Асинхронный двигатель как потребитель реактивной мощности

Реактивная мощность на ощупь, простым языком, без графиков

Сегодня я постараюсь объяснить простым языком, что же такое реактивная мощность электрической энергии.

Активная мощность

Для начала, расскажу про наиболее привычную нам активную мощность, за которую мы, собственно, и платим по счётчику. Эта мощность, потребляемая нагрузкой типа обычного сопротивления. Как правило, это все нагревательные приборы (бойлеры, обычные электроплитки, электро калориферы и т.п.). Потребляемая мощность этих приборов полностью активная. В этих приборах электрическая энергия безвозвратно и полностью преобразуется в другой вид энергии (тепловую и другие).

Активная мощность обозначается буквой P и измеряется в ваттах (Вт).

Величина активной мощности, потребляемой такими приборами считается просто — умножением напряжения в розетке на ток, протекающей в цепи включенного нагревательного прибора:

Тут всё просто. Нагрузка пассивна, постоянна, никаких неожиданностей.

Замечу, что в цепях постоянного тока существует только активная мощность, поскольку значение мгновенной и средней мощности там совпадают.

Реактивная мощность

Если включить в сеть переменного тока не нагревательный прибор, а, например, электромагнит, то помимо активной, в цепи возникает реактивная энергия, которая с частотой переменного тока то потребляется прибором, то возвращается обратно в сеть. Эта энергия переносится от источника к электромагниту и обратно дважды за период, каждую четверть периода меняя направление.

Это происходит из-за того, что при потреблении электроэнергии, например, обмоткой магнита, каждый полупериод в нём происходит временное запасание энергии в магнитном поле катушки, и последующая отдача её назад, из-за чего происходит рассинхронизация синусоид величин напряжения и тока в сети.

Изменения тока в цепи отстаёт от соответствующих синусоидальных изменений напряжения. Такое поведение присуще любой т.н. индуктивной нагрузке (трансформаторы, электродвигатели, дроссели, электромагниты).

Помимо индуктивной нагрузки существует емкостная (различные электронные устройства с конденсаторами, как накопителями энергии, например, в импульсном блоке питания), в которой ток, наоборот, опережает напряжение за счёт временного накопления энергии конденсаторами и последующей отдачи её назад. И в том и в другом случае в цепи помимо активной возникает реактивная энергия.

Вред реактивной энергии в электроэнергетике очевиден — она никак не используется, но шляется туда-сюда по проводам, дополнительно нагружая их. Кроме того, при таком «шлянии» эта энергия ещё и частично теряется, преобразуясь в активную энергию при нагреве проводов. Однако в радиотехнике реактивная мощность может быть и полезной (например, в колебательных контурах).

Источник

Миф о компенсации реактивной мощности

Всем привет! Мои постоянные читатели, вероятно помнят мою статью про реактивную мощность . Там я подробно изложил теорию, откуда она появляется, и как её компенсируют. Рассмотрел и случай на реальном предприятии.

Сегодня открою небольшую тайну. Предприятие, о котором я писал в той статье – это пивзавод ! Поэтому давайте попробуем рассмотреть проблему реактивной мощности с этой, освежающей стороны)

Как выглядит реактивная мощность?

Итак, давайте обсудим популярную тему в сфере сбережения электроэнергии – компенсацию реактивной мощности. Пожалуй, лучшей иллюстрации того, что такое реактивная мощность и не придумаешь:

Бокал – это выделенная или полная мощность, пиво – активная, а пена – реактивная мощность.

Она заполняет бокал, но пользы от неё нет. Лучше, если весь бокал будет заполнен пивом, не так ли?

Наглядно процесс образования реактивной мощности, которая возникает при питании электродвигателя, изображен на картинке. Кстати, именно электродвигатели – главные “виновники” появления реактивной составляющей мощности в питающих сетях.

