Инвертор реактивной мощности своими руками

—>Мой сайт —>

Персональный сайт

  • RSS
  • —>Вход
  • —>Регистрация
  • —>Главная

—>

« Июль 2021 »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4
5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 16 17 18
19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31

—>

ENERGY SAVER .

FREE DOWLOAD FILE .

https://depositfiles.com/files/g9kjs1gu8

Инвертор реактивной мощности

Устройство предназначено для питания бытовых потребителей переменным током. Номинальное напряжение 220 В, мощность потребления 1-5 кВт. Устройство может использоваться с любыми счетчиками, в том числе с электронными и электронно-механическими, даже имеющими в качестве датчика тока шунт или воздушный трансформатор.

Устройство, собранное по предлагаемой схеме, просто вставляется в розетку и от него питается нагрузка. Вся электропроводка остается нетронутой. Заземление не нужно. Счетчик при этом учитывает примерно четверть потребленной электроэнергии.

Теоретические основы

При питании активной нагрузки фазы напряжения и тока совпадают. Функция мощности, представляющая собой произведение мгновенных значений напряжения и тока, имеет вид синусоиды, расположенной только в области положительных значений. Счетчик электрической энергии вычисляет интеграл от функции мощности и регистрирует его на своем индикаторе. Если к электрической сети вместо нагрузки подключить емкость, то ток по фазе будет опережать напряжение на 90 градусов. Это приведет к тому, что функция мощности будет расположена симметрично относительно положительных и отрицательных значений. Следовательно, интеграл от неё будет иметь нулевое значение, и счетчик ничего считать не будет.

Принцип работы инвертора состоит в том, что конденсатор заряжают от сети в течение первого полупериода сетевого напряжения, а в течение второго — разряжают через нагрузку потребителя. Пока нагрузка питается от первого конденсатора, второй также заряжают от сети без подключения нагрузки. После этого цикл повторяется. Таким образом, нагрузка получает питание, по форме в виде пилообразных импульсов, а ток, потребляемый из сети- почти синусоидальный, только его аппроксимирующая функция опережает по фазе напряжение. Следовательно, счетчик учитывает не всю потребленную электроэнергию. Достичь смещения фаз до 90 градусов невозможно, так как фактически заряд

каждого конденсатора завершается за четверть периода сетевого напряжения, но аппроксимирующая функция тока через счетчик при правильно подобранных параметрах емкости и нагрузки может опережать напряжение до 70 градусов, что позволяет счетчику учитывать всего четверть от фактически потребленной электроэнергии.

Для питания нагрузки, чувствительной к форме напряжения, на выходе устройства можно установить фильтр. В этом случае питание нагрузки будет осуществляться почти правильной синусоидой.

Принципиальная схема устройства

Принципиальная схема приведена на рис.1. Основными элементами являются инверторный тиристорный мост VD 7 – VD 10 с конденсаторами C 1, С2. Тиристоры VD 7 и VD 8, открываясь поочередно, позволяют конденсаторам C 1 и С2 заряжаться от сети в соответствующие полупериоды сетевого напряжения. Тиристоры VD 9 и VD 10 предназначены для разряда конденсаторов через нагрузку.

Импульсы управления тиристорами формируются на вторичных обмотках трансформаторов Т2 и Т3 при открывании транзисторных ключей VT 1 и VT 2. Сигнал управления транзистором VT 1, соответствующий положительной полуволне сетевого напряжения, выделяется параметрическим стабилизатором VD 1, R 1 и через гальваническую развязку на оптроне ОС1 подается на базу транзистора. Транзистор открыт в течение всего времени положительной полуволны. В момент его открывания переходный процесс тока в первичной обмотке трансформатора Т2 приводит к появлению импульсов во вторичных обмотках. Эти импульсы открывают тиристоры VD 7 и VD 10. Тиристоры остаются в открытом состоянии, пока токи через них не достигнут нулевых значений. Это приводит к заряду конденсатора С1 и к разряду С2.

При появлении отрицательной полуволны сетевого напряжения транзистор VT 1 закрывается, а VT 2 открывается сигналом, выделяемом элементами VD 2, R 5 и ОС2. Работа каскада на транзисторе VT 2 в отрицательный полупериод аналогична, и приводит к открыванию VD 8, VD 9, что приводит к заряду конденсатора С2 и к разряду С1.

Блок питания транзисторных ключей и формирователей импульсов построен по простейшей схеме и состоит из трансформатора Т1, выпрямительного моста Br 1 и фильтра С3.

https://imageshack.us/f/835/022fq.jpg/

Детали и конструкция

Тиристоры VD 7- VD 10 должны быть рассчитаны на импульсный ток в открытом состоянии не менее 30 А и постоянное обратное напряжение не менее 310 В. Кроме указанных на схеме, допускается применение тиристоров КУ202К- КУ202М. Каждый тиристор должен быть установлен на радиаторе площадью не менее указанной в нижеследующей таблице.

Транзисторы VT 1, VT 2 должны быть рассчитаны на импульсный ток коллектора не менее 1 А и напряжение коллектор-эмиттер не менее 40 В. Возможно применение транзисторов КТ815, КТ817, КТ819, КТ826, КТ827 с любыми буквенными индексами.

