Verbesserung des Leistungsfaktors in Induktionsmotoren

Nachdem Sie diesen Artikel gelesen haben, erfahren Sie mehr über: - 1. Einführung in die Verbesserung des Leistungsfaktors 2. Leistung im induktiven / kapazitiven Kreislauf 3. Leistung / Leistungsfaktor im Widerstandskreis 4. Leistung / Leistungsfaktor nur in Induktivität 5. Leistung / Leistung Nur Faktor in Kapazität 6. Führender und nacheilender Leistungsfaktor 7. Auswirkungen des niedrigen Leistungsfaktors und seiner Korrektur sowie weitere Einzelheiten .

Inhalt:

  1. Einführung in die Verbesserung des Leistungsfaktors
  2. Leistung in induktiver / kapazitiver Schaltung
  3. Leistungsfaktor nur in Induktivität
  4. Nur Leistungsfaktor in Kapazität
  5. Führender und nacheilender Power Factor
  6. Die Auswirkungen von Low Power Factor und seine Korrektur
  7. Leistungsfaktor-Messgeräte
  8. Anwendung von Leistungskondensatoren
  9. Bestimmung der Kondensatorbewertung
  10. Vorteile von Leistungskondensatoren
  11. Industrieanlagen
  12. Übertragungssysteme

1. Einführung in die Verbesserung des Leistungsfaktors:

Wenn der in einem Wechselstromsystem fließende Strom untersucht wird, der einen Induktionsmotor versorgt, wird deutlich, dass er größer ist, als es von den normalen Anforderungen des Motors erwartet werden könnte. Da daher jede Zechenlast hauptsächlich aus Induktionsmotoren besteht, folgt daraus, dass ein größerer Strom zugeführt wird, als tatsächlich für die auszuführende Arbeit erforderlich ist.

Dieser Überstrom tritt nur in Wechselstromsystemen auf und hat in Gleichstromsystemen kein Gegenstück. Sie entsteht aufgrund der Auswirkung, die die Reaktanz der Feldwicklung auf den Wechselstromzyklus hat.

2. Leistung in induktiver / kapazitiver Schaltung:

Wir wissen, dass in einem Gleichstromkreis die Leistung durch das Produkt aus Spannung und Strom gegeben wird. In einem Wechselstromkreis ist dies jedoch nicht der Fall. Wenn die Schaltung eine induktive oder kapazitive Reaktanz enthält, ergibt das Produkt aus Spannung und Strom nicht die tatsächliche Leistung, sondern die Scheinleistung. Diese tatsächliche Leistung ist ein Bruchteil der Scheinleistung, der als Leistungsfaktor (PF) bezeichnet wird. Deshalb,

3. Leistung / Leistungsfaktor in Widerstandsschaltung:

Um die tatsächliche Leistungswellenform für eine bestimmte Spannung und einen bestimmten Strom zu erhalten, ist es erforderlich, die momentanen Werte für Spannung und Strom zu multiplizieren, z. B. in einer Schaltung, die nur Widerstand enthält. Die Strom- und Spannungswellenformen sind wie in Abb. 19.1.

Nehmen wir den Punkt 5 in Abb. 19.1 (a), wird der Spannungswert durch AC und der Strom durch AB angegeben. Multiplizieren dieser beiden Werte ergibt DE oder Punkt 5 in 19.1 (b). Wenn dieser Vorgang für alle anderen Punkte wiederholt wird, wird die tatsächliche Leistungskurve erhalten.

Da die Schaltung nur einen reinen Widerstand enthält, muss die tatsächliche Leistungskurve auch die Scheinleistungskurve sein.

Für eine reine Widerstandsschaltung

Wirkleistung = Scheinleistung.

. . . Leistungsfaktor = 1 = Einheit.

