Повышение коэффициента мощности электроэнергетической системы.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

В электрических цепях без изменения электромагнитной энергии энергообмен отсутствует, характер электрического сопротивления таких цепей принято называть активным сопротивлением, а сторонние силы источников энергии непрерывно работают на преобразование электрической энергии в иной вид энергии и ток в цепи минимален. Большинство потребителей электрической энергии (трансформаторы, электрические двигатели, дроссели, индукторы и другие устройства) имеют активно-индуктивный характер электрического сопротивления φ ≠ 0, cosφ < 1 и величина тока превышает минимальное значение

Если активное сопротивление элементов системы электроснабжения обозначить R_л, то потери мощности в источнике энергии, в трансформаторах, в электрических линиях системы электроснабжения повышаются со снижением коэффициента мощности

Таким образом, чем выше коэффициент мощности потребителя электрической энергии, тем меньше потери энергии во всех элементах электрической цепи, тем меньше будет наноситься ущерб энергетической системе, обществу и природе.

Коэффициент мощности потребителя электрической энергии влияет на коэффициент использования системы электроснабжения К_р

Чтобы снизить ущерб, наносимый обществу и окружающей среде при работе энергетической системы, разработаны технические и организационные мероприятия по повышению коэффициента мощности приемников электрической энергии.

К техническим мерам повышения коэффициента мощности относятся разработки приемников электрической энергии, характер электрического сопротивления которых близок к активному сопротивлению. Приоритет разработок данного направления обусловлен тем, что они позволяют увеличивать время работы сторонних сил источника энергии на преобразование электрической энергии в иной вид энергии без применения дополнительного оборудования, то есть, технические решения направлены на снижение интенсивности энергообмена в электрической цепи. В современных электромагнитных аппаратах, электрических машинах для изготовления магнитопровода применяются материалы с высокими магнитными характеристиками. Для этого разрабатывается состав и новые технологии прокатки электротехнической стали, используют пермаллой, марганец-цинковые ферриты, прессованный порошкообразный алисифер и другие вещества. Разрабатываются конструкции магнитопроводов с бронированными сердечниками, придают магнитопроводу тороидальную форму.

Высокоскоростные электрические машины отличаются от низкоскоростных меньшим диаметром ротора и статора, большей длиной активных частей обмоток и магнитопровода, меньшим воздушным зазором между расточкой статора и ротора. Данные параметры оказывают существенное влияние на отношение индуктивного сопротивления к активному сопротивлению обмоток электрических машин, то есть, на уменьшение. Коэффициент мощности у высокоскоростных электрических машин выше, чем у низкоскоростных машин при одинаковой номинальной мощности. Для уменьшения индуктивного сопротивления электрических аппаратов и машин разрабатываются новые конструкции обмоток и способы их укладки. В светильниках и излучателях различного спектра применяются полупроводниковые материалы, которые кардинально изменяют механизм преобразования электрической энергии в излучение, а их электрическое сопротивление является активным. В приборах с разрядными источниками излучения одновременно применяются балластные аппараты с индуктивным и емкостным сопротивлением или используются полупроводниковые пуско-регулирующие аппараты.

К организационным мероприятиям относятся ограничения работы электрических двигателей на холостом ходу путем автоматического отключения их от электрической сети с помощью реле холостого хода. Коэффициент мощности электрических двигателей, трансформаторов при работе на холостом ходу ниже, чем в номинальном режиме, поэтому в ночное время трансформаторы отключают или загружают их тепловыми аккумуляторами, накопителями электрической энергии, а также организуют работу потребителей электрической энергии в ночное время.

34. Основные определения переходных процессов. Законы коммутации.

Под переходным (динамическим, нестационарным) процессом или режимом в электрических цепях понимается процесс перехода цепи из одного установившегося состояния (режима) в другое. При установившихся, или стационарных, режимах в цепях постоянного тока напряжения и токи неизменны во времени, а в цепях переменного тока они представляют собой периодические функции времени. Установившиеся режимы при заданных и неизменных параметрах цепи полностью определяются только источником энергии. Следовательно, источники постоянного напряжения (или тока) создают в цепи постоянный ток, а источники переменного напряжения (или тока) – переменный ток той же частоты, что и частота источника энергии.