В качестве оптронов ОС1, ОС2 можно использовать оптроны АОТ110 с любыми буквенными индексами или другие транзисторные оптроны, рассчитанные на номинальный выходной ток не менее 10 мА и напряжение не менее 30 В.

Диоды VD — VD 6 – типа КД105, КД102, КД106. Br 1- любые низковольтные выпрямительные диоды или диодная сборка на ток не менее 200 мА.

Резисторы: R 1, R 5 типа МЛТ-2, остальные резисторы типа МЛТ-0.25.

Накопительные конденсаторы С1 и С2 должны быть рассчитаны на напряжение не менее 400В. Они могут быть электролитическими, например К50-7. Их емкость выбирается в зависимости от мощности нагрузки, подключаемой к выходу устройства и должна быть не менее указанной в таблице.

Допускается применение батарей из нескольких конденсаторов, включенных параллельно. При малых нагрузках не рекомендуется завышать емкость конденсаторов, так как возрастают потери в схеме и снижается эффективность устройства.

Конденсатор С3 – любой электролитический емкостью 1000-2000 мкФ.

Трансформатор T 1 – любой мощностью около 10-20 Вт. Напряжение вторичной обмотки должно быть 12 В.

Трансформаторы Т2 и Т2 намотаны на кольцевом ферритовом сердечнике внешним диаметром не менее 10 мм. Все обмотки одинаковые и содержат по 100-200 витков провода диаметром 0.1-0.15 мм.

Устройство в целом собирают в каком-либо корпусе. Очень удобно (особенно в целях конспирации) использовать для этого корпус от бытового стабилизатора напряжения, которые в недалеком прошлом широко использовались для питания ламповых телевизоров.

Наладка

При наладке схемы соблюдайте осторожность! Помните, что не вся низковольтная часть схемы имеет гальваническую развязки от электрической сети! Применение плавких предохранителей – обязательно! Накопительные конденсаторы работает в тяжелом режиме, поэтому их нужно разместить в прочном металлическом корпусе.

Низковольтный блок питания проверяют отдельно от других модулей. Он должен обеспечивать ток не менее 0.2 А при напряжении на выходе 16 В.

Настройку схемы управления тиристорами рекомендуется выполнять при отключенной нагрузке и отсоединенных накопительных конденсаторах С1, С2.

С помощью осциллографа проверяют наличие прямоугольных импульсов на стабилитронах VD 1, VD 2. Амплитуда этих импульсов должна быть около 5 В, частота 50 Гц, скважность 1/1. Если скважность существенно отличается, то подбирают сопротивления резисторов R 1, R 5.

После этого подключают осциллограф поочередно к база-эмиттерным переходам транзисторов VT 1, VT 2. Если оптронные узлы работают нормально, то на базах транзисторов будут прямоугольные импульсы амплитудой около 1В и частотой 50 Гц. При отсутствии этих импульсов подбирают резисторы R 2, R 6.

В заключении осциллограф подключают поочередно к управляющим электродам тиристоров VD 7- VD 10 и измеряют сигналы относительно соответствующих катодов. Должны наблюдаться короткие импульсы амплитудой около 1 В, частотой 50 Гц. Если импульсы отсутствуют или их амплитуда ниже 0.7 В, увеличивают сопротивления R 17, R 18.

На этом настройку схемы управления устройства можно считать завершенной. При подключении нагрузки на выходе устройства будет напряжение, равное нулю. После подключения накопительных конденсаторов напряжение на нагрузке появится и будет иметь вид пилообразных импульсов, приведенных на рис.2. Амплитуда этих импульсов около 310 В, частота 50 Гц.

Если нагрузка допускает произвольную форму питающего напряжения (нагревательные элементы, котлы, печи, освещение лампами накаливания и т.п), тогда на этом можно закончить. Если нагрузка требует синусоидального напряжения, перед нагрузкой следует включить фильтр. Как правило, достаточно простейшего Г-образного LC -фильтра (рис.3). При индуктивности дросселя L около 20 мГн и емкости конденсатора С 100 мкФ (только неполярный!), на нагрузке мощностью 2 кВт получается синусоида с незначительными искажениями (рис.4). Такие искажения допускают практически все потребители, даже точная электронная аппаратура.

После испытания устройства под нагрузкой полезно убедиться, что ток потребления из сети опережает по фазе напряжение. Для этого потребуется двулучевой осциллограф. Последовательно с устройством следует включить малое мощное сопротивление (например, кусок спирали от электроплитки), и параллельно ему подключить один канал осциллографа для измерения тока. Второй канал осциллографа включают параллельно входу устройства, для измерения напряжения. Осциллограммы тока и напряжения должны быть смешены относительно друг друга по фазе на величину, как можно ближе к 90 градусов (рис.5). Малое фазосмещение свидетельствует о потере емкости накопительных конденсаторов С1 и С2. Полное отсутствие- о пробое силовых тиристоров или неправильной работе схемы управления.

