Компенсация реактивной мощности в цепи переменного тока.

В цепях переменного тока могут присутствовать два вида мощности – активная и реактивная. Активная мощность является полезной и тратится только на совершение полезной работы. Реактивная мощность оказывает обычно негативное воздействие, в связи с чем, необходима компенсация реактивной мощности.
Реактивная мощность

Как известно, реактивная мощность возникает в любой цепи переменного тока в случае если она состоит хотя бы из одного реактивного компонента, таких как конденсатор или катушка индуктивности, т.к они обладают реактивным сопротивлением. При этом часть энергии полученной от источника питания возвращается обратно.

При наличии в схеме емкости и индуктивности, суммарная реактивная мощность оказывается ниже, чем в схемах, в которых эти радиокомпоненты расположены по отдельности. Это объясняется тем, что индуктивная QL и емкостная QC реактивные мощности обладают разными знаками. При их равенстве случится резонанс токов или резонанс напряжений, при котором реактивная мощность стремится к нулю. В этом случае энергия не идет к источнику питания, а циркулирует между конденсатором и индуктивностью.

Реактивная мощность в промышленных установках

В промышленности подавляющая часть электрооборудования обладает индуктивностью, а поэтому и реактивной мощностью. Например: двигатели переменного тока, индукционные нагревательные установки трансформаторы, и т.п. Чем больше номинал реактивной мощности, тем меньше коэффициент мощности cosφ, который вычисляется отношением активной мощности к полной. Чем больше количество установок на предприятии, тем выше их суммарная реактивная мощность, поэтому, потери связанные с ней существенно возрастают.

Реактивная мощность также оказывает существенное влияет на протекающие токи в цепи. На примере асинхронного двигателя ток можно рассчитать по формуле:

формула для расчета тока протекающего через асинхронный двигатель

С ростом Q протекающий ток также будет растет, что требует использования проводов большего диаметра. Кроме того, больший номинал протекающего тока приводит к увеличению тепловых потерь, которые приводят к дополнительному нагреву двигателя.

Компенсация реактивной мощности

Снижение уровня реактивной мощности может достигаться несколькими методами. Самым эффективным принято считать подбор мощности трансформаторов и двигателей и нахождение максимально эффективного режима нагрузки, без недогрузки и холостого хода (ХХ). Но таким методом не всегда можно достичь оптимальных значений и на практике часто используют искусственные способы компенсации реактивной мощности.

Одним из таких широко применяемых способов является включение емкостной батареи параллельно к приемнику (нагрузки преимущественно индуктивного характера).

С помощью применения конденсаторной батареи можно достичь практически полной компенсации реактивной мощности. Но на практике, обычно, добиваются лишь частичной компенсации. Компенсацию реактивной мощности на предприятиях рассмотрим на примере работы асинхронного двигателя.

Схема цепи для компенсации реактивной мощности на примере асинхронного двигателя

До подсоединения конденсаторной батареи параллельно двигателю, номинал реактивной мощности был равен Q1, а протекающий ток через катушку двигателя - I1. При включении емкостной батареи, это значение упала до некоторого уровня Q2, так как часть индуктивной составляющей компенсируется емкостью.

Как выглядит компенсация реактивной мощности на графике

Как мы видим из диаграммы ток протекающий в обмотке электродвигателя существенно снижается до величины I2, благодаря появлению тока Ic, который можно вычислить по формуле ниже:

формула для расчета тока протекающего в обмотке двигателя

Поэтому, исходя из выше изложенного, компенсация реактивной мощности играет огромную роль с точки зрения уменьшения расходов любого производственного предприятия.

Видеоурок по теме компенсация реактивной мощности