2023 著者: Howard Calhoun | [email protected]. 最終更新日: 2023-05-24 12:24
アパートや民家には電気メーターが1台設置されており、それに応じて消費電力量の支払いが計算されます。簡単に言えば、これは完全に真実ではありませんが、その有効成分のみが日常生活で使用されていると考えられています。現代の住宅は、位相をシフトする要素が回路内にあるデバイスで飽和しています。ただし、家電製品が消費する無効電力は、産業企業に比べて比類のないものであるため、支払いの計算では従来無視されてきました。
負荷回路を通過する寄生電流の消費を管理者が監視していないプラントまたは工場は、地域および国全体のエネルギーシステムに大きな害を及ぼします。送電線の周りの大気は完全に無用に熱くなります。変電所に設置された変圧器の巻線は、特にピーク時に負荷に耐えられない場合があります。
負荷誘導性および容量性
通常の暖房器具や電球を使用する場合、フラスコまたはネームプレートの対応する刻印は、このデバイスを通過する電流の値\ u200b \ u200bと主電源電圧（220ボルト）の積に対応します。デバイスにトランス、インダクタを含む他の要素、またはコンデンサが含まれている場合、状況は変化します。これらの部品には特別な特性があり、それらに流れる電流のグラフは、供給電圧の正弦波より遅れるか進んでいます。つまり、位相シフトが発生します。理想的な容量性負荷はベクトルを-90度シフトし、誘導性負荷は+90度シフトします。この場合の電力は、電流と電圧の積だけでなく、特定の補正係数が追加された結果です。これはどこにつながるのですか？
プロセスの幾何学的反射
学校の幾何学コースから、斜辺が直角三角形のどの脚よりも長いことは誰もが知っています。有効電力、無効電力、見かけの電力がその側面を形成する場合、コイルと静電容量によって消費される電流は、抵抗成分に対して直角になりますが、方向は反対になります。加算するとき（または、必要に応じて減算するときは、符号が異なります）、合計ベクトル、つまり、回路内で優勢な負荷のタイプに応じて、合計無効電力が上または下に向けられます。その方向性によって、どの負荷の性質が優勢であるかを判断できます。
有効成分にベクトルを追加した無効電力は、消費電力の合計量を示します。グラフィカルに次のように表示されます力の三角形のhypotenuse。この線がx軸に対して緩やかに配置されるほど、優れています。
コサインファイ
グラフは、角度φがフルパワーとアクティブパワーの2つのベクトルによって形成されていることを示しています。それらの値の差が小さいほど良いですが、それらの完全なマージは、寄生と見なされる無効電力によって妨げられます。角度が大きいほど、電力線、電源システムの昇圧および降圧変圧器の負荷が高くなり、逆に、ベクトルが互いに傾斜しているほど、ワイヤ全体の熱が少なくなります。回路。当然、この問題については何かをしなければなりませんでした。そして、解決策が見つかりました。シンプルでエレガントです。無効電力の相互補償により、角度φを小さくし、その正弦（力率とも呼ばれます）を可能な限り1に近づけることができます。これを行うには、電流の共振を達成するように容量性成分のベクトルを長くし、電流が互いに「消滅」するようにします（理想的には完全に、しかし実際には-最大限に）。
理論と実践
すべての理論計算はより価値があり、実際にはより適切です。発展した産業企業の状況は次のとおりです。ほとんどの電力は、モーター（同期、非同期、単相、三相）およびその他の機械によって消費されます。しかし、トランスフォーマーもあります。結論は単純です。実際の生産条件では、誘導性の無効電力が支配的です。企業は注意する必要があります彼らは家やアパートのように1つの電気メーターを設置しませんが、2つを設置します。1つはアクティブで、もう1つはどちらかを簡単に推測できます。また、電力線を介して無駄に「追いかけられた」エネルギーの過剰消費については、関係当局に容赦なく罰金が科せられるため、行政は無効電力の計算とその削減策に非常に関心を持っています。この問題を解決するとき、電気容量なしではできないことは明らかです。
理論補償
上のグラフから、少なくとも理論的には、寄生電流を完全に除去するまで低減する方法は非常に明確です。これを行うには、適切な容量のコンデンサを誘導性負荷と並列に接続する必要があります。ベクトルを追加すると、ゼロになり、有用なアクティブコンポーネントのみが残ります。
計算は次の式に従って行われます：
C=1 /（2πFX）、ここでXはネットワークに含まれるすべてのデバイスの合計リアクタンスです。 F-供給電圧の周波数（-50 Hzがあります）;
どうやら-何が簡単ですか？ 「X」と円周率「pi」に50を掛けて割ります。ただし、少し複雑です。
実際はどうですか？
