Methoden zur Verbesserung des Leistungsfaktors mit ihren Vor- und Nachteilen

Methoden zur Verbesserung des Leistungsfaktors

Die folgenden Geräte und Ausrüstungen werden zur Verbesserung des Leistungsfaktors verwendet.

1. Statischer Kondensator
2. Synchronkondensator
3. Phasenvorantreiber

1. Statischer Kondensator

Wir wissen, dass die meisten Industrie- und Stromversorgungssystemlasten induktiv sind und einen nacheilenden Strom aufnehmen, der den Leistungsfaktor des Systems verringert (siehe Nachteile eines niedrigen Leistungsfaktors) . Zur Verbesserung des Leistungsfaktors werden statische Kondensatoren parallel zu den Geräten geschaltet, die mit niedrigem Leistungsfaktor arbeiten.

Diese statischen Kondensatoren liefern einen voreilenden Strom, der (vollständig oder ungefähr) die nacheilende induktive Komponente des Laststroms neutralisiert (d. h. die voreilende Komponente neutralisiert oder eliminiert die nacheilende Komponente des Laststroms), wodurch der Leistungsfaktor des Lastkreises verbessert wird.

Diese Kondensatoren werden in der Nähe großer induktiver Lasten installiert, z. B. Induktionsmotoren und Transformatoren usw., und verbessern den Leistungsfaktor des Lastkreises, um die System- oder Geräteeffizienz zu verbessern.

Angenommen, hier ist eine einphasige induktive Last, die einen nacheilenden Strom (I) aufnimmt, und der Lastleistungsfaktor ist Cosθ, wie in Abb. 1 gezeigt.

In Abb. 2 wurde ein Kondensator (C) parallel zur Last geschaltet. Jetzt fließt ein Strom (Ic) durch den Kondensator, der 90° von der Versorgungsspannung wegführt (Beachten Sie, dass der Kondensator einen führenden Strom liefert, d. h. in einer reinen kapazitiven Schaltung führt der Strom 90° von der Versorgungsspannung weg, mit anderen Worten, die Spannung beträgt 90° Verzögerung von Aktuell). Der Laststrom ist (I). Die Vektorkombination aus (I) und (Ic) ist (I’), die der Spannung bei θ2 nacheilt, wie in Abb. 3 gezeigt.

Aus Abb. 3 ist ersichtlich, dass der Winkel θ2 <θ1 ist, d. h. der Winkel θ2 ist kleiner als der Winkel θ2. Daher ist Cosθ2 kleiner als Cosθ1 (Cosθ2> Cosθ1). Daher wird der Lastleistungsfaktor durch Kondensatoren verbessert.

Beachten Sie auch, dass nach der Verbesserung des Leistungsfaktors der Schaltungsstrom geringer wäre als bei dem Schaltungsstrom mit niedrigem Leistungsfaktor. Außerdem wäre vor und nach der Verbesserung des Leistungsfaktors die aktive Stromkomponente in dieser Schaltung gleich, da der Kondensator nur die reaktive Stromkomponente eliminiert. Außerdem wäre die Wirkleistung (in Watt) nach und vor der Verbesserung des Leistungsfaktors gleich.

Vorteile:

• Die Kondensatorbank bietet mehrere Vorteile gegenüber anderen Methoden zur Verbesserung des Leistungsfaktors.
• Die Verluste sind bei statischen Kondensatoren gering
• Kein bewegliches Teil, daher geringer Wartungsaufwand
• Es funktioniert unter normalen Bedingungen (d. h. unter normalen atmosphärischen Bedingungen)
• Für die Installation ist kein Fundament erforderlich
• Sie sind leicht und können daher einfach installiert werden

Nachteile:

• Das Alter der statischen Kondensatorbank ist geringer (8 – 10 Jahre)
• Bei sich ändernder Last müssen wir die Kondensatorbank ein- oder ausschalten, was Schaltstöße im System verursacht
• Wenn die Nennspannung ansteigt, dann wird es beschädigt
• Sobald die Kondensatoren verdorben sind, ist die Reparatur kostspielig

2. Synchronkondensator

Wenn ein Synchronmotor im Leerlauf und mit Übererregung arbeitet, spricht man von einem Synchronkondensator. Immer wenn ein Synchronmotor übererregt wird, liefert er voreilenden Strom und arbeitet wie ein Kondensator.

Wenn ein Synchronkondensator über die Versorgungsspannung (parallel) angeschlossen wird, zieht er führenden Strom und eliminiert teilweise die reaktive Komponente und auf diese Weise wird der Leistungsfaktor verbessert. Im Allgemeinen werden Synchronkondensatoren verwendet, um den Leistungsfaktor in Großindustrien zu verbessern.

Vorteile:

• Lange Lebensdauer (fast 25 Jahre)
• Hohe Zuverlässigkeit
• Stufenlose Anpassung des Leistungsfaktors.
• Keine Erzeugung von Wartungsoberschwingungen 
• Die Fehler lassen sich leicht beheben
• Es wird nicht von Oberschwingungen beeinflusst.
• Erfordern wenig Wartung (nur regelmäßige Lagerschmierung ist erforderlich)

Nachteile:

• Es ist teuer (die Wartungskosten sind ebenfalls hoch) und wird daher hauptsächlich von großen Power-Usern verwendet.
• Für diesen Vorgang muss eine Hilfsvorrichtung verwendet werden, da der Synchronmotor kein Selbstanlaufmoment hat
• Erzeugt Lärm

3. Phasenverbesserer

Der Phasenschieber ist ein einfacher Wechselstromerreger, der an der Hauptwelle des Motors angeschlossen ist und mit dem Rotorkreis des Motors zur Verbesserung des Leistungsfaktors zusammenarbeitet. Der Phasenschieber wird verwendet, um den Leistungsfaktor von Induktionsmotoren in der Industrie zu verbessern.

Da die Statorwicklungen des Induktionsmotors einen um 90° phasenverschobenen Nacheilstrom mit der Spannung aufnehmen, ist der Leistungsfaktor des Induktionsmotors niedrig. Wenn die anregenden Amperewindungen durch eine externe Wechselstromquelle erregt werden, gibt es keine Auswirkung des Erregerstroms auf die Statorwicklungen. Daher wird der Leistungsfaktor des Induktionsmotors verbessert. Dieser Prozess wird von Phase Advancer durchgeführt.

Vorteile:

• Nacheilende kVAR (Blindleistungskomponente oder Blindleistung), die vom Motor aufgenommen wird, wird ausreichend reduziert, da die erregenden Amperewindungen mit Schlupffrequenz (fs) geliefert werden.
• Der Phasenschieber kann problemlos dort eingesetzt werden, wo die Verwendung von Synchronmotoren nicht akzeptabel ist

Nachteil:

• Die Verwendung von Phase Advancer ist für Motoren unter 200 PS nicht wirtschaftlich. (ca. 150kW)

Verbesserung des Leistungsfaktors in einphasigen und dreiphasigen Stern- und Dreieckverbindungen

Verbesserung des Leistungsfaktors im Dreiphasensystem durch Anschluss einer Kondensatorbank in (1). Delta-Verbindung(2). Sternverbindung)

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