Електротехніка

Гармоніки в електромережах
Коливальний контур, резонанс 

Добротність коливального контура
Прилади з функцієй RMS
Реактивна потужність
Коефіцієнт потужності
Компенсація реактивної потужності 

Гармоніки в електромережах

Гармоніки - це синусоїдальні хвилі, які підсумовуються з фундаментальною (основною) частотою 50 Гц ( т.е 1 - а гармоніка = 50 Гц , 5 - а гармоніка = 250 Гц). Будь комплексна форма синусоїди може бути розкладена на складові частоти, таким чином комплексна синусоїда є сума визначеного числа парних або непарних гармонік з меншими чи більшими величинами.

Гармоніки - є тривалі обурення чи спотворення в електричній мережі, що мають різні джерела і прояви такі як імпульси, перекоси фаз, кидки і провали, які можуть бути категоризовать як перехідні обурення.

Походження гармонік .

Гармоніки є наслідком роботи електрообладнання з нелінійними характеристиками. Основний внесок у формування гармонік вносить наступне обладнання:

Силове електронне обладнання: частотні приводу змінного струму , приводу постійного струму, джерела безперебійного живлення UPS , випрямлячі (шестифазний, за схемою Ларіонова), конвертери, тиристорні системи, діодні мости, плавильні печі високої частоти, комп'ютери;

Зварювальне , дуговое обладнання: дугові плавильні печі, зварювальні автомати, освітлення ( ДРЛ - ртутні лампи , люмінесцентні лампи);

Насичующі пристрої: Трансформатори, двигуни, генератори, і т.д. Гармонійні амплітуди на цих пристроях є зазвичай незначна в порівнянні з елементами силової електроніки і зварювальним устаткуванням, за умови що насичення не відбувається.

Сварочное, дуговое обладнання: дугові плавильні печі, зварювальні автомати, освітлення (ДРЛ - ртутні лампи, люмінесцентні лампи).

Негативні наслідки від присутності гармонік в мережі:

  • збільшення струмів і напруг вищих гармонік внаслідок паралельного та послідовного резонансів;
  • старіння ізоляції електрообладнання та скорочення внаслідок цього терміну його служби;
  • помилкова робота обладнання;
  • зниження ефективності процесів генерації, передачі, використання електроенергії;
  • погіршення роботи електричних машин - збільшення нагріву, шуму, споживаної енергії.

Коливальний контур, резонанс

Коливальний контур це електричний ланцюг, що містить котушку індуктивності і конденсатор, в якій можуть збуджуватися електричні коливання. Якщо в деякий момент часу зарядити конденсатор до напруги V0, то енергія, зосереджена в електричному полі конденсатора, дорівнює

Ес = CV02 / 2 ,

де С - ємність конденсатора.

При розрядці конденсатора в котушці потече струм I, який буде зростати до тих пір, поки конденсатор повністю не розрядиться. У цей момент електрична енергія Коливальний контур Ec = 0, а магнітна, зосереджена в котушці,

EL = LI02 / 2 ,

де L - індуктивність котушки, I0 - максимальне значення струму.

 Процессы в колебательном контуре

Потім струм в котушці починає падати, а напруга на конденсаторі зростати по абсолютній величині, але з протилежним знаком. Через деякий час струм через індуктивність припиниться, а конденсатор зарядиться до напруги - V0. Енергія Коливальний контур знову зосередиться в зарядженому конденсаторі. Далі процес повторюється, але з протилежним напрямком струму. Напруга на обкладинках конденсатора змінюється за законом V = V0 cos w0t, а струм в котушці індуктивності I = I0 sin w0t, т. е. в коливальному контурі збуджуються власні гармонійні коливання напруги і струму з частотою w0 = 2 p/T0, где T0 - період власних коливань, рівний T= 2pУ Коливальному контурі двічі за період відбувається перекачування енергії з електричного поля конденсатора в магнітне поле котушки індуктивності і назад.