Как решается вопрос снижения «пены»? При помощи устройств для компенсации реактивной мощности: на основе конденсаторов (классическое устройство компенсации реактивной мощности, УКРМ) или специализированных инверторов (Статком или SVG). УКРМ становятся локальным «источником» компенсационной реактивной мощности, и, тем самым, высвобождают выделенную мощность, поступающую из внешней электросети.

В принципе это всё, что нужно знать о компенсации реактивной мощности, если не погружаться в специфику. Но тут возникают вопросы, связанные с экономическим аспектом внедрения УКРМ, а также особенности совместной работы с другим оборудованием.

Разбор экономических аспектов компенсации реактивной мощности

Экономия на оплате электроэнергии

Во-первых, большинство потребителей – частных, коммерческих и промышленных – не платят за потреблённую реактивную мощность, а платят только за активную, т.е. не за пиво с пеной, а только за пиво. Поэтому снижение реактивной мощности (кВАр) не позволит напрямую снизить плату за активную энергию (кВт).

Во-вторых, промышленные потребители при подключении к электросетям единовременно платят за выделение мощностей – за строительство подстанции и за подведение кабельных сетей. Поэтому если вам нужно много пива, а покупать новый стакан дорого, имеет смысл снизить уровень пены: это мера временная, но действенная.

В-третьих, промышленные потребители платят не только за поставленную мощность, но и за выделенную, т.е. полную мощность, которая измеряется в кВА и состоит из активной и реактивной. Тут тоже актуально снизить полную мощность, скомпенсировав реактивную.

Снижение потерь электроэнергии

Проходя через систему электроснабжения, часть мощности теряется в виде нагрева проводов, трансформаторов и оборудования. Эти потери омические, то есть расходуется активная мощность (кВт). Но следует учесть, что доля потерь во внутренней сети электроснабжения по причине нескомпенсированной реактивной мощности вряд ли достигает единиц процентов. Ими можно пренебречь на фоне изменчивого напряжения в сети питания, провалов напряжения, гармонических искажений, взаимного влияния нелинейной или резко переменной нагрузки и других проблем электросети, которые вызывают нерациональное использование электроэнергии.

Читайте также:  Как снять заднюю плиту двигателя камаз

Разбор технических аспектов решения

Снижение загруженности электросети

Во-первых, в результате снижения реактивной мощности и уменьшения перетоков энергии между сетью и конечным оборудованием мы получим уменьшение падения напряжения во внутренней электросети. Это важно если на предприятии есть протяжённые кабельные трассы. Как следствие, снизятся суточные колебания напряжения при минимальном и пиковом потреблении.

Однако нужно учесть, что превышение номинала напряжения вызовет проблемы в оборудовании, такие, как ускоренное старение осветительных приборов, а также повышение энергопотребления, но этот вопрос можно решить регулировкой прямо на подстанции.

В целом снижение диапазона колебаний напряжения в течение суток положительно скажется на работе оборудования с точки зрения энергопотребления и ресурса.

Влияние гармоник на работу УКРМ

Во-вторых, подключив классическую установку компенсации реактивной мощности можно столкнуться с проблемой гармоник. Современное силовое и бытовое оборудование в целях повышения энергоэффективности использует импульсные блоки питания. В качестве контрпримера можно привести лампы накаливания и обычные электрические обогреватели, которые, напротив, нельзя назвать энергоэффективными. Импульсные блоки питания потребляют ток из сети не линейно, а импульсно, и, при этом, генерируют помехи обратно в сеть. Форма сигнала отличается от гармонической синусоиды с частотой 50Гц и содержит компоненты с частотой кратной 50 Гц: 150 Гц, 250 Гц, 350 Гц и выше.

Для рабочего элемента классической УКРМ – конденсатора – это проблема, так как с ростом частоты снижается полное сопротивление и повышается его электрическая мощность. Ток на частоте, выше чем 50 Гц преодолевает меньшее сопротивление и быстрее нагревает конденсатор. В свою очередь это увеличивает уровень высоких гармоник, повышает напряжение в сети, повышает энергопотребление и потери, снижает эффективность работы всей системы электроснабжения. Тут уже стоит говорить не столько об энергоэффективности, а о надежности и безопасности работы электроустановок.

