خازن ها و ضریب توان: راه حل مهندسی که هزینه های انرژی را کاهش می دهد

خازن ها و ضریب قدرت: چرا تعمیر کلاسیک همچنان برنده است

ضریب توان یک نیروگاه به زیر آستانه قرارداد شرکت برق می‌رود و صورتحساب ماهانه افزایش می‌یابد حتی اگر تولید هرگز تغییر نکرده باشد. اقتصادی ترین اصلاح به ندرت یک ترانسفورماتور بزرگتر است - این یک بانک خازن به اندازه بار است. خازن ها جریان راکتیو پیشرو را که جریان عقب ماندگی کشیده شده توسط موتورها و ترانسفورماتورها را خنثی می کند، تامین می کنند و این کار را به صورت غیرفعال، قابل اطمینان و با کسری از هزینه مهندسی مجدد منبع انجام می دهند.

آنچه که عامل قدرت در واقع به شما می گوید

ضریب توان نسبت توان کاری به کل توان مصرفی است - توان واقعی بر حسب کیلووات تقسیم بر توان ظاهری بر حسب کیلوولت آمپر. با ضریب توان 1.0 هر آمپر روی صورتحساب کار مفیدی انجام می دهد. در 0.7، تقریباً 30 درصد جریان در سیستم بدون تولید گشتاور، گرما یا نور در حال گردش است.

زمانی که این سه مقدار را از هم جدا می‌کنید، تقسیم واضح‌تر می‌شود:

• توان واقعی (کیلووات) - بخشی که موتورها را می چرخاند، عناصر را گرم می کند و مدارهای کنترل را به حرکت در می آورد.
• توان راکتیو (kVAr) - بخشی که میدان های مغناطیسی را در سیم پیچ های موتور، هسته های ترانسفورماتور و چوک ها حفظ می کند.
• توان ظاهری (kVA) - مجموع بردار این دو، و مقداری که ابزار باید تبدیل، تغییر کند و حمل کند.

این نکته آخر اقتصاد را پیش می برد. کابل ها، ترانسفورماتورها و بریکرها همگی بر حسب کیلو ولت آمپر هستند. هنگامی که ضریب توان کاهش می یابد، همان کیلووات کیلو ولت آمپر بیشتری نیاز دارد، که جریان را افزایش می دهد، I را افزایش می دهد. ² R تلفات می دهد و تجهیزات سنگین تری را برای همان بار مفید مجبور می کند. بنابراین شرکت‌های برق جریمه‌ای زیر آستانه قرارداد خود اعمال می‌کنند - معمولاً در باند 0.85 تا 0.95 - و با کاهش ضریب قدرت، جریمه افزایش می‌یابد.

از کجا تاخیر می آید

مقصر بارهای القایی هستند. موتورهای القایی، ترانسفورماتورها، ماشین‌های جوش، بالاست‌ها و چوک‌های فیلتر جریانی را می‌کشند که ولتاژ را کاهش می‌دهد، زیرا ساخت و فروپاشی میدان‌های مغناطیسی آنها به زمان نیاز دارد. زاویه فاز بین شکل موج جریان و ولتاژ φ و cos φ ضریب توان است. هر چه تأخیر عمیق‌تر باشد، کسینوس کمتر و جریان در گردش بیشتر است.

ضریب قدرت موتور یک عدد ثابت نیست. در بار کامل، اکثر موتورهای القایی بین 0.80 و 0.88 قرار می گیرند در حالی که به طور اقتصادی کار می کنند. همان موتور را به نصف بار کاهش دهید و ضریب توان می تواند به زیر 0.60 کاهش یابد زیرا جریان مغناطیسی تقریباً ثابت می ماند در حالی که جریان مفید منقبض می شود. موتورهای بزرگ نصب شده "برای ایمنی" یکی از شایع ترین دلایل ضریب توان کم مزمن نیروگاه است.