Переходные процессы возникают при любых изменениях режима электрической цепи: при подключении и отключении цепи, при изменении нагрузки, при возникновении аварийных режимов (короткое замыкание, обрыв провода и т.д.). Изменения в электрической цепи можно представить в виде тех или иных переключений, называемых в общем случае коммутацией. Физически переходные процессы представляют собой процессы перехода от энергетического состояния, соответствующего до коммутационному режиму, к энергетическому состоянию, соответствующему после коммутационному режиму.

Переходные процессы обычно быстро протекающие: длительность их составляет десятые, сотые, а иногда и миллиардные доли секунды. Сравнительно редко длительность переходных процессов достигает секунд и десятков секунд. Тем не менее изучение переходных процессов весьма важно, так как позволяет установить, как деформируется по форме и амплитуде сигнал, выявить превышения напряжения на отдельных участках цепи, которые могут оказаться опасными для изоляции установки, увеличения амплитуд токов, которые могут в десятки раз превышать амплитуду тока установившегося периодического процесса, а также определять продолжительность переходного процесса. С другой стороны, работа многих электротехнических устройств, особенно устройств промышленной электроники, основана на переходных процессах. Например, в электрических нагревательных печах качество выпускаемого материала зависит от характера протекания переходного процесса. Чрезмерно быстрое нагревание может стать причиной брака, а чрезмерно медленное отрицательно оказывается на качестве материала и приводит к снижению производительности.

В общем случае в электрической цепи переходные процессы могут возникать, если в цепи имеются индуктивные и емкостные элементы, обладающие способностью накапливать или отдавать энергию магнитного или электрического поля. В момент коммутации, когда начинается переходный процесс, происходит перераспределение энергии между индуктивными, емкостными элементами цепи и внешними источниками энергии, подключенными к цепи. При этом часть энергия безвозвратно преобразуется в другие виды энергий (например, в тепловую на активном сопротивлении).

После окончания переходного процесса устанавливается новый установившийся режим, который определяется только внешними источниками энергии. При отключении внешних источников энергии переходный процесс может возникать за счет энергии электромагнитного поля, накопленной до начала переходного режима в индуктивных и емкостных элементах цепи.

Первый закон коммутации состоит в том, что ток в ветви с индуктивным элементом в начальный момент времени после коммутации имеет то же значение, какое он имел непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения он начинает плавно изменяться. Сказанное обычно записывают в виде i_L(0_-) = i_L(0₊), считая, что коммутация происходит мгновенно в момент t = 0.

Второй закон коммутации состоит в том, что напряжение на емкостном элементе в начальный момент после коммутации имеет то же значение, какое оно имело непосредственно перед коммутацией, а затем с этого значения оно начинает плавно изменяться: U_C(0_-) = U_C(0₊).

Следовательно, наличие ветви, содержащей индуктивность, в цепи, включаемой под напряжение, равносильно разрыву цепи в этом месте в момент коммутации, так как i_L(0_-) = i_L(0₊). Наличие в цепи, включаемой под напряжение, ветви, содержащей разряженный конденсатор, равносильно короткому замыканию в этом месте в момент коммутации, так как U_C(0_-) = U_C(0₊).

Однако в электрической цепи возможны скачки напряжений на индуктивностях и токов на емкостях.

В электрических цепях с резистивными элементами энергия электромагнитного поля не запасается, вследствие чего в них переходные процессы не возникают, т.е. в таких цепях стационарные режимы устанавливаются мгновенно, скачком.

В действительности любой элемент цепи обладает каким-то сопротивлением r, индуктивностью L и емкостью С, т.е. в реальных электротехнических устройствах существуют тепловые потери, обусловленные прохождением тока и наличием сопротивления r, а также магнитные и электрические поля.

Переходные процессы в реальных электротехнических устройствах можно ускорять или замедлять путем подбора соответствующих параметров элементов цепей, а также за счет применения специальных устройств.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