Pełny numer elektro.info 7-8/2017 tylko dla Ciebie [PDF]

wystarczy założyć konto w portalu elektro.info.pl

Energoelektroniczny kompensator prądu nieaktywnego

Idea kompensacji. Element G, konduktancja zastępcza obciążenia, związana jest z mocą aktywną. Hipotetyczny element N związany jest ze składową nieaktywną prądu obciążenia
Idea kompensacji. Element G, konduktancja zastępcza obciążenia, związana jest z mocą aktywną. Hipotetyczny element N związany jest ze składową nieaktywną prądu obciążenia
Rys. A. Szromba

Praca obciążenia elektrycznego związana jest z pobieraniem energii ze źródła. Energię tę można rozdzielić na dwie składowe, definiowane w kategoriach mocy: moc aktywną, pokrywającą pracę obciążenia, związaną ze składową prądu zasilającego zwaną prądem aktywnym (rys. 1., prąd ia), oraz moc nieaktywną, związaną ze składową nieaktywną prądu, rys. 1., prąd iq). Prąd nieaktywny można dzielić na kolejne składowe, wynikające np. z przyczyn jego powstawania czy spójności z metodą jego redukcji.

W artykule:

• Idea kompensacji prądu nieaktywnego
• Obwód jednofazowy
• Identyfikacja prądu nieaktywnego obciążenia
• Struktura kompensatora i przykłady kompensacji

Moc nieaktywna jest skutkiem niekompatybilności obciążenia i źródła. Należy przez to rozumieć odmienność kształtu, wzajemne przesunięcie oraz – w układach trójfazowych – asymetrię napięć linii i/lub prądów obciążenia. Występowanie mocy nieaktywnej powoduje potrzebę przewymiarowania sytemu zasilającego. W jej obecności rosną też straty energii związane z jej przesyłem. Również przebiegi napięć i prądów zasilających mogą być odkształcone, co może powodować wadliwą pracę urządzeń elektrycznych. Wobec rosnącej liczby urządzeń o charakterystykach nieliniowych/niestacjonarnych, na przykład sprzętu komputerowego, sprzętu audio/wideo, wyładowczych i półprzewodnikowych źródeł światła czy wreszcie różnego typu ładowarek, jest to problem narastający. Należy spodziewać się ustanowienia restrykcyjnych uregulowań technicznych i ekonomicznych, ograniczających te zjawiska. Kompensacja prądu nieaktywnego wiąże się również z działaniem proekologicznym, ponieważ umożliwia zmniejszenie konsumpcji energii pierwotnej, zużywanej w generatorach energii elektrycznej.

Redukcja mocy nieaktywnej dokonywana jest przez redukcję prądu nieaktywnego. W tym celu można użyć odpowiednio sterowanego źródła prądu, nazywanego energetycznym równoległym filtrem aktywnym lub kompensatorem prądu nieaktywnego (rys. 1.). Prąd nieaktywny jest neutralizowany poprzez kompensację, czyli równoważenie go przebiegiem odwróconym. W efekcie redukowane są straty energii w linii oraz poprawiane są kształty przebiegów prądu i napięcia.

Idea kompensacji
Rys. 1. Idea kompensacji. Element G, konduktancja zastępcza obciążenia, związana jest z mocą aktywną. Hipotetyczny element N związany jest ze składową nieaktywną prądu obciążenia

Idea kompensacji prądu nieaktywnego

Kompensacja może być prowadzona przy użyciu różnych środków technicznych, od filtrów LC aż po złożone urządzenia energoelektroniczne, [4], [6]. W celu klasyfikacji metod kompensacji dogodnie jest podzielić obwody elektryczne na liniowe/nieliniowe oraz jednofazowe/trójfazowe. Wobec wzrastającego znaczenia źródeł fotowoltaicznych, ogniw paliwowych, a także różnego rodzaju akumulatorów, celowe może być uwzględnienie obwodów zasilanych napięciem stałym.

Czytaj też: Oddziaływanie napędowego przekształtnika częstotliwości z prostownikiem diodowym na jakość energii elektrycznej >>

Obwód jednofazowy o przebiegach sinusoidalnych

W obwodzie jednofazowym o przebiegach sinusoidalnych pojawienie się prądu nieaktywnego, a tym samym mocy nieaktywnej, związane jest z obecnością elementów reaktancyjnych. W takim przypadku moc nieaktywna występuje pod nazwą mocy biernej (rys. 2. i 3.).