Форум CYBERNET для техников и любителей сэкономить

Остановка счетчиков воды, остановка счетчиков электричества, остановка счетчика магнитом, радиоаппаратура, радио схемы

  • Темы без ответов
  • Активные темы
  • Поиск

Инвертор реактивной мощности

Инвертор реактивной мощности

Сообщение ssi12 » 19 янв 2009, 17:40

Читайте также  Столб для электричества на даче своими руками

Сообщение dr_cat » 20 янв 2009, 11:32

Re: Инвертор реактивной мощности

Сообщение daemon17 » 26 янв 2009, 13:38

Ну ты хоть посмотри что ты пишешь .

Если в качестве датчика используется шунт, то нихера у тебя не выйдет, т.к. данная схема расчитана на заряд конденсатора током частотой больше чем частота сети. А шунту похер, ток какой частоты будет через него идти. Падение будет в любом случае и счетчик будет регистрировать весь потребляемый ток.

Один долбень написал сам не понимая как это работает, а другой повторяет.

Сообщение Баланс » 27 янв 2009, 08:51

Сообщение dr_cat » 27 янв 2009, 10:55

Сообщение radar » 28 янв 2009, 18:06

тема серьёзная одной смекалки мало. если можешь подскажи лучше на мыло. я отправил тебе личное сообщение.

Сообщение Баланс » 29 янв 2009, 16:42

Сообщение daemon17 » 30 янв 2009, 11:42

Инвертор реактивной мощности

Сообщение Luko » 16 июл 2009, 20:43

Привет.
Вот за что не люблю трепал, все пустое. Шунт не шунт. Кто вообще знает это слово. Так языком помолоть. Идиотизм. Короче.
Схема именно под шунт реальная. Поэтому и работает со всеми типами счетчиков. Между нами эти схемы продаются. И вот как этот автор с горя ее просто сначала купил, а потом. когда понял что ничего не понял — выложил в инет. Но суть одна. Мало народу, кто бы имея только помыслы — поперся в магазин купил и сделал — все не так, нужны знания, цех, практика, двухлучевой осциограф стоимостью 35 000 тон и много чего еще. Поднять схему в готовом виде может только осилить либо проектное бюро или крупная электронная компания это факт.

Сложная настройка требует не трепотни и мата, а генератора и мозгов для наладки. Поэтому все, кто купил или скачал, как на этом форуме просто схему — думая, что теперь все пучком остались в ауте. Для этого надо просто посмотрев осцилограмму по настройке и понять что подобное не возможно. без инженерной поготовки.

Могу успокоить. Схемка работает. И даже более чем. Но под один потребитель. То есть розетка в розетку. Включаете само устройство в розетку на выходе получаете тоже розетку . В которую включаете стиралку, СВЧ печь, тоесть то что жрет от 1 до 5 кват.

Писать в личку. Делаем и давно сами. Примерный ценник 25 тон наших.
Надеюсь для ssi12 Вам я ответил.
Тема ясна. Для остальных просьба не трындеть.

А вот схемку жалко в инет пустили. Хотя только 2-3 процента смогут сами при затратах в XXXX , баков попробовать , настроить, повторить, и сделать мало кто сможет и это радует. И еще понятно надеюсь что номиналы приблизительны и теперь новые стандарты и номиналы совсем другие. А вот это не родается. Вообще сделали правильно.

Чистая теория. Остальное сам. Удачи.

Для тех кто в танке!. Не стоит покупать саму схему, стоит купить готовое устройство.

Сообщение vatar » 23 июл 2009, 10:51

Re: Инвертор реактивной мощности

Сообщение elio » 03 ноя 2009, 22:14

Luko писал(а): Привет.
Вот за что не люблю трепал, все пустое. Шунт не шунт. Кто вообще знает это слово. Так языком помолоть. Идиотизм. Короче.
Схема именно под шунт реальная. Поэтому и работает со всеми типами счетчиков. Между нами эти схемы продаются. И вот как этот автор с горя ее просто сначала купил, а потом. когда понял что ничего не понял — выложил в инет. Но суть одна. Мало народу, кто бы имея только помыслы — поперся в магазин купил и сделал — все не так, нужны знания, цех, практика, двухлучевой осциограф стоимостью 35 000 тон и много чего еще. Поднять схему в готовом виде может только осилить либо проектное бюро или крупная электронная компания это факт.

Сложная настройка требует не трепотни и мата, а генератора и мозгов для наладки. Поэтому все, кто купил или скачал, как на этом форуме просто схему — думая, что теперь все пучком остались в ауте. Для этого надо просто посмотрев осцилограмму по настройке и понять что подобное не возможно. без инженерной поготовки.

Могу успокоить. Схемка работает. И даже более чем. Но под один потребитель. То есть розетка в розетку. Включаете само устройство в розетку на выходе получаете тоже розетку . В которую включаете стиралку, СВЧ печь, тоесть то что жрет от 1 до 5 кват.

Писать в личку. Делаем и давно сами. Примерный ценник 25 тон наших.
Надеюсь для ssi12 Вам я ответил.
Тема ясна. Для остальных просьба не трындеть.

А вот схемку жалко в инет пустили. Хотя только 2-3 процента смогут сами при затратах в XXXX , баков попробовать , настроить, повторить, и сделать мало кто сможет и это радует. И еще понятно надеюсь что номиналы приблизительны и теперь новые стандарты и номиналы совсем другие. А вот это не родается. Вообще сделали правильно.

