток, необходимый для обеспечения той же выходной мощности, увеличивается при уменьшении коэффициента мощности с единицы, так что вы фактически получаете меньше кВт на ампер.

Хотя коэффициент мощности двигателя меняется в зависимости от нагрузки, он обычно выше при полной нагрузке, чем при более низких нагрузках.Коэффициент мощности при полной нагрузке можно безопасно использовать для расчета номинального тока кабелей, поскольку рост тока из-за снижения коэффициента мощности компенсируется падением тока нагрузки.

12,5 Недостатки низкого коэффициента мощности

Недостатки низкого коэффициента мощности связаны с тем, что нагрузка с низким коэффициентом мощности потребляет большой ток:

(i) Большие кабели, распределительное устройство и трансформаторы могут потребоваться как внутри установки, так и в питающей сети.

(ii) Работа с низким коэффициентом мощности вызывает трудности в работе высоковольтных линий электропередачи.

(iii) Из-за воздействия пунктов (i) и (ii) электроэнергетические компании обычно наказывают потребителя, нагрузка которого имеет низкий коэффициент мощности, взимая большую плату за использованную электрическую энергию.

(iv) Внутри установки могут потребоваться большие кабели для передачи дополнительного тока при низком коэффициенте мощности. В качестве альтернативы, дополнительная нагрузка может быть подключена к кабелю, если коэффициент мощности существующей нагрузки, которую он несет, будет улучшен.

(v) Более высокие токи приводят к более высоким потерям в меди в кабелях и трансформаторах.

(vi) Более высокие токи вызывают большее падение напряжения в кабелях, а изменение нагрузки приводит к большему изменению падения напряжения, если коэффициент мощности низкий. Это называется «плохое регулирование напряжения».

Рисунок 12.6: (а) резистивная и индуктивная цепи; (б) векторная диаграмма резистивной и индуктивной цепи; (c) конденсатор, добавленный для увеличения коэффициента мощности; (d) векторная биграмма для той же цепи.

12.6 Коррекция коэффициента мощности

Большинство факторов низкой мощности являются запаздывающими, поскольку они вызваны двигателями и трансформаторами, которые имеют индуктивность и сопротивление, но не имеют емкости. В таких машинах коэффициент мощности можно увеличить, подключив конденсатор параллельно клеммам катушки, как показано на рисунке 12.6c. На рисунке 12.6b показана векторная диаграмма для индуктивной и резистивной нагрузки, такой как двигатель, и видно, что ток I _L отстает от напряжения на  ₁ .На рисунке 12.6d показана векторная диаграмма, когда добавлен конденсатор, результирующий ток (I) представляет собой векторную сумму I _RL и L _C , а фазовый угол уменьшается до ₂ ; таким образом улучшается коэффициент мощности.

Коэффициент мощности будет равен единице, когда ток конденсатора равен квадратурной составляющей (I _QRL ) нескорректированного тока (I _RL ) и противоположен ей. Если I _C превышает I _RQ , происходит чрезмерная коррекция, и этой ситуации следует избегать.

Как показано на рисунке 12.6c, скорректированный ток (I) протекает в цепи только до точки ответвления конденсатора, поэтому желательно располагать конденсатор как можно ближе к двигателю. Однако из экономических соображений может потребоваться использование конденсатора большой емкости для корректировки питания всей установки в одной точке. Такие конденсаторы должны быть регулируемыми, чтобы не происходило чрезмерной коррекции при отключении некоторого оборудования.

Пример

Однофазный двигатель 240 В, 5 кВт, 50 Гц, работающий при полной нагрузке с КПД 85%, имеет коэффициент мощности 0.5 отстающих.

1. Рассчитайте ток, потребляемый двигателем при полной нагрузке.
2. Если к клеммам двигателя подключен конденсатор, чтобы повысить общий коэффициент мощности до единицы, рассчитайте;

(i) ток, переносимый конденсатором, и

(ii) емкость конденсатора в микрофарадах.