Для устранения этой проблемы современные компенсаторные установки (УКРМ) содержат фильтр низкой частоты, подавляющий гармоники.

Выводы по мифам

Компенсация реактивной мощности как способ экономии оплаты за электроэнергию – вот главный миф, который правдив лишь в некоторых ситуациях. Грубо говоря, если потребители не платят за реактивную мощность, то и экономический эффект от внедрения установки находится на уровне погрешности измерения. В дополнение к этому нужно обратить внимание, где внедряется установка компенсации реактивной мощности, насколько “загрязнена” электрическая сеть. И получается, что при неправильном внедрении вместо экономии возникают дополнительные проблемы.

Поделитесь в комментариях, как решают вопрос компенсации реактивной мощности на вашем предприятии?

Статья предоставлена спонсором – лабораторией качества электроэнергии ZEUSELECTRO www.zeuselectro.com

Лаборатория занимается сложными случаями, там, где некачественная электроэнергия является проблемой. Гармоники, провалы напряжения, пробои изоляции, импульсные помехи и много другое, что доставляет головную боль энергетикам.

Они консультируют, измеряют, внедряют и снова измеряют. Это гарантирует результат.

  • Фиксация параметров качества электроэнергии с частотой от 24кГц в режиме реального времени
  • Контроль дифференциальных токов от 5мА и токов протекающие по контурам заземления.
  • Программное обеспечение для анализа результатов длительных наблюдений и составления прогнозов надежности электроснабжения.

Специально для тех, кто обратится и сообщит кодовое слово «САМЭЛЕКТРИК» получит дополнительную скидку 5% на услуги и приборы и бесплатный бумажный каталог решений для качества электроэнергии изданный совместно с немецкой компанией Janitza на 400 страницах.

Если интересны темы канала, заходите также на мой сайт — https://samelectric.ru/ и в группу ВК — https://vk.com/samelectric

Не забываем подписываться и ставить лайки, впереди много интересного!

Объявление

СамЭлектрик.ру продолжает принимать статьи на Конкурс статей 2020 года. Крайний срок — 1 декабря, а условия прошлого года можно почитать тут и тут . Там же — все статьи Конкурса статей и Контакты.

Всем Авторам гарантируются не только призы от спонсора (призовой фонд — 5000 руб), но и широкая огласка и большая популярность в интернете!

Обращение к хейтерам: за оскорбление Автора и Читателей канала — отправляю в баню.

Источник

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ КАК ПОТРЕБИТЕЛЬ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ КАК ПОТРЕБИТЕЛЬ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Цель работы: экспериментальное исследование изменения потребления реактивной мощности асинхронными электродвигателями при отклонении напряжения от номинального значения и определение по опытным данным статических характеристик асинхронных электродвигателей.

Краткие методические указания.

Во время работы систем электроснабжения происходит изменение напряжения на зажимах работающих электроприемников, в том числе и у асинхронных электродвигателей (АД), составляющих значительную часть нагрузки промышленных предприятий. Поэтому при решении тех или иных задач эксплуатации систем электроснабжения часто требуется проводить анализ работы АД при отклонении напряжения от номинального значения.

Для выполнения такого анализа удобно использовать статическую характеристику – зависимость потребления реактивной мощности от значения напряжения, подведенного к АД. Статические характеристики АД имеют сложный характер, так как их вид зависит от номинальной мощности АД, коэффициента загрузки, характеристики момента сопротивления со стороны производственного механизма и т.д.

В лабораторной работе экспериментальное определение зависимости потребления мощности от напряжения выполняется по схеме, приведенной на рис.1. В этой схеме нагрузка на валу АД создается с помощью машины постоянного тока (МПТ). Эта нагрузка изменяется путем регулирования напряжения питания МПТ.

Рис.1. Схема проведения опыта по изучению статической характеристики АД

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему для определения статических характеристик АД, обмотки АД соединить вD.