Чистая теория. Остальное сам. Удачи.

Для тех кто в танке!. Не стоит покупать саму схему, стоит купить готовое устройство.

Инвертор реактивной мощности своими руками

Интегратор (рис.1) предназначен для выделения из сетевого напряжения сигналов, синхронизирующих работу других модулей. Это прямоугольные импульсы уровня ТТЛ на выходах С1 и С2.

Фронт сигнала С1 совпадает с началом положительной полуволны сетевого напряжения, а спад – с началом отрицательной полуволны. Фронт сигнала С2 совпадает с началом положительной полуволны интеграла сетевого напряжения, а спад — с началом отрицательной полуволны. Таким образом, сигналы С1 и С2 представляют собой прямоугольные импульсы, синхронизированные сетью и смещенные по фазе относительно друг друга на угол /2.

Сигнал, соответствующий напряжению сети, снимается с резистивного делителя R1.1, R1.3, ограничивается до уровня 5 В с помощью резистора R1.5 и стабилитрона D1.2, затем через узел гальванической развязки на оптроне ОС1.1 подается на другие модули. Аналогично формируется сигнал, соответствующий интегралу напряжения сети. Процесс интегрирования обеспечивается процессами заряда и разряда конденсатора С1.1.

Система управления (рис.2) служит для формирования сигналов управления мощными ключевыми транзисторами рекуператора (рис.3). Алгоритм управления синхронизирован сигналами С1 и С2, получаемыми с интегратора. Для обеспечения импульсного процесса протекания энергопотребления устройством служит задающий генератор на логических элементах DD2.3.4 и DD2.3.5. Он формирует импульсы частотой 2 кГц амплитудой 5 В. Частота сигнала на выходе генератора и скважность импульсов определяются параметрами времязадающих цепей С2.1-R2.1 и C2.2-R2.2. Эти параметры могут подбираться при настройке для обеспечения наибольшей погрешности учета электроэнергии, потребляемой устройством.

Логический блок системы на основе анализа сигналов С1 и С2 формирует сигналы U1 – U4, каждый из которых управляет соответствующим плечом рекуператора. В необходимые моменты времени логический блок модулирует соответствующий выходной сигнал сигналом задающего генератора, обеспечивая высокочастотное энергопотребление.

Рекуператор (рис.3) представляет собой два одинаковых канала, каждый из которых обеспечивает подключение к электрической сети отдельного накопительного конденсатора С3.1 или С3.2. Канал управления конденсатором С3.1 состоит из мощных транзисторов Т3.2, Т3.6, выпрямительных диодов D3.1, D3.3, усилительных каскадов на транзисторах Т3.1, Т3.3 и узлов гальванической развязки от электросети на оптронах ОС3.1, ОС3.3. Канал управления конденсатором С3.2 построен аналогично. За счет алгоритма работы системы управления обеспечивается работа конденсатора С3.1 на положительной полуволне сетевого напряжения, а С3.2 – на отрицательной.

Блок питания (рис.4) построен по классической схеме. Необходимость применения трех каналов питания продиктована особенностью связи каскадов рекуператора с электрической сетью. При этом общим проводом можно лишь условно считать отрицательный полюс 5-вольтового выхода. Он не должен заземляться или иметь связь с проводами сети. Главным требованием к блоку питания является возможность обеспечить ток до 3 А на выходах 16 В. Это необходимо для ввода мощных ключевых транзисторов в режим насыщения в открытом состоянии. В противном случае на них будет рассеиваться большая мощность, и они выйдут из строя.

Детали и конструкция

Микросхемы могут применяться любые: 133, 156, 555 и других серий. Не рекомендуется применение микросхем на основе МОП — структур, так как они более подвержены влиянию наводок от работы мощных ключевых каскадов.

Ключевые транзисторы рекуператора обязательно устанавливаются на радиаторах. Лучше для каждого транзистора использовать отдельный радиатор площадью не менее 150 см2. Для транзисторов Т3.1, Т3.3, Т3.5, Т3.7 необходимы радиаторы площадью не менее 40 см2. Из соображений безопасности не следует использовать металлический корпус устройства в качестве радиатора для транзисторов.

Для всех высоковольтных конденсаторов на схеме обозначено их номинальное напряжение. Конденсаторы на более низкое напряжение применять нельзя. Конденсатор С1.1 может быть только неполярным. В этом узле применение электролитического конденсатора не допускается. Схема рекуператора специально составлена для использования в качестве С3.1 и С3.2 дешевых электролитических конденсаторов, но надежнее и долговечнее всё-таки применение неполярных конденсаторов.

Резисторы: R1.1 – R1.4 типа МЛТ-2; R3.17 — R3.22 проволочные мощностью не менее 10 Вт; остальные резисторы типа МЛТ-0.25.

Читайте также  Прокладка интернет кабеля в квартире своими руками

Трансформатор Tr1 – любой маломощный с двумя раздельными вторичными обмотками на 12 В и одной на 5 В. Главное требование – обеспечить при номинальном напряжении 12 В ток каждой вторичной обмотки не менее 3 А.