4. Leistung / Leistungsfaktor nur in der Induktivität:

In einer Schaltung, die nur eine Induktivität enthält (keinen Widerstand) und die gleiche Methode wie oben verwendet, kann die tatsächliche Leistungskurve wie in Abb. 19.2 dargestellt erhalten werden. Aus dieser Figur ist nun ersichtlich, dass für jede Spannungshalbwelle zwei Leistungsimpulse vorhanden sind, ein positiver und ein negativer.

Warum passiert das? Wir sehen, dass, wenn sowohl die Spannung als auch der Strom positiv oder negativ sind, die Induktivität mit Strom versorgt wird, um ein Magnetfeld aufzubauen.

Wenn Spannung und Strom in entgegengesetzte Richtungen verlaufen, bricht das Magnetfeld zusammen und gibt Strom an die Quelle zurück. Als solches wird festgestellt, dass die durchschnittliche Leistung, die über einen vollen Zyklus verwendet wird, Null ist. Die Scheinleistung ist jedoch das Produkt aus Spannung und Strom und hat einen bestimmten Wert. Also für rein induktive Schaltung

Tatsächliche Leistung = 0,

Leistungsfaktor = 0 / Scheinleistung = 0

5. Nur Leistungsfaktor in Kapazität:

Wenn eine Schaltung nur Kapazität enthält, sind die Wellenformen von Strom und Spannung wie in Abb. 19.3. Wie im Fall der Induktivität haben wir für jede Spannungshalbwelle zwei Pluspunkte, obwohl die Positionen der positiven und negativen Impulse vertauscht wurden.

Wenn Spannung und Strom sowohl positiv als auch negativ sind, wird in diesem Fall die Kapazität mit Strom versorgt, um ein elektrostatisches Feld aufzubauen. Wenn Spannung und Strom in entgegengesetzte Richtungen verlaufen, bricht das elektrostatische Feld zusammen und liefert Strom an die Quelle.

Wie bei der Induktivität gibt es, obwohl es keinen Wert für die Nutzleistung gibt, einen Wert für die Scheinleistung. Also für eine rein kapazitive Schaltung

Wirkleistung = 0

Leistungsfaktor = 0 + Istleistung = 0

6. Führender und nacheilender Power Factor:

Aus den oben angegebenen Induktivitäts- und Kapazitätsschaltungen ist ersichtlich, dass beide Schaltungen den Leistungsfaktor Null haben. Um nun zwischen den beiden zu unterscheiden, sagen wir, dass die induktive Schaltung einen Strom aufweist, der der Spannung nacheilt, und somit einen nacheilenden Leistungsfaktor hat, und die kapazitive Schaltung einen Strom hat, der die Spannung führt, und eine führende Leistung hat

Da eine reine Widerstandsschaltung einen Strom aufweist, der mit der Spannung gleichphasig ist, die einen Leistungsfaktor Eins ergibt, ist leicht ersichtlich, dass Kombinationen aller drei Schaltungen einen Leistungsfaktor irgendwo zwischen Nullverzögerung und Nullleitung ergeben können. In der Praxis sehen wir aus unserer Erfahrung, dass eine typische Zeche oder Industrie in erster Linie Induktionsmotoren mit einem Leistungsfaktor von 0, 5 bis 0, 75 Zoll verwendet.

7. Die Auswirkungen von Low Power Factor und seine Korrektur:

Ein niedriger Leistungsfaktor ist eine kostspielige Angelegenheit für eine Industrie. Leider ist dies ein normales Phänomen, das jedoch nicht zwangsläufig unvermeidbar ist.

Tatsächlich zahlen Industrie und Verbraucher auf zwei Arten für den niedrigen Leistungsfaktor:

(a) zu den Anfangskosten der Installation und

(b) zu den Stromversorgungsgebühren.

