Augmentation du facteur de puissance dans les circuits à courant sinusoïdal

La plupart des consommateurs modernes d'énergie électrique ont une nature inductive de la charge, dont les courants sont en retard par rapport à la tension de la source. Donc pour les moteurs à induction, transformateurs, machines à souder et un autre courant réactif est nécessaire pour créer un champ magnétique tournant dans les machines électriques et un flux magnétique alternatif dans les transformateurs.

La puissance active de ces consommateurs aux valeurs données de courant et de tension dépend de cosφ :

P = UCosφ, I = P / UCosφ

Une diminution du facteur de puissance entraîne une augmentation du courant.

Cosinus phi elle est particulièrement fortement réduite lorsque les moteurs et les transformateurs sont au ralenti ou sous forte charge. Si le réseau a du courant réactif, la puissance du générateur, des sous-stations de transformation et des réseaux n'est pas pleinement utilisée. Lorsque cosφ diminue, ils augmentent significativement perte d'énergie pour chauffer les fils et les bobines des appareils électriques.

Par exemple, si la puissance réelle reste constante, on lui fournit un courant de 100 A à cosφ= 1, puis à cosφ décroissant à 0,8 et à même puissance, le courant dans le réseau augmente de 1,25 fois (I = Innetwork x cosφ , Azac = Aza / cosφ ).

Pertes sur les fils du réseau de chauffage et les enroulements d'un générateur (transformateur) Pload = I2nets x Rnets sont proportionnels au carré du courant, c'est-à-dire qu'ils augmentent de 1,252 = 1,56 fois.

A cosφ= 0,5, le courant dans le réseau avec la même puissance active est égal à 100 / 0,5 = 200 A, et les pertes dans le réseau augmentent de 4 fois (!). ça grandit les pertes de tension du réseauqui perturbe le fonctionnement normal des autres utilisateurs.

Le compteur de l'usager signale dans tous les cas la même quantité d'énergie active consommée par unité de temps, mais dans le second cas le générateur alimente le réseau avec un courant 2 fois supérieur à celui du premier. La charge du générateur (mode thermique) n'est pas déterminée par la puissance active des consommateurs, mais par la puissance totale en kilovolt-ampères, c'est-à-dire le produit de la tension par intensité de courantcirculant dans les bobines.

Si nous désignons la résistance des fils de la ligne Rl, la perte de puissance dans celle-ci peut être déterminée comme suit:

Par conséquent, plus l'utilisateur est grand, moins il y a de pertes de puissance dans la ligne et moins le transport d'électricité est bon marché.

Le facteur de puissance montre comment la puissance nominale de la source est utilisée. Ainsi, pour alimenter le récepteur 1000 kW à φ= 0,5 la puissance du générateur doit être S = P / cosφ = 1000 / 0,5 = 2000 kVA, et à cosφ = 1 C = 1000 kVA.

Par conséquent, l'augmentation du facteur de puissance augmente l'utilisation de la puissance des générateurs.

Pour augmenter le facteur de puissance (cosφ), des installations électriques sont utilisées compensation de puissance réactive.

L'augmentation du facteur de puissance (réduction de l'angle φ - déphasage du courant et de la tension) peut être obtenue des manières suivantes :

1) remplacement des moteurs peu chargés par des moteurs de moindre puissance,

2) sous tension

3) déconnexion des moteurs et transformateurs inactifs,

4) l'inclusion de dispositifs de compensation spéciaux dans le réseau, qui sont des générateurs du courant principal (capacitif).

À cette fin, des compensateurs synchrones - des moteurs électriques synchrones surexcités - sont spécialement installés dans les puissantes sous-stations régionales.

Compensateurs synchrones

Pour augmenter l'efficacité des centrales électriques, les batteries de condensateurs les plus couramment utilisées sont connectées en parallèle avec la charge inductive (Fig. 2 a).

Riz. 2 Mise sous tension des condensateurs pour la compensation de la puissance réactive : a — circuit, b, c — diagrammes vectoriels

Pour compenser le cosφ dans les installations électriques jusqu'à plusieurs centaines de kVA, ils sont utilisés condensateurs cosinus… Ils sont produits pour des tensions de 0,22 à 10 kV.

La capacité du condensateur nécessaire pour augmenter le cosφ de la valeur existante cosφ1 au cosφ2 requis peut être déterminée à partir du diagramme (Fig. 2 b, c).

Lors de la construction d'un diagramme vectoriel, le vecteur de tension source est pris comme vecteur initial. Si la charge est inductive, alors le vecteur de courant Az1 est en retard sur l'angle du vecteur de tension φ1Aza coïncide en direction avec la tension, la composante réactive du courant Azp est en retard de 90 ° (Fig. 2 b).

Après connexion de la batterie de condensateurs à l'utilisateur, le courant Az est déterminé comme une somme géométrique des vecteurs Az1 et Az° C... Dans ce cas, le vecteur courant capacitif précède le vecteur tension de 90° (Fig. 2, c) . Cela montre le diagramme vectoriel φ2 <φ1, c'est-à-dire après la mise sous tension du condensateur, le facteur de puissance passe de cosφ1 à cosφ2

La capacité d'un condensateur peut être calculée à l'aide d'un diagramme vectoriel de courants (Fig. 2 c) Ic = azp1 — Azr = Aza tgφ1 — Aza tgφ2 = ωCU

Sachant que P = UI, on écrit la capacité du condensateur C = (I / ωU) NS (tgφ1 — tgφ2) = (P / ωU2) NS (tgφ1 — tgφ2).

En pratique, le facteur de puissance n'est généralement pas augmenté à 1,0, mais à 0,90 - 0,95, car une compensation complète nécessite l'installation supplémentaire de condensateurs, ce qui n'est souvent pas justifié économiquement.