Все модули устройства следует смонтировать на отдельных платах для облегчения последующей настройки. Устройство в целом собирают в каком-либо корпусе. Очень удобно (особенно в целях конспирации) использовать для этого корпус от бытового стабилизатора напряжения, которые в недалеком прошлом широко использовались для питания ламповых телевизоров.

При наладке схемы соблюдайте осторожность! Помните, что не вся низковольтная часть схемы имеет гальваническую развязки от электрической сети! Не рекомендуется в качестве радиатора для транзисторов использовать металлический корпус устройства. Применение плавких предохранителей – обязательно! Накопительные конденсаторы работают в предельном режиме, поэтому перед включением устройства их нужно разместить в прочном металлическом корпусе.

Низковольтный блок питания проверяют отдельно от других модулей. Он должен обеспечивать ток не менее 3 А на выходах 16 В, а также 5 В для питания системы управления.

Затем налаживают генератор, отключив силовую часть схемы от электросети. Генератор должен формировать импульсы амплитудой 5 В и частотой около 2 кГц. Скважность импульсов приблизительно 1/1. При необходимости для этого подбирают конденсаторы С2.1, С2.2 или резисторы R2.1, R2.2. Логический блок системы управления при условии правильного монтажа наладки не требует. Желательно только убедиться с помощью осциллографа, что на выходах U1–U4 есть сигналы прямоугольной формы.

Интегратор проверяют двулучевым осциллографом. Для этого общий провод осциллографа соединяют с нулевым проводом электросети (N), провод первого канала подсоединяют к точке соединения резисторов R1.1 и R1.3, а провод второго канала – к точке соединения R1.2 и R1.4. На экране должны быть видны две синусоиды частотой 50 Гц и амплитудой около 150 В каждая, смещенные между собой по оси времени на угол /2. Далее проверяют наличие сигналов на выходах С1 и С2. Для этого общий провод осциллографа соединяют с точкой GND устройства. Сигналы должны иметь правильную прямоугольную форму, частоту также 50 Гц, амплитуду около 5 В и также должны быть смещены между собой на угол /2 по оси времени. Если фазосмещение сигналов отличается от /2, то его корректируют подбирая конденсатор С1.1.

Настройка ключевых элементов рекуператора заключается в установке тока базы транзисторов Т3.2, Т3.4, Т3.6, Т3.8 на уровне не менее 1.5 — 2 А. Это необходимо для насыщения этих транзисторов в открытом состоянии. Для настройки рекомендуется отключить рекуператор от системы управления (выходы U1-U4), и при настройке каждого каскада подавать напряжение +5 В на соответствующий вход рекуператора U1-U4 непосредственно с блока питания. Ток базы устанавливают поочередно для каждого каскада, подбирая сопротивление резисторов R3.19 — R3.22 соответственно. Для этого может потребоваться еще подбор R3.4, R3.8, R3.12, R3.16 для соответствующего каскада. После отключения напряжения на входе ток базы ключевого транзистора должен уменьшаться почти до нуля (несколько мкА).. Такая настройка обеспечивает наиболее благоприятный тепловой режим работы мощных ключевых транзисторов.

После настройки всех модулей восстанавливают все соединения в схеме и проверяют работы схемы в сборе. Первое включение рекомендуется выполнить с уменьшенными значениями емкости конденсаторов С3.1, С3.2 приблизительно до 1 мкФ. Конденсаторы лучше использовать неполярные. После включения устройства дайте ему поработать несколько минут, обращая особое внимание на температурный режим ключевых транзисторов. Если все в порядке – можете устанавливать электролитические конденсаторы. Увеличивать емкость конденсаторов до номинального значения рекомендуется в несколько этапов, каждый раз проверяя температурный режим.

Мощность отмотки непосредственно зависит от емкости конденсаторов С3.1 и С3.2. Для увеличения мощности нужны конденсаторы большей емкости. Предельное значение емкости определяется величиной импульсного тока заряда. О его величине можно судить, подключая осциллограф параллельно резисторам R3.17 и R3.18. Для транзисторов КТ848А он не должен превышать 20 А. Если требуется еще большая мощность отмотки, придется использовать более мощные транзисторы, а также диоды D3.1-D3.4.

Не рекомендуется использовать слишком большую мощность отмотки. Как правило, 1-2 кВт вполне достаточно. Если устройство работает совместно с другими потребителями, счетчик при этом вычитает из их мощности мощность устройства, но электропроводка будет загружена реактивной мощностью. Это нужно учитывать, чтобы не вывести из строя электропроводку.

Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Слишком высокая или как еще её называют, реактивная энергия и мощность, способствуют значительному ухудшению работы электрических сетей и систем. Мы предлагаем рассмотреть в нашей статье как производится автоматическая компенсация реактивной мощности (крм) и перекомпенсация в сетях на предприятиях, в квартире и в быту.

Зачем нужна компенсация реактивной мощности

Чем больше требуется энергии — тем выше становится уровень потребления топлива. И это не всегда оправдано. Компенсация мощности, т.е, её правильный расчет, поможет сэкономить в промышленных распределительных электросетях на производстве до 50 % затрачиваемого топлива, а в некоторых случаях и больше.

Нужно понимать, что тем больше ресурсов затрачено на производство, тем выше будет цена конечного продукта. При возможности снизить стоимость изготовления товара, производитель либо предприниматель, сможет снизить его цену, чем привлечь потенциальных клиентов и потребителей.