Daher ist es für jede Branche ein Muss, die Ausrüstung bei einem PF zu betreiben, der der Einheit am nächsten liegt. Bei einem niedrigen Leistungsfaktor kann der Verbraucher die Kosten reduzieren, indem er geeignete Kondensatoren installiert, um den Leistungsfaktor zu verbessern. Das Prinzip der Blindleistungskompensation lässt sich jedoch am besten anhand einiger kleiner Beispiele zeigen. Nehmen Sie den Fall einer einphasigen Last von 250 Volt mit einem Strom von 10 Ampere bei einem Leistungsfaktor von 0, 71 Nacheilen, wie in Abb. 19.4 gezeigt.

Hier sehen wir:

Scheinleistung = 10 x 250 = 2500 Watt

und tatsächliche Leistung = 10 x 250 x .71 = 1775 Watt ca.

Es ist daher möglich zu zeigen, dass die Stromstärke von 10 Ampere in zwei Komponenten unterteilt werden kann, von denen die eine den Leistungsfaktor Eins und die andere die Leistungsfaktor Null aufweist (siehe Abb. 19.4). (b). Der Maximalwert dieser Ströme beträgt jeweils 7, 1 Ampere.

Der Leistungsfaktor "Eins bei Eins" leistet die nützliche Arbeit, während der Leistungsfaktor "Eins bei Null" der magnetisierende Stromanteil ist, der eliminiert werden muss. Daher muss an die Schaltung ein exakt gleicher Strom angelegt werden, der den Nullstrom voraussetzt, um den Magnetisierungsstrom aufzuheben, wie in Abb. 19.5 dargestellt. Dies wird normalerweise durch Anschließen eines Kondensators in der Schaltung erreicht, der ausreichend groß ist, um einen Strom von 7, 1 A zu ergeben. Das Finale ist in der Abb. 19.6 dargestellt. wo ein reduzierter Strom von 7, 1 den Leistungsfaktor von Eins hat.

Daher ist die tatsächliche Leistung = Scheinleistung = 7, 1 x 250 = 1780 Watt.

Tatsächlich sieht es so aus, dass die Versorgung von Motor und Kondensator jetzt nur noch eine rein ohmsche Last ist und genügend Leistung durchläuft, um die eigentliche Arbeit beim Drehen der Motorwelle zu erledigen, und der Kondensator sendet und empfängt kontinuierlich den Magnetisierungsstrom von den Motorwicklungen .

In der Tat gibt es zwei Arten von Geräten:

(1) Kondensatoren und

(2) Synchronmotoren werden zur Verbesserung des Leistungsfaktors verwendet.

Aber von diesen beiden Geräten werden heutzutage Kondensatoren weitgehend zur Korrektur des Leistungsfaktors verwendet. Eine Tabelle zur Korrektur des Leistungsfaktors befindet sich am Ende des Kapitels. Der Grund für den umfangreichen Einsatz von Kondensatoren besteht darin, dass die statischen Kondensatoren in verschiedenen geeigneten Nennwerten erhältlich sind und einfacher an der Stelle der Zechenabgabe in loser Schüttung installiert werden können oder dass einzelne Induktionsmotoren durch Anschluss von Kondensatoren an ihren Klemmen korrigiert werden können. Kostenmäßig sind sie auch billiger.

8. Power Factor Meter:

Leistungsfaktor-Messgeräte werden normalerweise in der Unterstation installiert und geben direkt den Leistungsfaktor des Stromkreises an, an den sie angeschlossen ist. Ein Instrument, das in einer solchen Position montiert ist, kann nur den Gesamtleistungsfaktor der gesamten Zeche oder eines großen Teils davon angeben.

Wenn der Leistungsfaktor eines einzelnen Motors erforderlich ist, ist es üblich, tragbare Instrumente zu installieren, um die tatsächliche Versorgungsspannung und den Strom zu erfassen, aus denen der Leistungsfaktor berechnet werden kann, oder in vielen Fällen wird er direkt erfasst.

9. Anwendung von Leistungskondensatoren:

Ein Ingenieur sollte die Anwendung von Kondensatoren immer sorgfältig prüfen. Aus unserer Erfahrung sehen wir tatsächlich, dass für einen erfolgreichen Betrieb der Leistungsfaktorverbesserung viel von der Lage der Kondensatoren im System abhängt und ideale Bedingungen erreicht werden, wenn der höchste Leistungsfaktor unter allen Lastbedingungen aufrechterhalten wird.