Obwód o przebiegach sinusoidalnych
Rys. 2. Obwód o przebiegach sinusoidalnych z nieaktywnym prądem indukcyjnym. Przebiegi na rysunku: SEM napięcia zasilania: (1), napięcie na obciążeniu: (2), prąd linii/obciążenia: (3)
Obwód o przebiegach sinusoidalnych
Rys. 3. Obwód o przebiegach sinusoidalnych ze skompensowanym prądem nieaktywnym. Przebiegi na rysunku: SEM napięcia zasilania: (1), napięcie na obciążeniu: (2), prąd linii: (3)

Dla pokazanego przykładu wartość skuteczna napięcia zasilającego (1) wynosi Esin = 230 V, napięcie (2) na obciążeniu ULR = 206 V, a prąd zasilający (3) ILINIA = 32,4 A. Moc czynna obciążenia PR = 4715 W, a moc pozorna S = ULR · ILINIA = 6674 V A. Współczynnik wynosi PF = P/S = 0,71. Straty mocy w linii, na rezystancji RLINIA, wynoszą 1045 W.

Na rysunku 3. przedstawiono układ oraz efekt kompensowania prądu nieaktywnego obciążenia w linii zasilającej. W omawianym przykładzie wystarczające jest użycie w roli kompensatora kondensatora, oznaczonego na rysunku CCOMP. Obciąża on linię dodatkowym prądem o amplitudzie równej, oraz o fazie przeciwnej, względem składowej nieaktywnej prądu obciążenia.

Dla układu z kompensacją (rys. 3.) napięcie (1) oczywiście pozostaje bez zmian. Napięcie (2) na obciążeniu wzrosło do ULR = 207 V, a prąd zasilający (3) zmniejszył się do ILINIA = 23 A. Moc czynna wzrosła do PR  = 4761 W, a pozorna zmalała do S = 4761 VA. Współczynnik mocy wzrósł do PF = 1. Straty mocy w linii uległy redukcji i wynoszą 529 W. Użycie kompensatora spowodowało spadek obciążenia linii, wzrost napięcia zasilającego oraz zmniejszenie energii traconej podczas jej transmisji do obciążenia. Osiągnięto pozytywne efekty techniczne, ekonomiczne oraz ekologiczne.

Obwód jednofazowy o okresowych przebiegach napięcia i prądu

Przykładem takiego obwodu może być układ sinusoidalnego źródła napięcia obciążonego szeregowym połączeniem diody i rezystora (rys. 4.). Dioda wprowadza odkształcenie prądu obciążenia względem napięcia zasilającego, a rezystor obciąża źródło zasilające mocą czynną. W obwodzie nie ma elementu reaktancyjnego, zatem nie występuje przesunięcia sinusoidalnego prądu względem sinusoidalnego napięcia i nie występuje klasycznie rozumiana moc bierna. Jednak współczynnik mocy w obwodzie jest mniejszy od jedności. Wartości liczbowe odpowiednich parametrów obwodu są następujące: wartość skuteczna napięcia Esin wynosi 230 V, napięcie na obciążeniu, przebieg (1), wynosi U = 206 V, a wartość skuteczna prądu zasilającego (3) wynosi ­ILINIA = 16,2vA.

Przykład obciążenia nieliniowego
Rys. 4. Przykład obciążenia nieliniowego. Przebiegi na rysunku: napięcie na obciążeniu diodowo-rezystancyjnym: (1), napięcie na obciążeniu: (2), prąd linii/obciążenia: (3)

Moc czynna obciążenia wynosi PDR = 2370 W, a moc pozorna S = 3530 VA, stąd współczynnik mocy PF = 0,67. Straty mocy na rezystancji linii RLINIA wynoszą 262 W. Jak obliczono, układ zasilający jest obciążony mocą większą niż moc czynna obciążenia, czyli jest miejsce na kompensację. W tym celu należy zidentyfikować prąd nieaktywny obciążenia, a następnie określić i zrealizować techniczną metodę jego wygenerowania przez kompensator.

Znane są różne metody i kryteria określania pożądanego prądu linii zasilającej, od akcentujących zastosowania praktyczne, [1 – 5], [7 – 8], aż po wyrafinowane opracowania matematyczne [6]. Jest to zagadnienie trudne, zwłaszcza dla obwodów wielofazowych z sygnałami nieokresowymi. Jednak uzyskanie kompatybilności współpracy źródła z obciążeniem wymaga, aby przebieg prądu linii był proporcjonalny do przebiegu siły elektromotorycznej źródła zasilającego. Jedynie rezystancja (lub konduktancja) może obciążyć źródło mocą czynną. Prąd jest wówczas przeskalowaną kopią przebiegu napięcia. Współczynnikiem proporcjonalności jest konduktancja zastępcza obciążenia, równoważna rzeczywistemu obciążeniu w sensie wielkości pobieranej mocy czynnej. Należy zatem znaleźć sygnał sinusoidalny, współfazowy z napięciem zasilającym, z którym związana jest taka sama moc czynna jak z rzeczywistym prądem obciążenia. 