Как наглядный пример – пара диаграмм ниже. Эти векторы визуально передают полный эффект от работы установки.

Диаграмма до работы установки Диаграмма после работы установки

Кроме этого, мы также избавляемся от потерь в электросетях, от чего эффект следующий:

  • напряжение ровное, без перепадов;
  • увеличивается долговечность проводов (abb – авв, аку) и индукционной обмотки в жилых помещениях и на заводе;
  • значительная экономия на работе домашних трансформаторов и выпрямителей тока;
  • проведенная компенсация мощности и реактивной энергии значительно продлит время работы мощных устройств (асинхронный двигатель трехфазный и однофазный).
  • значительное снижение электрических затрат.

Общая схема преобразователя

Теория и практика

Чаще всего реактивная энергия и мощность потребляется при использовании трехфазного асинхронного двигателя, здесь и нужна компенсация сильнее всего. Согласно последним данным: 40 % — потребляют двигатели (от 10 кв), 30 – трансформаторы, 10 – преобразователи и выпрямители, 8% — расход освещения

Для того чтобы этот показатель уменьшить, используются конденсаторные устройства или установки. Но существует огромное количество подтипов этих электроприборов. Какие бывают конденсаторные установки и как они работают?

Видео: Что такое компенсация реактивной мощности и для чего она нужна?

Для того чтобы производилась компенсация энергии и реактивной мощности конденсаторными батареями и синхронными двигателями, понадобится установка энергосбережения. Чаще всего используют подобные устройства с реле, хотя вместо него может быть установлен контактор либо тиристор. Дома используются релейные приборы дуговой компенсации. Но если проводится компенсация реактивной энергии и мощности на заводах, у трансформаторов (там, где несимметричная нагрузка), то намного целесообразнее применять тиристорные устройства.

В отдельных случаях возможно использование комбинированных устройств, это приборы, которые одновременно работают и через линейный преобразователь, и через реле.

Чем поможет использование установок:

  • подстанция снизит скачки напряжения;
  • электрические сети станут более безопасными для работы электрических приборов, исчезнут проблемы компенсации электричеста и мощности у холодильных установок и сварочных аппаратов;
  • кроме этого, они очень просты в установке и эксплуатации.

Как установить конденсаторные устройства

Предварительно понадобится схема работы электросети, и документы от ПУЭ, по которым и проводится решение о компенсации энергии и реактивной мощности ДСП. Далее необходим экономический расчет:

  • сумма потребления энергии всеми приборами (это печи, цод, автоматические машины, холодильные установки и прочее);
  • сумма поступления тока в сеть;
  • вычисление потерь в цепях до поступления энергии к приборам, и после этого поступления;
  • частотный анализ.

Далее нужно сгенерировать часть мощности сразу на месте её поступления в сеть при помощи генератора. Это называется централизованная компенсация. Она может проводится также при помощи установки cos, electric, schneider, tg.

Но существует также индивидуальная однофазная компенсация реактивной энергии и мощности (либо поперечная), её цена намного ниже. В этом случае производится установка упорядоченных регулирующих устройств (конденсаторов), непосредственно у каждого потребителя питания. Это оптимальный выход, если регулируется трехфазный двигатель или электропривод. Но у этого типа компенсации есть существенный недостаток – она не регулируется, и поэтому называется еще и нерегулируемой или нелинейной.

Статические компенсаторы или тиристоры работают при помощи взаимоиндукции. В этом случае переключение производят при помощи двух или более тиристоров. Самый простой и безопасный метод, но его существенным недостатком является то, что гармоники генерируются вручную, что значительно усложняет процесс монтажа.

Продольная компенсация

Продольная компенсация производится методом варистора или разрядника.

Продольная компенсация реактивной мощности

Сам процесс происходит из-за наличия резонанса, который образуется из-за направления индуктивных зарядов друг другу на встречу. Данная технология и теория компенсации мощности применяется для реактивных и тяговых двигателей, сталеплавильной или станочной техники Гармоники, к примеру, и именуется еще искусственная.

Техническая сторона компенсации

Существует огромное количество производителей и типов установок конденсаторных установок:

  • тиристорные;
  • регуляторы на ферросплавном материале (Чехия);
  • резисторные (производятся в Петербурге);
  • низковольтные;
  • реакторы детюнинг (Германия);
  • модульные – самые новые и дорогостоящие на данный момент приборы;
  • контакторы (Украина).
Читайте также  Электрическая разводка в квартире своими руками

Их стоимость разнится в зависимости от организации, для боле точной и исчерпывающей информации посетите форум, где обсуждается компенсаций реактивной мощности.

Эволюция технологий и устройств компенсации реактивной мощности

Если абстрагироваться от дат публикаций ряда важных ранних теоретических исследований в области снижения негативного влияния перетоков реактивной мощности на качество генерируемой/транспортируемой электрической энергии, то текущий год знаменует столетие реального практического использования устройств компенсации реактивной мощности в энергопередающих сетях разного уровня напряжения.

