Необходимость увеличения косинуса фи

Допустим, что на электростанции установлен генератор однофазного переменного тока мощностью 240 кВА, напряжением 1200 В. Ток, который может отдать генератор в сеть,

Фазометр
Рисунок 1. Фазометр для измерения cos φ

Разберем случай, когда к генератору присоединена нагрузка, имеющая только активное сопротивление (электронагревательные приборы, лампы накаливания). Так как в этом случае вся мощность, отдаваемая генератором, есть мощность активная, то cos φ равен единице.

Активная мощность генератора

P = I × U × cos φ = 200 × 1200 × 1 = 240000 Вт = 240 кВт.

Если мы теперь к тому же генератору подключим нагрузку, имеющую cos φ = 0,8 (активное и индуктивное сопротивления), то активная мощность, отдаваемая генератором в сеть,

P = I × U × cos φ = 200 × 1200 × 0,8 = 192000 Вт = 192 кВт.

Генератор по активной мощности будет не загружен, хотя прежний ток 200 А проходит по его обмотке, нагревая ее. Увеличить ток генератора свыше 200 А нельзя, так как это опасно для обмоток генератора.

При нагрузке, имеющей cos φ = 0,5, генератор отдает активную мощность,

P = I × U × cos φ = 200 × 1200 × 0,5 = 120000 Вт = 120 кВт.

Таким образом, мы видим, что, чем меньший cos φ имеет потребитель, тем меньшую активную мощность будет отдавать генератор, тем менее он будет загружен по активной мощности и тем меньше будет коэффициент полезного действия машины. Это заставило учитывать не только активную энергию, забираемую потребителем от электростанции, но также и реактивную энергию. Поэтому у потребителя, имеющего реактивную нагрузку, должны быть установлены электросчетчики активной и реактивной энергии. При этом активная и реактивная энергии при постоянстве активной и реактивной мощностей могут быть определены по формулам:

Aа = P × t (кВт × ч);

Aр = Q × t (квар × ч);

Низкий "косинус фи" потребителя приводит:

1. К необходимости увеличения полной мощности электрических станций и трансформаторов.

Из формулы

видно, что

Так, например, если мощность двигателей цеха равна 80 кВт, а cos φ сети цеха равен 0,8, то мощность трансформатора для питания двигателей будет:

При понижении cos φ сети цеха до 0,6 при той же мощности двигателей необходимая мощность трансформатора будет уже:

Если в первом случае подойдет трансформатор в 100 кВА, то во втором случае необходимо взять следующий по мощности трансформатор – в 180 кВА.

2. К понижению коэффициента полезного действия генераторов и трансформаторов. Генератор или трансформатор, работающие на нагрузку с низким "косинусом фи", по току могут быть загружены, а по активной мощности нет. У машины, работающей с недогрузкой, коэффициент полезного действия падает, что ведет к излишнему расходу энергии первичных двигателей (соответственно торфа или угля на тепловых электростанциях, жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания и так далее).

3. К увеличению потерь мощности и напряжения в проводах и увеличению сечения проводов. Из формулы мощности однофазного переменного тока

P = I × U × cos φ

видно, что

Так, например, при мощности P = 1 кВт, cos φ = 0,9 и напряжении U = 200 В

Но уже при cos φ = 0,6

Таким образом, при одних и тех же значениях мощности и напряжения уменьшение cos φ сопровождается увеличением тока в проводах и, следовательно, возрастанием потерь на нагрев (I2 × r). Во избежание опасного нагрева при увеличении тока сечение провода необходимо увеличить. Кроме того, увеличение тока в проводах при неизменном их сечении приводит к увеличению падения напряжения в них.

Источник: Кузнецов М. И., "Основы электротехники" - 9-е издание, исправленное - Москва: Высшая школа, 1964 - 560 с.

1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голоса -ов)

26 декабря 2012 | Машины постоянного тока

При отклонении коммутации от прямолинейной токи в коммутируемых секциях создают, кроме поперечной и продольной реакции, дополнительную реакцию якоря. На рисунке 1 схематически показан двухполюсный генератор со щетками, установленными на геометрической нейтрали...

13 января 2015 | Электротехника

Согласно современным представлениям кристалл твердого  или жидкого металла состоит из положительных ионов и свободных электронов. Ионы металла располагаются на одинаковых расстояниях один от другого и образуют правильную фигуру пространственной кристаллической...

15 марта 2015 | Электротехника

Электрическая прочность диэлектрика является одной из основных характеристик изолирующих материалов. Напряженность электрического поля, при которой электроизолирующий материал может нормально работать, не должна превышать некоторого вполне определенного значения. При некотором значении...

11 февраля 2015 | Электротехника

Как известно, все тела состоят из молекул и эти молекулы не находятся в покое, а непрерывно движутся. Чем выше температура тела, тем быстрее движение молекул вещества этого тела. Но есть...

07 апреля 2013 | Трансформаторы

Расчет магнитной цепи производится с целью определения намагничивающего тока и магнитных потерь. Расчет реактивной составляющей намагничивающего тока можно выполнить двумя методами. Первый метод Первый метод аналогичен методу расчета магнитной цепи машины постоянного...

Информационный сайт "Электромеханика", © 2011-2019. Копирование материалов запрещено.