(а) мощность двигателя 5кВт

так:

(b) (i) Ток конденсатора:

Векторная диаграмма нарисована в масштабе (рисунок 12.7). Во-первых, вектор напряжения, нарисованный по горизонтали произвольной длины, действует как эталон. Вектор тока 35A (нескорректированный ток, потребляемый двигателем, I) затем добавляется под углом cos 0,7 = 45,5 ° с запаздыванием. Ток конденсатора (I _C ), необходимый для корректировки тока цепи (I ₁ ) до единицы, добавляется в виде вертикальной линии, длина которой определяется завершением параллелограмма. Измерения показали, что ток, переносимый конденсатором, составляет I _C = 25 А.

(ii) Емкость:

Следовательно:

Базовая электротехника

Электрическое испытательное оборудование | электростанция с розеткой

В этой статье мы исследуем некоторые ключевые практические аспекты измерения и оценки качества электроэнергии. Как следует из названия, мы выходим далеко за рамки основных принципов, но, чтобы обеспечить прочную основу, мы начнем с краткого обзора некоторых основных концепций, касающихся мощности и качества электроэнергии.

Основы питания
Мгновенная мощность в цепи согласно IEEE1459 — и, без сомнения, другим аналогичным стандартам во всем мире — определяется как произведение мгновенного напряжения и мгновенного тока в цепи.Мгновенная мощность состоит из двух компонентов: активной и реактивной мощности. Активная мощность вырабатывается составляющей тока, которая находится в фазе с напряжением, и она течет в одном направлении от источника к нагрузке. Реактивная мощность вырабатывается составляющей тока, которая не совпадает по фазе с напряжением и, по сути, колеблется между источником и нагрузкой. Это означает, что чистая передача энергии от источника к нагрузке за счет реактивной мощности равна нулю.

При проведении измерений активная мощность — это среднее значение мгновенной мощности за интервал времени наблюдения.Математически это можно выразить формулой:

где P = активная мощность, T = 1 / f в циклах, K = целое число, ԏ = начало измерения и p = мгновенная мощность.

Активная мощность — это функция рассеивающих элементов схемы, которые часто являются сопротивлениями. Активная мощность, измеряемая в ваттах, является однонаправленной, и ее значение всегда положительно. В схемах, которые имеют синусоидальную форму волны тока и напряжения, активная мощность может быть выражена как

где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Если посмотреть на реактивную мощность аналогичным образом, то это функция амплитуды колеблющейся мгновенной мощности, измеренной с течением времени, которую математически можно выразить формулой:

Реактивная мощность измеряется в ВАР (реактивная мощность в вольт-амперах) и является функцией реактивного сопротивления цепи. Как уже упоминалось, поскольку энергия, связанная с реактивной мощностью, колеблется между источником и нагрузкой, средняя чистая передача энергии нагрузке отсутствует.В цепях с синусоидальными формами тока и напряжения реактивная мощность может быть выражена как

где θ — фазовый угол между напряжением и током.

Еще одна важная величина — полная мощность. Это функция от полного импеданса цепи и равна произведению среднеквадратичного (действующего) тока и действующего напряжения. В синусоидальной системе без гармоник соотношение между реактивной мощностью (относящейся к реактивному сопротивлению), активной мощностью (относящейся к сопротивлению) и полной мощностью (относящейся к импедансу) может быть выражено графически в форме «треугольника мощности».

Применение теоремы Пифагора к этому треугольнику показывает, что квадрат кажущейся мощности равен сумме квадратов активной и реактивной мощностей, или, выражаясь формулой

Коэффициент вытеснения
Рассматривая треугольник мощности, косинус фазового угла, то есть угол между напряжением и током, обозначается как коэффициент мощности смещения (DPF). Обратите внимание, что DPF действителен только для синусоидальных сигналов и не учитывает гармоники.По мере добавления реактивного сопротивления к цепи фазовый угол увеличивается, а DPF уменьшается. Например, в чисто резистивной схеме фазовый угол равен нулю, а DPF равен 1. Если добавлено реактивное сопротивление, увеличивающее фазовый угол до 8º, DPF падает до 0,992 и, если добавляется большее реактивное сопротивление для дальнейшего увеличения фазы угол до 26º, DPF падает до 0,898.