Впервые вне исследовательских лабораторий для компенсации реактивной мощности в 1914 году были использованы шунтирующие конденсаторы (H. Frankand S. Ivner, «Thyristor-ControlledShuntCompensationinPowerNetworks», ASEA Journal, 1981), подключаемые в сеть последовательно с нагрузкой, а к началу текущего тысячелетия эволюционировали не только устройства и технологии для коррекции коэффициента мощности, но и сама концепция — сегодня электрическая сеть уже рассматривается не, как пассивное сооружение для транспорта электроэнергии, а как активное устройство, участвующее в управлении режимами генерации, транспорта и потребления электрической энергии.

Переход к управляемым (гибким) системам электропередачи переменного тока (FACTS — Flexible AlternativeCurrentTransmissionSystem – термин формализован Институтом электроэнергетики EPRI в США) обусловил разработку и внедрение в энергосистемы новых типов устройств коррекции коэффициента мощности и стабилизации сетевого напряжения —управляемых шунтирующих реакторов, статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности, синхронных статических компенсаторов реактивной мощности типа СТАТКОМ (StaticSynchronousCompensator — STATCOM), синхронных статических продольных компенсаторов реактивной мощности на базе преобразователей напряжения, управляемых тиристорами устройств продольной емкостной компенсации, управляемых фазоповоротных устройств, вставок постоянного тока на базе преобразователей напряжения, объединенных регуляторов потока мощности, асинхронизированных машин, электромашинновентильных комплексов и т.д., а также управляющих систем — глобального мониторинга, защиты и управления (wide-areamonitoring, protection, andcontrolsystems — WAMPAC), глобального позиционирования (GPS), фазных измерений (PMU), диспетчерского управления и сбора информации (SCADA), защиты схем управления (SPS) и пр.

Вместе с тем, во всяком случае в сетях низкого и среднего напряжения РФ по-прежнему достаточно эффективно используются традиционные устройства компенсации реактивной мощности, имеющие свои достоинства и недостатки в сравнении с устройствами, агрегатами, комплексами и системами FACTS.

Типовые топологии схем компенсации реактивной мощности

Вне зависимости от типа устройств компенсации реактивной мощности традиционными на текущий момент стали две топологии схем их присоединения к сетям электропередачи с переменного тока с линейными и нелинейными нагрузками:

  • параллельная (или поперечная) компенсация реактивной мощности, при которой генерируемая параллельно подключенным в сеть устройством компенсации реактивной мощности не зависит от напряжения в точке присоединения.

Рис. Параллельная (поперечная) компенсация реактивной мощности электродвигателя (индуктивной нагрузки): а — схема без компенсации, б — схема с компенсацией

К достоинствам схем параллельной (поперечной) компенсации реактивной мощности относят:

  • независимость генерируемой реактивной мощности от напряжения в точке присоединения;
  • возможность плавного регулирования потока реактивной мощности для компенсации;
  • эффективная стабилизация сетевого напряжения.

Недостатком параллельной (поперечной) компенсации является ограниченная возможность демпфирования быстрых изменений (колебаний) активной составляющей мощности;

  • последовательная (продольная) компенсация реактивной мощности, при которой генерирующее (или потребляющее при коррекции перенапряжения) реактивную энергию устройство подключено в сеть последовательно и балансирует реактанс передающей линии.

Рис. Параллельная (продольная) компенсация реактивной мощности электродвигателя: а —схема без компенсации, б — схема с компенсацией. Рис. Типовая схема устройства последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности с защитой от перенапряжения

Достоинствами схем последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности считают: возможность оптимизации потоков реактивной энергии по разным фазам напряжения;

значительную степень компенсации; простоту интеграции в сеть компенсирующих устройств. Недостатки последовательной (продольной) компенсации реактивной мощности — отсутствие возможности регулирования сетевого напряжения, сложность управления устройствами при переменных нагрузках, большие риски перенапряжения во время резких изменений нагрузки из-за задержки срабатывания устройства.

Традиционные устройства компенсации реактивной мощности

Статические или механически переключаемые устройства компенсации реактивной мощности.

Это типовые релейные (контакторные) установки КРМ, УКРМ и т.д. с механическим (ручным) включением/отключением ступеней батарей силовых конденсаторов. Включение или отключение каждой ступени даже с современными вакуумными контакторами занимает время, часто критическое при динамических, быстро изменяющихся нагрузках, что определяет значительные риски, как перенапряжений, так и провалов сетевого напряжения. Условная «плавность» регулирования величины генерируемой реактивной энергии зависит от числа ступеней в установке и мощности каждой ступени, а потому в сети с динамической нагрузкой всегда напряжение нестабильно и может превышать или быть ниже оптимального разности в объемах генерируемой и потребляемой реактивной мощности.

Дополнительным недостатком релейных (контакторных) установок компенсации реактивной мощности с механическим переключением является практически полная неспособность к компенсации мощности искажений, возникающей в цепях с нелинейными нагрузками из-за искажений синусоиды основной частоты тока синусоидами гармоник тока более высокого порядка и показывающей несоответствие синусоидальности кривых тока/напряжения. Причем фильтры гармоник в статических/механически переключаемых устройствах компенсации реактивной мощности остаются малоэффективными из-за нестабильности сети по теку и напряжению, а прогрессивные импульсно-модуляционные преобразователи (ИМП), ориентированные на компенсацию мощности искажений, пока имеют ограниченное применение, как из-за большой стоимости, так и несовершенства алгоритмов адаптации в конкретных сетях с конкретной нелинейностью нагрузки.