   У реальних Коливальних контурах, проте, частина енергії втрачається. Вона витрачається на нагрів проводів котушки, що володіють активним опором, на випромінювання електромагнітних хвиль в навколишній простір і втрати в діелектриках, що призводить до загасання коливань. Амплітуда коливань поступово зменшується, так що напруга на обкладинках конденсатора змінюється вже по закону:

 V=V0e-dtcoswt, де коефіціент d = R/2L - показник загасання, а w =  - частота згасаючих коливань. Т. о., Втрати призводять до зміни не тільки амплітуди коливань, але і їх періоду Т = 2 p / w. Якість Коливальний контур зазвичай характеризують його добротністю . Величина Q визначає число коливань, яке здійснить Коливальний контур після одноразової зарядки його конденсатора, перш ніж амплітуда коливань зменшиться в е раз (е - основа натуральних логарифмів).

 Добротність коливального контуру

Добротність - характеристика коливальної системи, що визначає смугу резонансу і показує, у скільки разів запаси енергії в системі більше, ніж втрати енергії за один період коливань.

Добротність обернено пропорційна швидкості загасання власних коливань в системі. Тобто, чим вище добротність коливальної системи, тим менше втрати енергії і тим повільніше загасають коливання.

 Приборы с функцией RMS

Говорячи про значення змінного струму, ми зазвичай маємо на увазі середню ефективну виділяється теплоту або середньоквадратичне ( RMS) значення струму. Дане значення еквівалентно значенню постійного струму, дія якого викликало б такий же тепловий ефект, що і дія вимірюваного змінного струму. Найпоширеніший спосіб вимірювання такого "среднеквадратического" значення струму за допомогою вимірювального приладу полягає в випрямленні змінного струму, визначенні середнього значення випрямленої сигналу і множенні результату на коефіцієнт 1,1. Даний коефіцієнт враховує постійну величину, рівну співвідношенню між середнім і среднеквадратическим значеннями ідеальної синусоїди.

Існує так само спосіб вимірювання по піковому (амплітудному) значенню. Якщо вимірюваний сигнал має форму правильної синусоїди, тоді дійсне значення має величину рівну 0,707 від пікового значення.

Однак, при відхиленні синусоїдальної кривої від ідеальної форми дані коефіцієнти перестають діяти. З цієї причини вимірювачі з усередненими показаннями часто дають невірні результати при вимірюванні струмів в сучасних силових мережах.

Всіх перерахованих вище недоліків позбавлений спосіб вимірювання сигналів RMS (root mean square power - середньоквадратичне значення).

Таблиця. Достовірність результату вимірювання в залежності від форми вимірюваного сигналу (орієнтовно).

метод вимірювання

Коефіцієнт (поправка)

Синусоїда

Прямокутник

Викиди

Урізана синусоїда

Трикутник

 

 

 Синус  прямоугольник  Выбросы  После тиристора  Треугольник
Вимірювання по піковому знач. Пик * 0,707

100%

82%

184%

113%

121%

За середнім значенням Среднее * 1,1

100%

110%

60%

84%

96%

True RMS RMS преобразователь

100%

100%

100%

100%

100%

 

Реактивна потужність

Реактивна потужність (енергія ) - величина, що характеризує навантаження, створювані в електротехнічних пристроях коливаннями енергії електромагнітного поля в ланцюзі синусоїдального змінного струму, дорівнює добутку діючих значень напруги U та струму I, помноженому на синус кута зсуву фаз φ між ними: Q = U * I * sin φ (якщо струм відстає від напруги, зсув фаз вважається позитивним, якщо випереджає - негативним).