Поскольку реактивные нагрузки могут быть индуктивными или емкостными, значения DPF могут быть положительными или отрицательными, поскольку индуктивные нагрузки вызывают отставание тока от напряжения, тогда как емкостные нагрузки приводят к тому, что ток опережает напряжение.Когда ток отстает от напряжения, DPF является положительным, а когда ток опережает напряжение, DPF отрицательный.

Низкие значения DPF указывают на неэффективность энергосистем, потому что система должна поддерживать доставку реактивной мощности, которая не выполняет полезной работы. Повышение коэффициента мощности системы позволит ей передавать больше энергии нагрузке, уменьшая при этом общую нагрузку на такие компоненты, как кабели и трансформаторы. Как показывает этот пример, улучшения могут быть существенными.

Система подавала мощность на нагрузку с DPF 0,829. Полная отдаваемая мощность (то есть общая нагрузка на систему) составляла 7030 кВА, что составляло 95% от мощности системы. Отведенная активная мощность составила 5828 кВт, реактивная мощность — 3931 кВАр. Были предприняты шаги по увеличению DPF до 0,990, что снизило полную мощность до 5960 кВА, что эквивалентно 80,5% мощности системы. Активная мощность, передаваемая на нагрузку, осталась практически неизменной и составила 5900 кВт, в то время как реактивная (потраченная впустую) мощность была снижена до 0.829 кВАр. Другими словами, повышение DPF с 0,829 до 0,990 высвободило 15% мощности энергосистемы!

На практике нагрузки в энергосистеме с большей вероятностью будут индуктивными, чем емкостными, поэтому DPF будет положительным. В таких случаях DPF можно улучшить, добавив конденсаторную батарею, которая снижает реактивную мощность и увеличивает активную мощность. Вот пример того, как это работает:

Можно видеть, что, когда реактивное сопротивление конденсаторной батареи, добавленной к цепи, равно индуктивному реактивному сопротивлению нагрузок в цепи, общее реактивное сопротивление становится равным нулю, и цепь ведет себя так, как если бы это была чисто резистивная нагрузка.На практике такая идеальная коррекция коэффициента мощности маловероятна, но к ней можно приблизиться.

Конденсаторные батареи для коррекции коэффициента мощности обычно рассчитываются в кВАр. Основные значения, указанные на паспортной табличке, — это напряжение, частота и кВАр. Импеданс конденсаторной батареи можно рассчитать по формуле
.
где Q — номинальная мощность конденсаторной батареи в кВАр. Например, если батарея рассчитана на 10 кВ и 150 кВАр, ее полное сопротивление будет 667 Ом.

Общий коэффициент мощности
Возвращаясь теперь к треугольнику мощности, важно помнить, что он работает только с чисто синусоидальными сигналами — отношения, которые он воплощает, не сохраняются при наличии гармонических искажений.Это связано с тем, что при наличии гармоник они не изменяют фазовый угол тока, как индуктивная или емкостная нагрузка, а искажают форму волны тока.

Это означает, что в схемах с присутствующими гармониками DPF не является точным показателем коэффициента мощности, поскольку учитывает только фазовый сдвиг, а не искажение формы сигнала. По этой причине в цепях со значительными уровнями гармоник требуется другое измерение коэффициента мощности. Это общий коэффициент мощности (TPF или иногда просто PF), который учитывает искажения, а также фазовый сдвиг.

TPF определяется как мощность, деленная на полную мощность (P / S). Если в цепи нет гармоник, TPF равен DPF. Однако по мере увеличения уровня гармоник увеличивается и разница между TPF и DPF. Иногда встречается связанный параметр — коэффициент мощности искажения (dPF), который определяется как соотношение между TPF и DPF (TPF / DPF).