Um eine flexible Anordnung zu erhalten, wird in der Praxis die gesamte erforderliche KVA normalerweise in kleinere Nennwerte unterteilt, und dies kann wie nachstehend erläutert erreicht werden:

(a) Methode der individuellen PF-Korrektur:

Dieses Korrektursystem wird für große Induktionsmotoren, Transformatoren und Lichtbogenschweißgeräte angewendet, die über längere Zeit betrieben werden. In jedem Fall ist der Kondensator direkt an die Klemmen angeschlossen. So kann der Kondensator zusammen mit dem Gerät selbst ein- und ausgeschaltet werden.

Dieses Verfahren hat den größten Vorteil, dass alle Versorgungsleitungen entlastet werden, die zu Blindleistungsverbrauchsgeräten führen. Darüber hinaus ist dieses Verfahren automatisch und gewährleistet auch unter Lastbedingungen einen hohen Leistungsfaktor. Die Tabelle 19.1. hilft bei der Ermittlung der Kondensatorleistung für den direkten Anschluss an Induktionsmotoren.

(b) Gruppe-PF-Korrekturverfahren:

In einem System, in dem ein großer Teil der Last aus kleinen Motoren besteht und der Betrieb periodisch ist, ist eine individuelle Leistungsfaktorkorrektur weder praktikabel noch wirtschaftlich. In diesen Fällen wird die Korrektur durch größere Kondensatoren erreicht, die über die Hauptsammelschienen angeschlossen und durch manuell bedienbare Schalter gesteuert werden.

(c) automatische PF-Korrektur:

In Systemen mit hohen Lastschwankungen ist die automatische Steuerung die ideale Methode. Der Gesamtkondensator KVAr ist in mehrere Regelstufen mit möglichst gleicher Kapazität unterteilt. Um die Blindleistung von Transformatoren und fest angeschlossenen Geräten im Leerlauf zu kompensieren, ist eine vom Automatikabschnitt unabhängige feste Stufe vorgesehen, die dauerhaft mit der Anlage verbunden bleibt. Über ein Blindleistungsrelais werden die Regelstufen ein- und ausgeschaltet, bis der voreingestellte Soll-PF erreicht ist.

Um jedoch unnötig häufiges Schalten zu vermeiden, wenn Spitzenlasten von kurzer Dauer auftreten, ist ein Zeitrelais für das stufenweise Schalten integriert. Bei einer Unterbrechung der Stromversorgung setzt das Nullspannungsrelais die Steuereinrichtungen wieder in ihre neutrale Position zurück, so dass die Kondensatorstufen bei Wiederherstellung der Versorgung Stufe für Stufe wieder eingeschaltet werden, wodurch unerwünschte Strom- und Spannungsspitzen verhindert werden.

10. Bestimmung der Kondensatorbewertung:

Zur Bestimmung der Kondensatorleistung zur Verbesserung der Leistung von Cos power 1 bis Cos φ 2 sei auf Fig. 19.6 Bezug genommen, in der ein Vektordiagramm dargestellt ist.

Gemäß dem Vektordiagramm ist der Betrag der erforderlichen Kompensation erforderlich

In Tabelle 19.1. Wir sehen eine Kondensatorauswahlkarte.

Ein Beispiel zur Erläuterung der Wirtschaftlichkeit von Leistungskondensatoren ist unten angegeben. Ein Verbraucher mit einer maximalen Last von 5000 KW hatte einen Lastleistungsfaktor von 0, 8. Die maximale Nachfrage in KVA betrug 6250. Der maximale KVA-Tarif betrug z. 10 / - pro KVA pro Monat.