Або іншими словами: Споживачі електроенергії, у яких створюється магнітне поле (мотори, дроселі, трансформатори, індукційні нагрівачі, зварювальні генератори), викликають відставання струму від напруги (зрушення фаз), обумовлений наявністю індуктивності. Запізнення призводить до того, що струм через індуктивне навантаження зберігає знак деякий час після того, як знак напруги вже змінився на негативний. Протягом цього часу струм і напруги призводить до утворення негативної енергії , яка повертається назад у мережу. При відновленні однакового знака струму і напруги така ж кількість енергії витрачається на створення магнітного поля в індуктивному навантаженні. Ці коливання енергії електромагнітного поля в ланцюгах змінного струму і називаються реактивної потужністю.

Сдвиг фаз, cos (ф), пояснение реактивной мощности

 Таблица 1. Ожидаемый экономический эффект при компенсации реактивной мощности.

cos(φ)1, без
компенсації

cos(φ)2, з 
компенсациєю

Зниження величини струму і повної потужності, %Зниження величини теплових втрат, %
0,5
0,9
44
69
0,5
1
50
75
0,6
0,9
33
55
0,6
1
40
64
0,7
0,9
22
39
0,7
1
30
51
0,8
1
20
36

 

Коефіцієнт потужності

Коефіцієнтом потужності або cos φ електричної мережі називається відношення активної потужності до повної потужності навантаження розрахункової ділянки.

cos φ = P / S,

де:

φ - коефіцієнт потужності;

P - активна потужність Вт;

S - повна потужність ВА;

Коефіцієнт потужності можна визначити як розрахунковим шляхом, так і виміряти спеціальними приладами. Тільки в тому випадку, коли навантаження має виключно активний характер, cos φ дорівнює одиниці. В основному ж, активна потужність менше повної і тому коефіцієнт потужності менше одиниці. тим більше, чим більше індуктивно розглянутому електроприймачем . для споживачів, у яких є індуктивні навантаження, наприклад мотори, cos φ можна приймати рівним 0,9.

Для споживачів , що представляють собою нагрівальні елементи , коефіцієнт потужності дорівнює одиниці. Наприклад , лінії освітлення, в яких використовуються тільки лампи розжарювання або галогенові, мають коефіцієнт потужності cos φ = 1, а якщо освітлення цілком складається з світильників з люмінесцентними лампами, то cosФ = 0,92 . Ще складніше йдуть справи з ртутними лампами типу ДРЛ (котрі освітлюють вулиці і склади). Їх індуктивний опір настільки велике, що коефіцієнт потужності дорівнює 0,45. У цьому випадку навіть потрібно компенсація реактивної потужності з метою зменшення протікають по лініях струмів. Але оскільки в індивідуальних житлових будинках такі лампи використовують нечасто, то і зупинятися на цьому не будемо.

 Компенсація реактивної потужності

Більшість електроприймачів (двигуни, електромагнітні пристрої, освітлювальне обладнання тощо), а також засоби перетворення електроенергії (трансформатори, різні типи перетворювачів) в силу своїх фізичних властивостей вимагають для роботи крім активної енергії, однонаправлено надходить з мережі в електроприймач, деякою реактивної потужності ( РП), яка протягом половини періоду основної частоти мережі спрямована в бік електроприймача, а в іншу половину періоду - у зворотний бік. Незважаючи на те, що на вироблення РП, активна потужність, а отже і паливо безпосередньо не витрачається, її передача по мережі викликає витрати активної енергії, які покриваються активною енергією генераторів (за рахунок додаткової витрати палива). Крім того, передача РП завантажує електричні мережі і встановлене в них обладнання, віднімаючи деяку частину їх пропускної здатності. Наприклад, якщо підприємство споживає 4 одиниці активної енергії і генерує 3 одиниці реактивної енергії, мережа виявляється завантаженою на 5 одиниць, а втрати в ній зростають із величини пропорційною 42 = 16 одиницям, до величини, пропорційної 42 + 32 = 25 одиницям. У результаті мережа завантажується на 25 % більше, а втрати в ній стають на 56 % більше в порівнянні з відтворенням лише активної енергії . Водночас реактивна енергія може вироблятися безпосередньо в місці споживання. Подібна практика широко поширена в усьому світі і відома під терміном " компенсація реактивної потужності" ( КРМ ) - одного з найбільш ефективних засобів забезпечення раціонального використання електроенергії. Так, за даними VDEW ( Association of German Power Supply Companies), в розподільних електромережах Німеччини, завдяки КРМ (до середньозваженого значення cos φ = 0,9 ), в 1999 році було зекономлено близько 9 млрд. кВт • год активної енергії, що склало більше 20% від сумарного (36,4 млрд. кВт • год ) обсягу транзитних втрат.