چرا خازن ها درمان هستند

خازن ها برعکس عمل می کنند. در یک خازن تمیز، جریان ولتاژ نزدیک به 90 درجه را هدایت می کند، بنابراین یک خازن که به موازات یک بار القایی متصل می شود، می تواند جریان راکتیو تاخیری را به صورت محلی - قبل از رسیدن به متر - خنثی کند. به همین دلیل است که بانک های اصلاحی در ورودی سرویس، در تابلوهای توزیع یا مستقیماً روی موتورهای بزرگ نصب می شوند: توان راکتیو در نقطه ای که شرکت برق آن را اندازه گیری می کند مبادله می شود.

یک خازن توان راکتیو تولید نمی کند. انرژی را برای نیم سیکل ذخیره می کند و در سیکل بعدی آن را برمی گرداند، بنابراین بار القایی و خازن توان راکتیو را با یکدیگر مبادله می کنند در حالی که منبع فقط جزء فعال باقی مانده را می بیند.

چرا خازن به جای سلف؟ یک سلف جریان را در همان جهت بار تغییر می دهد و تاخیر را عمیق تر می کند. خازن ها غیرفعال، مدولار و کم تعمیر هستند: بخش های بانکی را می توان به صورت پلکانی تغییر داد تا بار در حال تغییر ردیابی شود و بانکی که به درستی اعمال شده باشد، هیچ قطعه متحرکی ندارد. تنها انضباط واقعی این است که بیش از حد مجاز نباشد، زیرا یک عامل قدرت پیشرو جریمه ها و خطرات اضافه ولتاژ خود را به همراه دارد.

اندازه بانک اصلاح

هنگامی که یک ضریب توان موجود و یک هدف دارید، محاسبه فشرده است:

Qc = P × (tan φ1 - tan φ2) ، که در آن Qc ظرفیت مورد نیاز بر حسب kVAr است، P بار واقعی بر حسب کیلووات است و φ1 و φ2 زوایای فاز قبل و بعد از اصلاح هستند. جدول زیر ضریب کاری را برای هدف 0.95 نشان می دهد، که ارزشی است که اکثر تعرفه های صنعتی به عنوان یک عمل خوب از آن استفاده می کنند.

مثال: یک نیروگاه 400 کیلووات را در ضریب توان 0.70 می کشد و 0.95 می خواهد. ظرفیت مورد نیاز 400 × 0.692 ≈ 277 kVAr است. این نتیجه یک نقطه شروع است، نه کلمه نهایی. بارگذاری جزئی و هارمونیک های موجود، اندازه عملی را تغییر می دهند، بنابراین بانک نهایی به بهترین وجه از یک کمپین اندازه گیری کوتاه تعریف می شود تا یک بررسی پلاک نام. تصحیح بیش از حد دقیقاً به 1.0 رایج ترین خطای اندازه است. پنجره عملیاتی مورد نظر شما تقریباً 0.95 تا 0.98 است.

انتخاب سخت افزار خازن مناسب

در سمت AC، بانک‌های تصحیح سنتی از خازن‌های فیلمی استفاده می‌کنند که برای کار شبکه پیوسته رتبه‌بندی شده‌اند. یک خازن الکترولیتی آلومینیومی پلاریزه است و هرگز نباید مستقیماً روی خط AC قرار گیرد. با این حال، در الکترونیک قدرت مدرن، تصحیح ضریب توان بیشتر فعال است: مبدل جریان ورودی را طوری شکل می‌دهد که از ولتاژ پیروی کند، و یک خازن الکترولیتی آلومینیومی در پیوند DC، ریپل را جذب کرده و ولتاژ باس را ثابت نگه می‌دارد. اینجاست که انتخاب محصول اهمیت دارد و ساختار تامین کننده اهمیت می یابد.

خازن الکترولیتی آلومینیومی پایانه مارپیچ بالا CD135 برای کاربردهای DC-link در منابع PFC، این خازن ترمینال پیچی جریان موج دار بالا را کنترل می کند و یک مسیر حرارتی قوی را از طریق ترمینال خود، مناسب درایوهای صنعتی و اینورترها فراهم می کند. مشاهده محصول →

خازن DC-link در منبع تغذیه اصلاح شده با ضریب توان، دو شرایط سخت را می بیند: یک قطعه موج دار بزرگ در دو برابر فرکانس شبکه، به علاوه جریان فرکانس بالا از مرحله سوئیچینگ. هر دو تولید گرما می کنند و گرما عمر قطعه را تعیین می کند. برای درایوهای صنعتی، تجهیزات جوشکاری و اینورترهای بزرگ، یک خازن ترمینال پیچ با درجه جریان موج دار قوی پاسخ معمول است و شکل ترمینال یک مسیر حرارتی قوی به یک باس بار یا هیت سینک ایجاد می کند. رفتار رابط در این به تفصیل است راهنمای انتخاب خازن پیچ ترمینال .

