Генератор зворотної потужності для електролічильника: схема

Пристрій компенсації реактивної потужності – далеко не новинка, але заговорили про нього недавно. Вся справа в тому, що подібні системи цілком успішно застосовуються на виробничих об’єктах, а ось пристрої для житлового сектора з’явилися не так давно і стали предметом гарячих суперечок на рахунок їх ефективності. Генератор зворотної потужності для електролічильника проводиться в Китаї. Якщо вірити рекламі, він дозволяє скоротити витрату електроенергії на 5%. Чи так це? Однозначно відповісти не вийде, так як для початку потрібно розібратися в принципі дії такого пристрою і в процесах споживання електроенергії різними споживачами.

навантаження

В даному контексті під поняттям навантаження маються на увазі всі електроприлади, які застосовуються в будинку або квартирі і споживають електроенергію. Напевно всім відомо, що таке ККД – коефіцієнт корисної дії. Цей параметр визначає скільки електроенергії витрачається на корисну дію, а скільки на побічний ефект. Наприклад, взяти лампу розжарювання, її головне завдання світити, але при цьому вона ще нагрівається. Приблизно 40% витраченої енергії витрачається на нагрів і лише 60% на світло. Звідси ККД = 0,6. Тут все просто, але ось існує ще і коефіцієнт потужності або як кажуть косинус фі. Що ж це таке?

Зрушення по фазі

Як відомо, в побутовій електромережі застосовується змінна напруга. Якщо його зобразити на графіку, то вийде синусоїда (хвиля). По осі ординат визначається напруга, а по абсцис – час. З огляду на, що частота в мережі 50 Гц, фаза триває 1/50 секунди. За цей час на графіку потенціал фази зростає від 0 до +220. Потім падає до -220 і зростає знову до 0, тобто повний цикл. Тепер уявімо, що підключили навантаження, наприклад, праска і з’явився струм.

Додамо на графіку ще одну синусоїду тепер уже струму, а не напруги. Керуючись законом Ома, визначимо його величину для кожного напівперіоду і побачимо, що вийшла ідентична синусоїда, в якій гребені і западини хвиль по вертикалі повністю збігаються з графіком напруги. Іншими словами, струм не відстає і не випереджає напругу, тобто зсуву немає.

Ситуація кардинально змінюється, коли замість праски включаємо в ланцюг пилосос або вентилятор. Якщо подивитися на графіки, отримані на осцилографі, то побачимо, що струм відстає від напруги, тобто відбувається зсув струму по фазі. Величина зсуву визначається через косинус кута зсуву і є коефіцієнтом потужності.

Уявімо роботу генератора. У момент обертання, коли південний полюс, збудливою обмотки ротора, вирівнюється з магнітопроводом статора індукційного котушки фази «А», напруга фази досягає пікового значення. У міру провертання ротора напруга фази «А» падає. А тепер додамо схему з вентилятором, коли струм відстає від напруги. Це означає, що струм досягне піку пізніше, ніж напруга і ротор вже провернеться на якийсь кут. Ось саме цей кут і називається «φ».

коефіцієнт потужності

На графіку коефіцієнт потужності – це відстань по осі абсцис між хвилею напруги і струму, а обчислюється воно через косинус кута зсуву. Наприклад, кут зсуву 60 °, а cos 60 ° = 0,5, в результаті коефіцієнт потужності такого споживача дорівнює 0,5. Це означає, що 50% споживаної електроенергії перетвориться в корисну дію, а інші 50% повертаються назад в мережу. При цьому електролічильник враховує всю електроенергію і за неї потрібно платити. Чи можна зробити так, щоб реактивна енергія не враховувалася – так, але для початку слід враховувати безліч нюансів.

Увага! Не слід плутати компенсатори реактивної енергії з пристроями для «відмотування» електролічильника. За застосування друге передбачається кримінальна відповідальність.

Активна і реактивна енергія

З наведених прикладів ясно, що не всі електроприлади викликають зсув по фазі, а тільки ті у яких cos φ відмінний від «1». Виходячи з того, що косинус – це відношення прилеглого катета до гіпотенузи, одиниця вийде тільки в тому випадку якщо кут дорівнює «0», тобто зсуву немає. Залежить це від виду електричного опору, яких існує всього 3. Це активне, індуктивне і ємнісне опір. Тепер розглянемо їх докладніше.