У загальному випадку, в енергосистемах для КРМ застосовуються синхронні компенсатори і електродвигуни, а так само конденсаторні установки (КУ).

У теж час , оскільки системи КРП для зниження втрат, що викликаються перетіканням РП, необхідно розташовувати якомога ближче до навантаження, КУ є найбільш поширеним засобом КРМ саме в промислових системах електропостачання. На сьогоднішній день в мережах вітчизняних споживачів для КРМ встановлено близько 30 млн. квар конденсаторів, з яких 18-20 млн. квар включаються і відключаються вручну. При цьому частка низьковольтних (до 1 кВ) конденсаторів становить 75-80% від загального обсягу.

Таке широке застосування конденсаторних установок ( КУ), як для індивідуальної, так і для групового компенсації, пояснюється їх перевагами в порівнянні з іншими існуючими в промисловості способами КРМ : невеликі, практично постійні в зоні номінальної температури навколишнього середовища, питомі втрати активної потужності конденсаторів, що не перевищують 0,5 Вт на 1 квар компенсаційної потужності, тобто не більше 0,5 % (для порівняння: у синхронних компенсатори це значення досягає 10 % номінальної потужності компенсатора, а в синхронних двигунах, що працюють у режимі перезбудження - 7 % [ 3]); відсутність обертових частин; простота монтажу та експлуатації; відносно невисокі капіталовкладення; великий діапазон підбору необхідної потужності; можливість установки в будь-яких точках електромережі, безшумність роботи і т.д. Крім того, на відміну від компенсаторів і синхронних двигунів, КРМ за допомогою конденсаторів дозволяє розширити функціональні можливості пристроїв компенсації. Так фільтрокомпенсуючі КУ одночасно здійснюють КРМ і часткове придушення присутніх у компенсируемой мережі гармонік, що спотворюють синусоидальность напруги, а симетрувальні установки на базі конденсаторних батарей (при відповідним конструктивному виконанні) дозволяють виробляти одночасно КРМ і симетрування навантаження мережі . Синхронні компенсатори можуть працювати в режимі генерування (режим збудження) і споживання РП (недовозбужденіем). Великі одиничні потужності (МВ • А ) і гірші порівняно з КУ техніко - економічні показники, особливо в діапазоні невеликих (до 10 МВ • А ) потужностей компенсації , практично виключають використання в мережах переважної кількості підприємств синхронних компенсаторів. Синхронні електродвигуни ( СД) в режимі перезбудження також здатні генерувати РП, величина якої, визначається завантаженням СД по активній потужності. Як показують дослідження, облік залежності вартості річних втрат електроенергії, зумовленої генерацією РП і вплив на компенсаційну потужність завантаження СД, робить використання для КРМ низьковольтних СД будь-якої потужності, а також високовольтних СД потужністю до 1600 кВт неекономічним.

Наші переваги

Будь набутий у нас товар ви можете повернути, якщо з яких-небудь причин він вам не підійшов або не сподобався.

На всю продавану нами продукцію ми надаємо гарантію терміном мінімум 1 рік (в залежності від виду товару).

Більшість пропонованих нами товарів здатне поліпшити характеристики автомобіля, не порушуючи гарантію на нього.

Більшу частину, пропонованих нами товарів, ми виробляємо особисто! Це дає можливість нашим клієнтам не тільки купувати продукцію за вигідними цінами, а й відразу з'ясовувати всі запитання по установці і використанню пристроїв.

up