Энергетические системы и средства измерения
Давайте теперь перейдем к рассмотрению конфигураций и характеристик некоторых практических систем распределения энергии, а также того, как можно проводить измерения мощности в этих системах.Первая — это четырехпроводная система типа звезда (звезда), показанная здесь:

Преимущества этой схемы заключаются в том, что подключение нейтрали обеспечивает дополнительную безопасность, напряжения изоляции ниже, чем в большинстве других схем распределения энергии, и можно подключать нагрузки как между фазами, так и между фазами и нейтралью, что дает возможность выбора. двух разных напряжений питания. Недостатки заключаются в том, что неисправности могут привести к потере напряжения на одной фазе, а устройство чувствительно к гармоникам нулевой последовательности.Кроме того, фазы могут быть несбалансированными, что вместе с гармониками нулевой последовательности может вызвать высокие токи нейтрали. Поэтому необходимо предусмотреть нейтральный провод соответствующего номинала, что значительно увеличивает затраты.

Альтернативная схема — трехпроводная конфигурация треугольником, показанная здесь:

Преимущества такой схемы заключаются в том, что гармоники нулевой последовательности автоматически подавляются, а неисправность не приводит к потере фазы.Кроме того, система будет оставаться сбалансированной при наличии несбалансированных однофазных нагрузок, хотя следует отметить, что дисбаланс может быть вызван фазовыми сдвигами. Стоимость ниже, чем у четырехпроводной системы, соединенной звездой, так как нейтральный провод не требуется. Недостатки заключаются в том, что потеря фазы увеличивает ток в остальных фазах, а это означает, что требуется более высокий уровень изоляции. К тому же отсутствие нейтрали снижает безопасность.

Следующее расположение, которое следует рассмотреть, имеет различные названия — дельта красного конца, дельта дикого участка, дельта высокого участка и другие.Как бы то ни было, в этой схеме используется дельта-трансформатор с центральным отводом для обеспечения двух источников на 120 В. Подробности показаны на следующей диаграмме; особенно обратите внимание, что угол между фазами составляет 90º, а не 120º, как обычно в трехфазных системах.

Преимущества трехфазной схемы «красный треугольник» заключаются в том, что она может обеспечивать три различных напряжения питания — 240 В, 208 В и 120 В — и что при небольшой трехфазной нагрузке можно использовать два индивидуальные трансформаторы вместо трех, что снижает затраты.Недостатки заключаются в том, что такое расположение может привести к дисбалансу из-за несбалансированных однофазных нагрузок, и что только ограниченная нагрузка может быть подключена между высокой ветвью и нейтралью. Такая компоновка также усложняет проектирование сети.

Последнее устройство, которое мы рассмотрим, — это двухфазное питание, которое чаще всего используется для однофазного электроснабжения жилой недвижимости.

Основными преимуществами такой конструкции являются простота и невысокая стоимость.Кроме того, он обеспечивает два напряжения питания — 240 В и 120 В. Недостатками здесь являются то, что он может стать несимметричным, он чувствителен к гармоникам нулевой последовательности, и эти гармоники вместе с несимметричными нагрузками могут привести к высоким токам нейтрали.

Теорема Блонделя и преобразования дельта-звезда
Для каждой из рассмотренных схем на схемах были указаны подключения ваттметров. Однако полезно знать, что теорема Блонделя утверждает, что полная мощность в системе из N проводников может быть правильно измерена с помощью N ваттметров или элементов измерения ватт.N ваттметров подключаются отдельно, так что каждый из них измеряет уровень тока в одном из N проводников и уровень потенциала между этим проводником и общей точкой. Однако, если общей точкой является один из проводов, ваттметр на этом проводе может быть удален, что означает, что необходимы только N-1 ваттметров или ваттметров.

Также полезно знать, что фазные напряжения, измеренные между фазами в системе, соединенной треугольником, можно легко преобразовать в «виртуальное» напряжение между фазами, просто разделив линейные значения на √3. .Это позволяет просматривать значения мощности для каждого канала, но важно помнить, что этот расчет действителен только в том случае, если дельта-система, на которой выполняются измерения, сбалансирована. К счастью, дельта-системы обычно остаются сбалансированными даже при наличии несбалансированных нагрузок, но они могут стать несбалансированными при введении фазовых сдвигов.