Um den Leistungsfaktor beispielsweise auf 0, 95 zu verbessern, wurden gemäß der folgenden Berechnung Kondensatoren mit einer Nennleistung von 2105 kVA installiert :

Nun sagen wir Kapitalinvestitionen für den Kondensator @ Rs. 60 = 2105 x 60 = Rs. 1, 26, 300. Die Investitionen für die Installation des Kondensators würden sich also in etwa 13 Monaten erholen, und nach diesem Zeitraum würden monatlich Rs eingespart. 9850.

Nehmen wir an, dass im obigen Beispiel die Transformatoren, Schaltgeräte und Kabel nur für 6250 kVA ausgelegt sind. Bei einem Leistungsfaktor von 0, 8 konnten sie also nur eine Last von 5000 KW bewältigen, wohingegen sie durch die Installation von Kondensatoren auf 0, 95 verbessert wurden und jetzt 5940 KW verarbeiten können, was wiederum bedeutet:

(a) Dem Verbraucher steht jetzt eine zusätzliche Wirkleistung von 940 KW ohne besondere Sanktion des Versorgungsunternehmens zur Verfügung.

(b) Dieselbe Ausrüstung würde 940 kW mehr Wirkleistung verarbeiten, was ihre Nutzbarkeit und Effizienz erhöht.

So hat die Installation von Leistungskondensatoren folgende Vorteile gebracht:

(1) Eine erhebliche Senkung der Stromrechnung.

(2) eine bessere Ausnutzung der Kapazität der Transformatoren, Schaltgeräte, Kabel usw., insbesondere wenn der Strom von dem Versorgungsunternehmen mit hoher Spannung aufgenommen wird.

(3) Eine stabilere Versorgungsspannung, was eine bessere und effizientere Leistung der elektrischen Maschinen bedeutet.

11. Vorteile von Leistungskondensatoren:

Die Hauptvorteile der Installation von Leistungskondensatoren sind:

1. Wesentliche Reduzierung des KVA-Bedarfs:

Diese Verringerung des KVA-Bedarfs reduziert den Tarif, der von den Elektrizitätsversorgungsunternehmen auf der Grundlage der Energiekosten und des maximalen KVA-Bedarfs erhoben wird. Einige Unternehmen verhängen auch eine Strafe für einen niedrigen Leistungsfaktor, während sie einen Anreizbonus für einen höheren Leistungsfaktor bieten. Leistungskondensatoren machen diesen Anreizbonus Wirklichkeit.

2. Erhebliche Reduzierung von Transformatoren und Leitungsverlusten:

Dies wird erreicht, weil durch die Verringerung des KVA-Bedarfs ein geringerer Strom durch die Leitungen fließt. Dadurch wird die vorhandene Kapazität von Transformatoren, Schaltanlagen und Leitungen optimal ausgenutzt.

3. Minimierung von Spannungsabfällen in Leitungen:

Mit der Minimierung der Spannungsabfälle in den Leitungen wird eine bessere Leistung von elektrischen Geräten erzielt.

4. Die Installation von Leistungskondensatoren trägt dazu bei, den Blindleistungsbedarf des Versorgungsnetzes zu reduzieren, da der Leistungskondensator selbst die für Motoren, Transformatoren und andere induktive Lasten erforderliche Blindleistung bereitstellt und somit den Leistungsfaktor des Systems verbessert. Das Stromverteilungssystem muss sich hauptsächlich mit der Lieferung von Wirkleistung befassen.

Leistungskondensatoren setzen auch Systemkapazität frei, und die mögliche Erhöhung der aktiven Last in einer Anlage beträgt bis zu 30%, wenn der Leistungsfaktor von 0, 7 auf 0, 95 erhöht wird. Leistungskondensatoren verbessern den Leistungsfaktor, indem sie dieselbe Leistung für weniger Geld bieten. Wenn ein KVA-Nachfragetarif oder ein Preisklauseltarif wirksam ist, sind die Einsparungen wirklich beeindruckend. Die Anschaffungskosten einer Leistungskondensatorinstallation werden innerhalb von ein oder zwei Jahren nach der Installation wiedererlangt, und die danach erzielten Einsparungen sind für die nächsten Jahre ein Reinerfolg.