Читайте также:  Громко работает двигатель хонда цивик

2. Подать напряжение на собранную схему, установить междуфазное напряжение на выходе регулировочного трансформатора, равное 220 В. Напряжение питания МПТ установит равное нулю.

3.Подключить АД к схеме, проверить направление вращения, оно должно быть левым (стрелка измерителя частоты вращения должна отклониться влево). Если направление вращения правое, то отключить АД от схемы и поменять местами два провода.

4. Изменяя питающее напряжение с помощью регулировочного трансформатора, записывать показания вольтметра и утроенное показание ваттметра в таблицу 1.

Построить графики зависимости Q=f(U).

5. Перевести полученные значения реактивной мощности и напряжения в относительные единицы по следующим формулам:

, (1)

где Q – текущее значение потребляемой активной мощности;

Q220 – значение реактивной мощности, потребляемой нагрузкой при величине питающего напряжения 220 В.

Таблица 1. Зависимость потребления мощности АД от напряжения питания

Q, вар
U, В

, (2)

где U – текущее значение питающего напряжения.

6. Снова установить междуфазное напряжение на выходе регулирующего трансформатора, равное 220 В. Создать нагрузку на валу АД регулированием напряжения питания МПТ до значения, указанного преподавателем. Снижая напряжение питания АД, проводить измерения реактивной мощности и напряжения. Результаты опытов занести в таблицы, аналогичные табл.1.

7. Повторить несколько раз пункт 6, для каждого из опытов построить графики зависимостиQ=f(U).

8. Используя компьютерные математические системы (MATLAB и подобные) найти коэффициенты уравнений второго порядка, представляющих найденные статические характеристики в относительных единицах. В системе MATLAB это выполняется в следующем порядке (для активной нагрузки):

— создать вектор Q, содержащие значения потребляемой мощности в относительных единицах;

— создать вектор U, содержащий значения питающего напряжения в относительных единицах;

— найти с помощью функции polyfit(U,Q,2) коэффициенты полинома а1,a2,a3 , представляющего статическую характеристику по реактивной мощности как:

. (4)

Содержание отчета

1. Название работы.

3. Схема проведения опыта.

4. Таблицы с опытными данными.

5. Графики зависимости потребления мощности от величины питающего напряжения.

6. Уравнения статических характеристик.

7. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Как определяется реактивная мощность, потребляемая АД?

2. Основные потребители реактивной мощности.

3. Значения отклонения напряжения по ГОСТ 13109-97.

4. Какие мероприятия следует использовать для сохранения питающего напряжения на АД в пределах, заданных ГОСТ 13109-97.

5. Как определить отклонение напряжения на АД расчетным путем.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему (рис.1.) для исследования несимметричного режима работы трехфазного потребителя (схема соединения потребителя – звезда без нулевого провода).

Рис.1. Схема исследования несимметричного режима работы трехфазного потребителя

2. Установить значения потребляемой мощности от номинального значения по фазам: А – 10%, В – 10%, С – 10%. Сопротивление фаз модели линии установить равным 200 Ом и не изменять их до окончания работы.

3. Подать напряжение на схему, измерить три междуфазных напряжения на потребителе, результаты измерений занести в табл.1. Опыт повторить для всех соотношений мощности фаз, указанных в табл.1.

4. Отключить схему от сети и соединить нейтраль потребителя с нейтралью источника питания. Установить значения потребляемой мощности от номинального значения по фазам: А – 100%, В – 10%, С – 10%. Подать напряжение на схему и измерить три междуфазных и три фазных напряжения. Результаты измерений занести в табл.2. Опыт повторить для всех соотношений мощности фаз, указанных в табл.2.