Просмотр энергетических данных
При просмотре данных об энергии, собранных приборами качества электроэнергии, или, действительно, просмотре этих данных в реальном времени, одно из первых действий для проверки положительной активной мощности.Реверсирование активной мощности может происходить, когда энергия возвращается в систему энергоснабжения, когда в сеть включаются такие источники, как возобновляемые источники энергии и системы распределенной генерации. Отрицательная активная мощность проблематична, поскольку может привести к частому переключению ответвлений трансформатора, что приведет к чрезмерному износу устройств РПН.

Гистограммы

, показывающие почасовое потребление энергии за интервал тестирования, также предоставляют неоценимую информацию. Стоит отметить моменты, когда потребление энергии находится на пике, а также проанализировать общее потребление полной, активной и реактивной энергии за интервал тестирования.

Данные, относящиеся к токам нейтрали, заслуживают внимания, поскольку высокие токи нейтрали указывают либо на плохо сбалансированные нагрузки, либо на проблемы с гармониками, которые указывают на необходимость дальнейшего исследования.

Значительная разница между TPF и DPF обычно является надежным индикатором присутствия гармоник, но необходимо сделать одно предостережение. Если очень маленькие нагрузки имеют высокие гармоники, это может быть связано с плохим отношением сигнал / шум в измерительной системе.Этой проблемы можно избежать путем правильного выбора трансформаторов тока, используемых для измерений. Не используйте, например, ТТ 6000 А для контроля цепи с током нагрузки 60 А!

Высокие уровни реактивной мощности — еще один призыв к действию, поскольку большую экономию средств часто можно получить, обеспечив емкостную компенсацию больших индуктивных нагрузок, особенно потому, что многие энергоснабжающие предприятия налагают штрафы за низкий коэффициент мощности. Тем не менее, чрезмерная компенсация также может быть проблематичной, и всегда важно проверять, является ли коэффициент мощности отстающим, а не опережающим.

Одна из причин заключается в том, что нагрузки с опережающим коэффициентом мощности могут отрицательно повлиять на работу генераторов. Регулятор напряжения в генераторе предназначен для поддержания выходного напряжения на заданном уровне. По мере увеличения запаздывающего противофазного тока он уменьшается до напряженности поля ротора. Регулятор напряжения выполняет компенсацию, увеличивая ток, подаваемый на ротор.

Если, однако, генератор питает нагрузку с опережающим коэффициентом мощности, по мере увеличения ведущего противофазного тока, это увеличивает напряженность поля ротора.Регулятор напряжения уменьшает ток, подаваемый на электромагнит, для компенсации. И, если ведущий противофазный ток становится достаточно большим, регулятор вообще не подает ток, что может привести к отключению из-за перенапряжения.

Нагрузки с ведущим коэффициентом мощности также могут вызывать проблемы с источниками бесперебойного питания (ИБП). У них есть система постоянного тока, которая преобразует переменный ток в постоянный, и система переменного тока, которая преобразует постоянный ток в переменный. Некоторые конструкции инверторов имеют большие емкостные выходные фильтры. Емкостное реактивное сопротивление этих фильтров смещает реактивное сопротивление нагрузок с запаздывающим коэффициентом мощности, что позволяет ИБП выдавать почти всю свою номинальную мощность.Однако, если нагрузка имеет опережающий коэффициент мощности, реактивное сопротивление фильтров увеличивает реактивное сопротивление нагрузок, серьезно ограничивая мощность, которую может выдавать ИБП.

Проведение энергетических испытаний
Выполнение энергетических испытаний установки состоит из четырех основных этапов: сравнительный анализ, аудит, рекомендация изменений и повторное тестирование. Мы рассмотрим каждый из них по очереди.

Стадия сравнительного анализа должна начинаться со сбора счетов за электроэнергию за один-три года и тщательного анализа потребления энергии за прошлые периоды.Следует определить годовые тенденции — потребление энергии постоянно увеличивается, уменьшается или остается примерно таким же? Также следует учитывать сезонные тенденции. Это нормальное явление, и этого следовало ожидать, но большие изменения могут указывать на проблемы, связанные с системами отопления, кондиционирования или управления технологическими процессами, или на необходимость улучшения теплоизоляции здания. Графики тарифов на коммунальные услуги также должны быть тщательно изучены на случай, если есть возможность сократить затраты на электроэнергию, например, путем изменения графика энергопотребляющих операций.

