Współczynnik mocy napędu
Współczynnik mocy napędu — stosunek mocy czynnej pobieranej przez napęd elektryczny do mocy pozornej. Dla napięcia i prądu sinusoidalnego współczynnik mocy jest równy cosinusowi kąta fazowego między krzywymi napięcia i prądu (cosφ).
Przy stałej mocy czynnej pobieranej przez napęd elektryczny wzrost mocy biernej i odpowiednio spadek współczynnika mocy powoduje wzrost sumarycznego prądu w przewodach połączeń instalacji elektrycznej (generatory, linie przesyłowe itp. .). Prowadzi to do wzrostu kosztów metali żelaznych i nieżelaznych, materiałów izolacyjnych, wymiarów, ważenia sprzętu pomocniczego itp.
Ponadto wzrost mocy biernej zwiększa straty napięciowe, a tym samym gwałtownie pogarsza warunki regulacji napięcia i uniemożliwia normalną pracę połączonych równolegle generatorów. Wszystko to determinuje chęć posiadania instalacji elektrycznych o wysokim cosφ.
W przedsiębiorstwach przemysłowych głównymi odbiorcami mocy biernej są trójfazowe silniki asynchroniczne, które stanowią ponad 70% całkowitej mocy biernej, oraz transformatory — do 20%.
Zauważalną redukcję obciążeń biernych uzyskuje się poprzez właściwy dobór mocy znamionowej silników asynchronicznych do napędu pracujących maszyn, przełączanie niedociążonych silników asynchronicznych z trójkąta na gwiazdę lub zastąpienie ich silnikami o mniejszej mocy, zastosowanie ograniczników biegu jałowego w obwodach sterowania silników asynchronicznych, poprawę jakość ich naprawy, a także stosowanie silników synchronicznych zamiast asynchronicznych (w miarę możliwości wynikających z warunków procesu technologicznego).
Przeczytaj więcej na ten temat tutaj: Jak poprawić współczynnik mocy bez kondensatorów kompensacyjnych
Dalsza redukcja obciążeń biernych możliwa jest za pomocą urządzeń kompensacyjnych (kondensatorów i przewzbudzonych maszyn synchronicznych) instalowanych na użytkowniku lub w jego pobliżu.
Ilość mocy biernej generowanej przez kondensatory jest wprost proporcjonalna do ich pojemności i kwadratu napięcia sieciowego, do którego te kondensatory są podłączone.
Gdy jako kompensator wykorzystywana jest maszyna synchroniczna, zmniejszenie mocy biernej uzyskuje się dzięki dodatkowym stratom energii – stratom jałowym maszyny i mocy, która ją wzbudzi.
Aby utrzymać cosφ na wymaganym poziomie, przy wahaniach obciążenia biernego, konieczne jest zastosowanie automatycznego sterowania wzbudzeniem maszyny synchronicznej lub automatycznej zmiany liczby włączonych kondensatorów.
Wymaganą moc urządzenia kompensującego określa wyrażenie
Bc = (Wа (tgφ1 — tgφ2) α)/ Tp, kvar
gdzie Wа — zużycie energii czynnej w najbardziej pracowitym miesiącu (kWh), tgφ1 — tangens kąta fazowego odpowiadającego średniemu ważonemu cosinusowi w najbardziej pracowitym miesiącu, tgφ2 — tangens kąta fazowego, którego cosinus należy przyjąć w 0,92 — 0,95, α — obliczony współczynnik równy 0,8-0,9, biorąc pod uwagę możliwość zwiększenia cosφ na istniejącej instalacji poprzez poprawę trybów pracy urządzeń elektrycznych (dla nowo projektowanych instalacji współczynnik ten przyjmuje się jako równy na jeden), TNS — liczba godzin pracy przedsiębiorstwa w ciągu miesiąca.