式は単純ですが、Xの決定と計算はそれほど簡単ではありません。これを行うには、デバイスに関するすべてのデータを取得し、それらのリアクタンスをベクトル形式で調べる必要があります。それでも…実際、実験室で働く学生を除いて、誰もこれを行いません。
無効電力は、特別なデバイス（正弦波を示す位相計）を使用するか、電力計の読み取り値を比較することによって、別の方法で決定できます。電流計と電圧計。
実際の生産プロセスでは、動作中に電源がオンになるマシンもあれば、逆にネットワークから切断されるマシンもあるため、負荷が絶えず変化するため、問題は複雑になります。技術規制。したがって、状況を監視するための継続的な対策が必要です。照明は夜勤中に機能し、冬はワークショップで空気を加熱し、夏は空気を冷却することができます。どういうわけか、しかし無効電力補償は、実際の測定値の大部分を占める理論計算に基づいていますcosφ。
コンデンサの接続と切断
この問題を解決する最も簡単で明白な方法は、必要な数のコンデンサをオンまたはオフにする特別な作業員を位相計の近くに配置して、矢印の1からの最小偏差を達成することです。それで最初は彼らはそれをしました、しかし実際は悪名高い人的要因が必ずしも望ましい効果を達成することを可能にしないことを示しました。いずれにせよ、本質的に誘導性であることが最も多い無効電力は、適切なサイズの電気容量を接続することによって補償されますが、これを自動的に行う方が良いです。繰り返しになりますが、この作業は適格とは言えません。自動化に非常に適しています。最も単純な方式には、光エミッタと光レシーバの光電子対が含まれます。矢印は最小値をカバーしています。つまり、追加する必要があります容量。
自動化とインテリジェントなアルゴリズム
現在、cosφを0.9から1の範囲に確実に保つことができるシステムがあります。それらのコンデンサの接続は離散的に行われるため、理想的な結果を達成することは不可能ですが、自動無効電力補償器は依然として非常に良い経済効果をもたらします。このデバイスの操作は、スイッチを入れた直後、ほとんどの場合、追加の設定がなくても操作を保証するインテリジェントなアルゴリズムに基づいています。コンピュータ技術の技術的進歩により、コンデンサバンクの1つまたは2つの早期故障を回避するために、コンデンサバンクのすべてのステージの均一な接続を実現することが可能になります。応答時間も最小限に抑えられ、チョークを追加すると、過渡時の電圧降下の量が減少します。最新のエンタープライズ電源制御パネルには、人間工学に基づいた適切なレイアウトがあり、オペレーターが状況をすばやく評価するための条件を作成します。事故や障害が発生した場合は、すぐにアラーム信号を受信します。そのようなキャビネットの価格はかなりですが、それは支払う価値があり、それは利益をもたらします。
補償装置
従来の無効電力補償装置は、標準寸法の金属製キャビネットで、フロントパネルに制御および管理パネルがあり、通常は開いています。その下部には、コンデンサー（バッテリー）のセットがあります。そのような場所は単純な考慮事項によるものです。電気容量は非常に重く、構造をより安定させるよう努めることは非常に論理的です。上部のオペレーターの目の高さには、力率の大きさを判断できる位相インジケーターなど、必要な制御装置があります。緊急時の表示、制御（オンとオフ、手動モードへの切り替えなど）など、さまざまな表示もあります。測定センサーの読み取り値の比較の評価と制御アクション（必要な定格のコンデンサーの接続）の開発は、マイクロプロセッサーをベースにした回路によって実行されます。アクチュエータは迅速かつ静かに動作し、通常は強力なサイリスタ上に構築されています。
コンデンサバンクのおおよその計算
比較的小規模なプラントでは、回路の無効電力は、それらの位相シフト特性を考慮して、接続されたデバイスの数によって概算できます。したがって、負荷が定格電力の半分に等しい従来の非同期電気モーター（工場やプラントの主な「働き者」）のcosφは0.73に等しく、蛍光灯は-0.5です。接触溶接機の範囲は0、8〜0.9で、アーク炉はコサインφが0.8で動作します。ほぼすべての主力エンジニアが利用できる表には、ほぼすべてのタイプの産業機器に関する情報が含まれており、無効電力補償を事前設定できます。それらを使用して行われます。しかし、そのようなデータコンデンサバンクを追加または削除して調整するためのベースラインとしてのみ機能します。
全国
州は、電力網のパラメータとその負荷の均一性にすべての注意を払って、工場、プラント、およびその他の産業企業に委託しているという印象を受けるかもしれません。本当じゃない。国のエネルギーシステムは、発電所からの特別な製品の出口で、国および地域規模で位相シフトを制御します。もう1つの問題は、無効成分の補償がコンデンサバンクを接続することによってではなく、別の方法で実行されることです。回転子巻線で消費者に供給されるエネルギーの品質を確保するために、バイアス電流が調整されます。これは、同期発電機では大きな問題ではありません。