Бенчмаркинг также должен включать в себя перечисление всего оборудования, потребляющего первичную энергию, на площадке и запись часов работы каждой единицы оборудования. Особое внимание следует уделять освещению, поскольку его влияние на общее потребление энергии часто недооценивается. Следует учитывать тип освещения, а также адекватность уровня освещенности в здании.

Следующий шаг — аудит; но перед тем, как продолжить, необходимо очень тщательно обдумать меры безопасности.Проверьте место нахождения на предмет угроз безопасности, убедитесь, что все системы соответствуют применимым нормам и стандартам, и проверьте наличие плохих соединений — для этого может пригодиться тепловизионная камера. Помните, что плохие соединения означают более высокое сопротивление, что не только угрожает безопасности, но и представляет собой потерю энергии.

Аудит будет включать в себя регистрацию использования энергии всего объекта за определенный период времени, но также важно регистрировать индивидуально потребление энергии первичными энергопотребляющими элементами оборудования.Однако перед началом записи необходимо выбрать соответствующие преобразователи тока.

Выберите преобразователи с правильным диапазоном: если диапазон слишком низкий, CT может насыщаться, но если он слишком высокий, это приведет к плохому разрешению. Также подумайте, понадобится ли датчик с гибким сердечником или с разъемным сердечником: подойдет ли он к месту, где он должен быть установлен, и нужны ли ему батареи? Если вы работаете в зоне с высоким ЭДС, тогда датчик с разъемным сердечником будет лучшим вариантом, а если вы записываете постоянный ток, вы должны использовать КТ с эффектом Холла.

При программировании прибора, который будет делать записи для аудита, прежде всего убедитесь, что выбрана правильная конфигурация мощности, затем установите скорость потребления на ту же скорость, что и у коммерческого счетчика, обращая внимание на то, фиксированная она или скользящая ставка и является ли это интервалом спроса или тарифом со ставкой спроса. Обязательно включите гармоническую запись!

После завершения предварительных мероприятий можно начинать этап мониторинга аудита. При подключении анализатора PQ всегда используйте соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ).Убедитесь, что провода напряжения подключены правильно в соответствии с инструкциями, предоставленными производителем анализатора, что диапазоны ТТ установлены правильно и что ТТ подключены в правильном направлении. Затем убедитесь, что мощность (кВт) положительна, и проверьте фазовые углы.

Большое преимущество — использование прибора, который автоматически проверяет правильность настройки перед началом долгосрочной записи. Досадно и дорого возвращаться к инструменту через неделю и обнаруживать, что запись была прервана из-за простой ошибки.Когда все будет готово, убедитесь, что инструмент заземлен, еще раз проверьте, действительно ли он записывает, затем заблокируйте его и оставьте его работать. Записи общего энергопотребления объекта и потребления основных единиц оборудования должны продолжаться как минимум в течение одной полной недели.

В конце этого времени проанализируйте данные, уделяя особое внимание анализу энергопотребления, просмотру гистограммы энергопотребления, а также изучению реактивной мощности, коэффициента вытесняющей мощности, истинного коэффициента мощности, дисбаланса и гармоник.Проведите этот анализ не только для всего объекта, но и для каждого из основных элементов энергопотребляющего оборудования.

Используя информацию, полученную в результате этого анализа, почти всегда можно порекомендовать изменения, которые улучшат энергоэффективность и снизят затраты на электроэнергию объекта. Типичные примеры включают снижение нагрузок, перенос нагрузок на часы непиковой нагрузки, установку более энергоэффективного освещения, снижение требований к обогреву и охлаждению и улучшение теплоизоляции.Практически в каждом случае экономия быстро окупит затраты на аудит и необходимые улучшения во много раз.

Осталось еще одно задание. После внесения рекомендованных улучшений вернитесь на объект и повторите аудит! Таким образом, эффективность улучшений будет подтверждена, и может оказаться даже возможным предложить дальнейшие улучшения.