ПІДВИЩЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ПОТУЖНОСТІ У ЛАНЦЮГУ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦІЇ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ

Мета роботи: експериментальне вивчення дії першого закону Кірхгофа в ланцюгах змінного струму; ознайомлення із принципами компенсації реактивної потужності.

В активних (резистивних) елементах енергія електричного струму, що протікає через них, витрачається на виділення тепла або перетворюється на механічну енергію, які, у свою чергу, можуть бути використані для виконання корисної роботи. Потужність, що споживається активним приймачем, називається активною потужністю.

При протіканні змінного струму через реактивні елементи останні протягом однієї чверті періоду перетворюють енергію струму на енергію свого магнітного (індуктивності) або електричного (ємності) поля, щоб протягом наступної чверті періоду назад перетворити цю енергію на енергію струму. Ця енергія отримала назву реактивної (що повертається); вона не може бути використана до виконання корисної роботи. Потужність обміну енергією між реактивним елементом та струмом називається реактивною потужністю, що споживається цим елементом.

Якщо реальний елемент має і активні і реактивні властивості, то при протіканні струму він споживає і активну, і реактивну потужність.

У ланцюгах змінного струму, де напруга і струм - функції часу, вводиться поняття миттєвої потужностіp(t) = u(tyi(t),), яка, як видно, так само залежить від часу. як середнє значення миттєвої потужності у період:P=ця величина вже залежить від часу. діючі значення напруги і струму залежить від зсуву по фазі у приймача:Р = UIсоs( ).

Реактивна потужність (зрозуміло, середня за період) також визначається діючими значеннями напруги та струму та зсувом по фазі:. = UI sin().

Водночас активна та реактивна потужності становлять повну потужність, що споживається приймачем, однак вони підсумовуються не арифметично, а векторно. Оскільки вектори активної та реактивної потужності зсунуті один щодо одного на 90°, то повну потужність можна знайти за теоремою Піфагора:S =+= UI

Важливою характеристикою приймача є коефіцієнт потужності, що є відношенням активної потужності приймача до його повної потужності: = = cos (

Спеціального позначення коефіцієнт потужності не отримав. Він показує, яка частина повної потужності, переданої приймачеві, може бути використана для виконання корисної роботи.

Значення коефіцієнта потужності ланцюга змінного струму розглянемо з прикладу спрощеної схеми електропостачання промислового об'єкта (рис 5.1):

джерело (електростанція) забезпечує об'єкт потужністюРзі зсувом по фазі , розрахований на номінальну напругуU,по лінії електропередач з опором лініїRn.Для того, щоб об'єкт спожив свою номінальну потужність, джерело має забезпечити в лінії струм I = . Цей струм, протікаючи лінією, викликає нагрівання проводів; потужність виділення тепла в лінії становитьР=.

Таким чином, втрати енергії в лінії електропередач ростуть обернено пропорційно квадрату коефіцієнта потужності. Звідси випливає важливе завдання: забезпечити промисловим об'єктам великі коефіцієнти потужності.

Якщо обладнання об'єкта таке, що його зсув по фазі занадто великий, то на об'єкті встановлюється додаткове обладнання, що компенсує. Розглянемо схемукомпенсації реактивної потужності активноіндуктивного приймача (рис. 5.2).

Ланцюг моделює об'єкт, що має індуктивність L і активний опірRn + Rk(у схемі окремо виділено опір котушки індуктивностіRKі опір активного елементаRa ).Протікає через приймач струмIп відстає по фазі від напругиUна кут

=arctan ((див. векторну діаграму на рис. 5.3), Компенсуючий конденсаторСхпідключається паралельно приймачеві. Струм через конденсаторIх випереджає по фазі напругаUна 90° Відповідно до першого закону Кірхгофа струм у лінії електропередачIдорівнює векторній сумі струмів приймача і компенсуючого конденсатора. виявляється менше струму приймача,I13: = .

Під час проведення розрахунків користуватися одиницями СІ. Результати розрахунків занести до табл. 5.1 та 5.2.

Характеристики ланцюга з некомпенсованим приймачем

Ом	Ом	А	Вт	ВАp	ВА	сos( )	град.
розрахунок
досвід

Характеристики ланцюга зі скомпенсованим приймачем

ВА	ВАр	Ом	мкФ	А	град.	cоs	, А	град.
розрахунок
досвід

3. Зібрати на стенді ланцюг, зображений на рис. 5.2 без компенсуючої ємностіСк.

4. Налаштувати перемикачем "частота" джерело змінної напруги задану частоту.

5. Подати на ланцюг задану напругуU.

6. Виміряти протікає в ланцюгуСтрум приймача. Визначити за досвідченими даними повний опір приймача: порівняти його з розрахунковим значенням.

7. Виміряти з допомогою осцилографа зсув фазі приймача . Обчислити його коефіцієнт потужності.

Результати вимірювань некомпенсованого приймача занести до таблиці 5.1.

8.Доповнити зібраний ланцюг розрахованою компенсуючою ємністю.

9. Виміряти струм живильної лініїIп. Переконатися, що він менший за струм приймача.

10. Виміряти за допомогою осцилографа зсув по фазі всього ланцюга. Обчислити коефіцієнт потужності ланцюга cos; переконатися, що він збігається cos Виміряти струм компенсуючого конденсатораIста його зсув по фазі.

Результати вимірів занести до таблиці 5.2.

12.На міліметровому папері в масштабі побудувати векторну діаграму струмів у ланцюзі та трикутник потужностей; показати, що у проведеному досвіді виконується перший закон Кірхгофа.

Дані відбираються за останньою цифрою номера залікової книжкипта

передостанньої цифри m.

n
kHz
Rn,Ω
R Ω
L,mH	25.8	53.5	4.7	12.5	24.3	10.3	18.3	31.6	9.9	31.8
cos(ycт)	0.892	0.929	0.948	0.935	0.909	0.908	0.920	0.936	0.922	0.938
U,V	19-m-n

Питаннязлясамоконтролю

1.Що таке активна, реактивна та повна потужність приймача? Як їх знайти, знаючи напругу, струм і зрушення по фазі?

2. За якими правилами сумуються активна та реактивна потужності? Як, знаючи їх, знайти повну потужність?

3. Якпозначаються одиниці виміру активної потужності, реактивної потужності, повної потужності?

4. Що таке коефіцієнт потужності, який його зміст? Як знайти коефіцієнт потужності знаючи: а) активну та повну потужності; б) активну та реактивну потужності; в) зрушення фазою; г) активний та реактивний опір ?

5. Навіщо необхідно компенсувати реактивну потужність приймача, якщо вона все одно повністю повертається приймачем назад у ланцюг?

6.Що таке резонанс струмів, у яких ланцюгах він виникає?

7. Чому при розрахунку компенсуючих пристроїв не задаються максимально можливим коефіцієнтом потужності cosI?

---