Исследование несимметричного режима работы трехфазного потребителя (схема соединения звезда без нуля)

Соотношения мощности фаз трехфазного потребителя UАВ, В UВС, В UАС, В U2, В K2U,%
А В С
100% 10% 10%
80% 10% 10%
60% 10% 10%
40% 10% 10%

Исследование несимметричного режима работы трехфазного потребителя (схема соединения звезда с нулевым проводом)

Соотношения мощности фаз трехфазного потребителя UАВ, В UВС, В UАС, В UА, В UВ, В UС, В U, В K2U,%
А В С
100% 10% 10%
80% 10% 10%
60% 10% 10%
40% 10% 10%

5. Собрать схему (рис.2.) для исследования несимметричного режима работы однофазного потребителя (симметрирующееустройство вначале отключено от сети). Установить мощность активной нагрузки 20% от номинального значения. Перед включением схемы установить значение междуфазного напряжения 220 В. Подать напряжение на схему и измерить значения токов в фазах сети. Результаты измерений занести в табл.3.

6. Отключить схему от сети и подключить симметрирующее устройство (рис.2.). Мощность индуктивной ветви (два последовательно соединенных индуктивных сопротивления) – по 25% от номинального значения, мощность емкостной ветви (два последовательно соединенных емкостных сопротивления) — по 25% от номинального значения. Подключение емкостной ветви производить через токоограничивающее сопротивление величиной 150 – 200 Ом (одна из фаз свободной модели линии) для предотвращения броска тока при включении емкости. После включения схемы вывести токоограничивающее сопротивление из работы и измерить значения токов в фазах сети. Результат измерений занести в табл.3.

Рис.2. Схема исследования несимметричного режима однофазного потребителя

Исследование несимметричного режима работы однофазного потребителя

Схема подключения однофазного потребителя Токи фаз, А
IA IB IC
Без симметрирующего устройства
С симметрирующим устройством

7. Определить значения напряжений обратной последовательности U2 для каждого из четырех опытов (табл.1.) по следующим формулам:

(1)

и

где UНБ — наибольшее значение междуфазного напряжения,

UНМ — наименьшее значение междуфазного напряжения.

Результаты сравнить, и занести в табл.1.

Рассчитать коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U,% для четырех опытов как

где UН — номинальное напряжение трехфазной сети.

Результаты расчетов K2U,% занести в табл.1.

8. Определить значения напряжений нулевой последовательности U для каждого из четырех опытов (табл.2.) по следующим формулам:

и

где UНБФ — наибольшее значение фазного напряжения,

UНМФ — наименьшее значение фазного напряжения.

Читайте также:  Сколько масла в двигателе тд27

Результаты сравнить, и занести в табл.2.

Рассчитать коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности KU, % как

Результаты расчетов занести в табл.2.

9. Построить векторную диаграмму симметричных составляющих токов для подключения однофазной нагрузки к трехфазной сети без симметрирующего устройства.

10. Сделать выводы по работе.

Содержание отчета

1. Название работы.

3. Схемы проведения опыта.

4. Таблицы с опытными данными.

5. Расчеты напряжений обратной и нулевой последовательностей, коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности K2U,% и коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последовательности KU, %.

6. Векторные диаграммы симметричных составляющих токов при подключении однофазной нагрузки в трехфазную сеть.

7. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Основные причины возникновения несимметричных режимов работы в трехфазных электрических сетях.

2. Метод симметричных составляющих и его применение к определению прямой, обратной и нулевой последовательностей при несимметричных режимах.

3. В чем проявляется вредное воздействие токов и напряжений обратной и нулевой последовательностей на электроприемники.

4. Основные методы по снижению несимметрии в трехфазных электрических сетях.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Порядок выполнения работы

1. На компьютере запустить MatLab и затем — пакет Simulink.

2. Открыть файл с исследуемой моделью – koleb_U.mdl.

3. Задать параметры трехфазного программируемого источника и нагрузки, установив при этом режим прямоугольных колебаний напряжения.

3. Установить время моделирования и запустить процесс моделирования. По окончании процесса моделирования открыть осциллограф и определить величину размаха колебания напряжения, длительность интервала времени между изменениями напряжения.