برای مراحل PFC با توان متوسط - شارژرهای داخلی، لوازم شبکه، درایوهای ماشین - پایانه‌های snap-in انتخاب عملی هستند زیرا مستقیماً روی PCB نصب می‌شوند، موج‌های قابل توجهی را کنترل می‌کنند و عمر طولانی را در یک محفظه محدود نگه می‌دارند.

خازن الکترولیتی آلومینیومی با ریپل بالا CD295 این خازن snap-in که برای مراحل PFC با توان متوسط طراحی شده است، تا 5000 ساعت عمر، تحمل موج بالا و محدوده ولتاژ وسیعی را ارائه می‌کند و برای شارژرها و درایوهای ماشین قابل اعتماد است. مشاهده محصول →

در انتهای فشرده طیف، خازن های پلیمری شعاعی مقداری خازن را با یک ESR به نسبت قدر کمتر مبادله می کنند. در مراحل PFC با جریان موج دار بالا و فضای تخته تنگ، ESR پایین تر به گرمایش داخلی کمتر و طرح های حرارتی ساده تر تبدیل می شود.

خازن الکترولیتی آلومینیومی پلیمری شعاعی HLL کم ESR این خازن با ESR کم و قابلیت ریپل بالا در بسته بندی فشرده پلیمری شعاعی، تولید گرما را کاهش می دهد و آن را برای منابع تغذیه و مدارهای تنظیم ولتاژ ایده آل می کند. مشاهده محصول →

شیمی هر چه باشد، روال انتخاب یکسان می ماند:

1. ولتاژ باس حالت پایدار را تأیید کنید و ولتاژ نامی حداقل 20 درصد بالاتر را انتخاب کنید.
2. جریان ریپل را در فرکانس کاری اندازه گیری کنید. خازن باید از آن فراتر رود، نه اینکه صرفاً آن را برآورده کند.
3. عمر را از منحنی های جریان موج دار و دمای محیط به جای رتبه بندی ساعت اسمی تخمین بزنید.
4. سبک ترمینال را با مونتاژ مطابقت دهید: ترمینال پیچ برای ساخت باس بار، گیره برای نصب PCB، شعاعی پلیمری برای مراحل فشرده کم ESR.

اشتباهات رایجی که عمر خازن را کوتاه می کند

خازن ها در زمانی که کاربرد با شیمی مطابقت ندارد زود از کار می افتند. بیشتر مشکلات میدانی به چهار موقعیت قابل اجتناب باز می گردد.

خط پایین

خازن ها ضریب توان را تصحیح می کنند زیرا جریان راکتیو پیشرو را تامین می کنند که جریان عقب ماندگی کشیده شده توسط بارهای القایی را خنثی می کند. اصلاح غیرفعال، مدولار و سریع است، مشروط بر اینکه بانک از ضریب توان اندازه‌گیری شده اندازه‌گیری شود و در پنجره 0.95 تا 0.98 نگهداری شود. در جاهایی که تصحیح فعال است - داخل منابع سوئیچینگ، اینورترها و شارژرها - خازن الکترولیتی آلومینیومی در پیوند DC جزء است که امواج را جذب می کند و باس را حفظ می کند، بنابراین حاشیه ولتاژ، رتبه امواج و عمر حرارتی آن سزاوار توجهی است که خود محاسبه kVAr است.

این ارتباط عملی بین خازن و ضریب توان است: بانک غیرفعال سمت شبکه را تیز می کند و خازن الکترولیتی سمت مبدل را تثبیت می کند. اگر در حال تعریف مشخصات خازن برای طراحی PFC هستید، طیف کاملی از خازن های الکترولیتی آلومینیومی نقطه شروع محکمی برای بحث در مورد جریان ریپل، سبک ترمینال و عمر مورد انتظار است.