12. Industrieanlagen:

In den meisten Industrieanlagen benötigt die Mehrheit der elektrischen Wechselstromgeräte wie Induktionsmotoren, Transformatoren, Schweißgeräte usw. Blindleistung für ihr Magnetfeld. Im Gegensatz zur Wirkleistung wird diese Blindleistung jedoch nicht in mechanische Leistung umgewandelt, sondern oszilliert zwischen Generator und Verbraucher und stellt eine zusätzliche Belastung des Versorgungsnetzes dar. Daraus ergeben sich folgende wirtschaftliche und technische Nachteile.

(1) Ein hoher Aufpreis in der Stromrechnung des Kunden für eine Last mit niedrigem Leistungsfaktor.

(2) Kabel, Schaltgeräte und Transformatoren führen den zusätzlichen stromlosen Strom, wodurch die elektrische Ausrüstung und die Kapitalinvestitionen nicht ausgelastet werden.

(3) Übermäßiger Spannungsabfall und reduzierter Wirkungsgrad elektrischer Geräte.

13. Übertragungssysteme:

In Übertragungssystemen gibt es aus ökonomischer Sicht einen optimalen Wert der Blindleistung, der von der Erzeugungsstation übertragen werden kann. In großen Verbundnetzen ist der optimale Wert nicht festgelegt und variiert von Stunde zu Stunde.

Es ist wirtschaftlicher und vorteilhafter, Blindleistung im Lastbereich von Leistungskondensatoranlagen zu liefern, als Blindleistung über Übertragungsleitungen zu erzeugen und zu übertragen.

Entsprechend den System- oder Installationsanforderungen kann jedoch ein geeignet angeordneter Leistungskondensator bereitgestellt werden

(1) Verbesserung des Leistungsfaktors.

(2) verbesserte Spannungsregelung.

(3) Verringerung der Leitungsverluste.

(4) Freigabe der Schaltungslastkapazität.

(5) Verringerung von Spannungsschwankungen und Schaltungsreaktanz.

Mit Anfragen zu erteilende Informationen:

1. Erforderliche Ausgabe in KV Ar

2. Nennspannung

3. nennfrequenz

4. Anzahl der Phasen

5. Geben Sie an, ob ungewöhnliche Spannungsanstiege erwartet werden. Wenn ja, geben Sie die höchste erwartete Spannung an.

6. Obergrenze der Temperaturkategorie.

7. Vorgeschlagene Position des Kondensators, drinnen oder draußen.

8. Höhe über dem Meeresspiegel des Kondensatorstandorts, wenn über 1000 Meter.

9. Art der Versorgungsschaltung: Zum Beispiel, ob der Kondensator angeschlossen werden soll

(a) an eine örtliche Unterstation (falls zutreffend, Angabe der KVA-Bewertung von Transformatoren usw.)

(b) zu einem lokalen U-Bahn-Netz

(c) zu Freileitungen.

10. Wenn der Kondensator direkt an Freileitungen angeschlossen werden soll, prüfen Sie, ob:

(a) Gewitter sind in der Ortschaft vorherrschend?

(b) Blitzableiter oder Überspannungsableiter an den Leitungen angebracht sind?

11. Details der mit dem Kondensator zu verwendenden Schaltgeräte oder Regler.

12. Wenn der Kondensator direkt an die Klemmen eines Motors angeschlossen werden soll, geben Sie die Motorleistung, die Drehzahl, den Typ und den Hersteller an.

13. Jede spezielle Anforderung, die das Design oder den Betrieb des Kondensators beeinflussen kann.

Technischer Dienst:

Da bei jeder Installation andere Probleme auftreten, muss die Installation des Leistungskondensators sorgfältig auf die jeweiligen Last- und Leistungsbedingungen abgestimmt werden.