Размах колебания напряжения в процентах находится по следующей формуле:

, (1)

где Uai, Uai+1— значения следующих один за другим экстремумов или экстремума и горизонтального участка огибающей амплитудных значений напряжения на каждом полупериоде основной частоты, В.

Интервал времени между изменениями напряжения Dti, i+1 в секундах или минутах вычисляют по формуле

где ti, ti+1— начальные моменты следующий один за другим изменений напряжения, с, мин.

Данные измерений и расчетов занести в табл.1.

Исследование прямоугольных колебаний напряжения

№ опыта Uai Uai+1, В dUt,% ti+1 , с ti , с Dti, i+1, с

4. Повторить несколько раз опыт с прямоугольными колебаниями напряжения, в одном из опытов преобразовать полученную осциллограмму в графический файл с последующей распечаткой.

5. По результатам опытов определить создавались или нет провалы напряжения и временные перенапряжения, и в случае возникновения этих процессов, определить их параметры длительность провала напряжения, коэффициент временного перенапряжения, длительность временного перенапряжения. Длительность провала напряжения определяется как

где tн — начальный момент времени провала напряжения (снижение среднеквадратичного напряжения ниже уровня 0,9 Uном);

tк— конечный момент времени провала напряжения (восстановление среднеквадратичного напряжения до уровня 0,9 Uном).

Коэффициент временного перенапряжения по вычисляется по формуле

. (4)

Длительность временного перенапряжения Dtпер в секундах определяется как

где tн пер — момент времени превышения действующим значением напряжения уровня 1,1 Uном;

tк пер — момент времени спада напряжения до уровня 0,9 Uном.

5. Установить режим модулированных колебаний напряжения на трехфазном программируемом источнике и повторить пункты 3 — 4. Данные измерений и расчетов занести в табл.2.

Исследование модулированных колебаний напряжения

№ опыта Uai Uai+1, В dUt,% ti+1 , с ti , с Dti, i+1, с

6. По результатам работы сделать вывод о соответствии качества электроэнергии во время проведения опытов требованиям ГОСТ 13109-97.

Содержание отчета

8. Название работы.

10. Схема исследуемой модели.

11. Таблицы с опытными данными.

12. Выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Основные причины возникновения колебаний напряжения в электрических сетях.

2. Основные причины возникновения провалов напряжения и временных перенапряжений.

3. В чем проявляется вредное воздействие колебаний напряжений на электроприемники.

4. Основные методы по снижению колебаний напряжения в трехфазных электрических сетях.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Рис.1. Схема полной звезды

Реагирует на все виды повреждений. Недостатком является то. Что во всех случаях будет происходить отключение двух линий. В сетях 6÷35 кВ не применяется, так как анормальный режим работы возможен в течение двух часов, согласно ПУЭ. Используется в сетях 110 кВ и выше.

Недостатком является то, что схема дорогая, громоздкая.

Рис.2. Схема неполной звезды

При двойных замыканиях на землю в 2/3 случаев (между фазами А и В, В и С) происходит правильное отключение только одной линии. По сравнению со схемой полной звезды. Проще, дешевле.

Чувствительность защиты при двухфазном КЗ за трансформатором с группами соединения обмоток Y/Δ-11; Δ/Y -11 в 2 раза ниже, чем в предыдущем, и объясняется это тем, что ток в реле в 2 раза меньше.

Применяется в сетях 6÷35 кВ с изолированной или с компенсированной нейтралью.

Порядок выполнения работы

1.Снятьосциллограммы исследования схем в нормальном режиме.

2. Снятьосциллограммы исследования схем при однофазном коротком замыкании.

3. Снятьосциллограммы исследования схемпри двухфазном коротком замыкании.

Содержание отчета

1. Название работы.

3. Схема исследуемой модели.

5. Выводы по работе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ КАК ПОТРЕБИТЕЛЬ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Цель работы: экспериментальное исследование изменения потребления реактивной мощности асинхронными электродвигателями при отклонении напряжения от номинального значения и определение по опытным данным статических характеристик асинхронных электродвигателей.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Источник

Adblock
detector