Рис. Типовая топология компенсатора с импульсно-модуляционным (ИМП) преобразователем с: а) емкостным и б) индуктивным накопителями энергии

Рис. Диаграммы напряжений и токов компенсатора с импульсно-модуляционным (ИМП) преобразователем с нагрузкой сложного характера, где: а) напряжения и токи трёх фаз распределительной сети; б) напряжение фазы А — UA и токи фазы А — линейной нагрузки IAлн, нелинейной нагрузки IAнн, компенсатора IAк.

Установки синхронной компенсации реактивной мощности

Установки синхронной компенсации реактивной мощности используются в энергосетях развитых стран мира уже более 50 лет, однако из-за больших потерь в сравнении с статическими устройствами компенсации реактивной мощности и стоимости (в том числе систем защиты от токов короткого замыкания) установки синхронной компенсации реактивной мощности постепенно заменяются более прогрессивными устройствами. Кроме того, установки синхронной компенсации реактивной мощности, а по факту — синхронные двигатели специальной конструкции, работающие на холостом ходу и в режиме перевозбуждения обмотки генерирующие реактивную мощность — являются средствами пассивной компенсации и не могут быть адаптированы в системах FACTS.

Переключаемые тиристорные установки компенсации реактивной мощности типа TSC. Это статические конденсаторные установки с различным числом ступеней, управляемые тиристорными переключателями, обеспечивающими быстрое подключение/отключение ступеней в момент равенства напряжений на конденсаторных блоках и в сети. Впервые статические установки компенсации реактивной мощности типа TSC были использованы ASEA в 1971 году, имели среднюю задержку переключения от половины до цикла колебаний по току/напряжению, по факту не генерировали гармоник и отличались простотой конструктивных решений.

Рис. Переключаемая тиристорами конденсаторная установка компенсации реактивной мощности. Вместе с тем, устройства типа TSC остались ступенчатыми, а значит дискретными по потокам генерируемой мощности, а каждая батарея конденсаторов оборудовалась своим тиристорным переключателем, что делало установку материалоемкой и финансово затратной.

Отчасти недостатки финансовой доступности установок типа TSC были устранены применением тиристорно-диодных схем, к тому же выгодно отличающихся почти полным отсутствием импульсных токов при переключении, однако имеющих запаздывание включения/отключения ступени не менее одного цикла в сравнении половиной цикла у установок TSC.

Рис. Бинарные тиристорно-диодные переключатели статических установок компенсации реактивной мощности.

Рис. Диаграммы токов бинарной тиристорно-диодной установки компенсации реактивной мощности, где: а — d — токи по В1 — В4; е — результирующая кривая тока установки. Управляемые тиристорами реакторы.

Управляемые тиристорами реакторы (тип TCR), как правило, имеют батареи статических конденсаторов, фильтры гармоник низшего порядка и управляемую тиристорами индуктивность (собственно реактор), интегрируемую в каждую фазу питающей сети. Управляемая тиристорами индуктивность используется для демпфирования избытка реактивной мощности, генерируемой конденсаторами, что исключает риски перенапряжения. В то же время тиристорное управление, как конденсаторными блоками, так и индуктивностью позволяет формировать достаточно плавную компенсацию реактивной мощности, хотя для получения реально плавной на практике компенсации используют:

  • дорогие управляемые тиристорные генераторы, построенные по трех-, шести и более импульсной топологии.

Рис. Трех импульсные (слева) управляемые тиристорами реакторы с пассивными фильтрами низкоуровневых гармоник и двенадцати импульсные (справа) управляемые тиристорами реакторы типа TCR с трансформатором для смещения фаз, позволяющего устранить гармоники 5 и 7 порядка без использования пассивных фильтров.

  • комбинированные установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR с управлением тиристорным переключением ступеней батарей статических конденсаторов и реакторов.

Рис. Типовая топология комбинированной установки компенсации реактивной мощности TSC-TCR.

  • тиристорно-управляемые установки последовательной (продольной) компенсации TCSC (ThyristorControlledSeriesCompensator).

Рис. Типовая топология тиристорно-управляемой установки последовательной (продольной) компенсации TCSC.

Самокоммутируемые преобразователи для компенсации реактивной мощности

Самокоммутируемые преобразователи для компенсации реактивной мощности – прогрессивные полупроводниковые устройства, способные к генерированию или поглощению реактивной мощности, и включающие статические синхронные компенсаторы, объединенные энергетические регуляторы потока (unifiedpowerflowcontrollers — UPFC) и динамические восстановители напряжения (dynamicvoltagerestorers — DVR).

Рис. Моделируемый ток и формы волны напряжения само коммутируемого преобразователядля компенсации реактивной мощности, где a — топология установки, b — моделируемый ток иформа волны напряжения (VMOD> VCOMP ); с — моделируемый ток и форма волны напряжения (VMOD

Следите за нами в Life-режиме в Instagram
Деловые поездки, офисная жизнь, актуальные разработки в мире электротехники