активний опір

Його ще називають омическое. Іншими словами, це опір матеріалу, яке незмінно при будь-яких обставинах (крім температури). До приладів з таким опором відносяться ТеНові нагрівачі (електроплити, конвектори та ін.), А також лампи розжарювання. Потужність таких приладів дорівнює добутку струму і напруги, а струм в свою чергу залежить від опору і розраховується за законом Ома: I = U / R. ККД активного навантаження може бути різним, а ось cos φ, коефіцієнт потужності завжди дорівнює 1.

індуктивне

Якщо заміряти опір первинної обмотки зварювального трансформатора омметром, то побачимо досить мале значення – всього десь 2-4 Ом. Здавалося б, при подачі напруги повинно статися коротке замикання, але в реальності все працює нормально. Тут закон Ома відступає і працює зовсім інша формула. У котушці струм зростає повільніше напруги і виникає зрушення струму по фазі в сторону відставання. Розраховується індуктивний опір так: XL = 2 π FL. Де XL – опір котушки, π – константа (3,14), F – частота струму, а L – індуктивність котушки.

емкостное

Таким опором володіє простою конденсатор, а обчислюється воно за формулою Xc = ½ π FC, де Xc – ємнісний опір (Ом), F – частота (Гц) і C – ємність (Ф). При підключенні конденсатора в ланцюг зрушення струму відбувається в сторону випередження.

У двох останніх випадках опір заздрості від частоти струму, а в першому (омічному) – частота не впливає на опір. Саме споживачі з індуктивним і ємнісним опором змушують платити за зайву електроенергію.

Компенсація реактивної енергії

В силу характеру роботи таких приладів уникнути ефекту реактивної енергії не можна, але його можна компенсувати. Можна провести експеримент, підключивши в мережу котушку (трансформатор на холостому ходу) і заміривши струм в ланцюзі. Важливо не показання, а його наявність. Тепер розглянемо таку ж схему з конденсатором замість котушки. Струм також буде. Це означає, що ніякої роботи не проводиться, а лічильник рахує.

Якщо ж підключити котушку і конденсатор паралельно, то амперметри 1 і 2 покажуть ток на котушці і на ємності. У той же час амперметр 3 за умови рівності коефіцієнта потужності обох споживачів покаже значення нуль. Завдання виконано і зрушення струму в одну сторону компенсований аналогічним зрушенням в іншу сторону.

Саме за цим принципом і працює так званий «генератор зворотного потужності». Але як це працює на практиці і яка буде економія?

Промислові компенсатори реактивної енергії

На будь-якому підприємстві є певний набір обладнання і чіткий алгоритм роботи. Це означає, що сумарний зсув по фазі можна визначити підрахунком або вимірами. За рахунок цього нескладно підібрати потрібну ємність конденсаторної батареї і розрахувати періодичність її підключення. На практиці подібні установки дозволяють заощадить до 4% електроенергії, що при загальній витраті в тисячі або десятки тисяч кіловат досить відчутно.

Важливо! Застосування компенсаторів реактивної енергії цілком законно.

Побутові пристрої

Доцільність покупки генератора зворотного потужності для будинку залишається під великим сумнівом. Виробники таких пристроїв просто не можуть знати яка техніка у вас вдома, коли і скільки працює пилосос, вентилятор, якої потужності у вас холодильник і скільки в будинку електроніки з конденсаторами і блоками харчування. Зазвичай подібні пристрої розраховуються, як то кажуть, «на око» і мови про 5% економії бути не може. Максимум чого можна досягти – це 0,5 або від сили 1%. З огляду на ціну перекладати в інтернеті пристроїв, при такій ефективності їх окупність майже нульова. Так чи варто?

Набагато ефективніше застосувати цей принцип індивідуально і на основі вимірів кута відхилення самому підібрати потрібну ємність для кожного більш-менш потужного устаткування з електродвигуном.

Ссылка на основную публикацию