Następnie należy wymusić w linii przepływ prądu zgodnego z tym sygnałem. Efekt taki można uzyskać, stosując źródło prądu generujące kopię prądu nieaktywnego obciążenia. Na rysunku 5. urządzenie generujące taki prąd oznaczone jest skrótem SAPF (Shunt Active Power Filter). Jego prąd został oznaczony indeksem q, od przyjętego oznaczenia na moc bierną, oraz, równocześnie, indeksem F, od nazwiska Stanisława Fryze, który jako pierwszy zaproponował definicje prądu aktywnego i nieaktywnego, dla dowolnego obciążenia, w tym nieliniowego, niestacjonarnego czy wielofazowego. Dla prądu aktywnego zastosowano indeks p, dla podkreślenia jego związku z mocą czynną.

Przykład kompensacji prądu nieaktywnego
Rys. 5. Przykład kompensacji prądu nieaktywnego obciążenia nieliniowego. Przebiegi na rysunku: napięcie zasilające: (0), prąd obciążenia: (1), prąd kompensujący: (3), prąd linii: (4)

Z prądowego prawa Kirchhoffa wynika, że prąd kompensujący iF dopełnia prąd obciążenia i do przebiegu sinusoidalnego, współfazowego z napięciem zasilającym, o amplitudzie zadanej mocą czynną obciążenia (rys. 5.).

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!

[kompensator, prąd nieaktywny, kompensator energoelektroniczny, kondensator, obwód jednofazowy]

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie


Jakie wybrać kable, przewody i osprzęt kablowy!

kable i przewody - przewodnik

Rozporządzenia CPR, dotyczące kabli i przewodów elektrycznych w zakresie reakcji na ogień. Została przedstawiona klasyfikacja materiałów budowlanych w zakresie reakcji na ogień oraz... czytam więcej »

 


Kamery termowizyjne nawet 40% taniej!

Promocja na kamery termowizyjne FLIR

Tylko do 9 grudnia możesz kupić kamery termowizyjne do prac elektrycznych i energetycznych w dużo niższych cenach... sprawdź za ile »

 


Dowiedz się, jak dobrać odpowiedni dla Twojego urządzenia rodzaj zasilania?

Rodzaje zasilania

Współczesne urządzenia elektryczne i elektroniczne spełniają ogrom funkcji, których oczekują ich użytkownicy. Są znakomitą pomocą w życiu i pracy, jednak wymagają zadbania o jeden aspekt – niezawodną, łatwo... czytam dalej »

 


Jaki silnik elektryczny wybrać? »

silnik elektryczny

W działaniu wielu maszyn i urządzeń technicznych wymagany jest ruch postępowy lub postępowo-zwrotny. Zazwyczaj ruch ten wytwarzają (...) czytam więcej »

 


Łączniki elektroinstalacyjne - rodzaje i sposób działania?

Oświetlenie zewnętrzne LED - dobór i zastosowanie»

Ranki łączniki gniazdka oswietlenie zewnętrzen LED
W każdej standardowej instalacji elektrycznej w budynku występują gniazda wtyczkowe oraz łączniki. Ich budowa oraz sposób zamocowania zależą od miejsca zainstalowania oraz metody wykonania (...) czytam więcej » Wymiana opraw oświetlenia zewnętrznego ze źródłami LED przynosi przede wszystkim poprawę efektywności energetycznej oświetlenia ulicznego. Oświetlenie LED posiada również (...) czytam dalej »

 


Przyrządy kontrolne i pomiarowe - zobacz niezawodne rozwiązania»

narzedzia pomiarowe dla elektryka Miernik napięcia, ciągłości i kolejności faz są zaprojekotwane do testowania napięcia, fazy, polaryzacji, kolejności faz i półprzewodników. Cyfrowy multimetr oraz cyfrowy miernik cęgowy oferują idealne rozwiązania dla wszystkich wymagań i możliwych zastosowań. Mierniki wykorzystują standardowe (...) czytam dalej »


Zobacz jakie oprawy zaprezentowano na Energetab 2019  »

Wiele nowych produktów od najlepszych w branży marek »

Samochody elektryczne i  mobilne stacje elektronika
Oświetlenie awaryjne ma zapewnić bezpieczne opuszczenie zajmowanych przestrzeni podczas awarii zasilania opraw oświetlenia podstawowego. Niejednokrotnie zanik oświetlenia podstawowego nie jest spowodowany zwykłą awarią zasilania czy wyłączeniem(...) czytam więcej » Poznaj pierwszy w branży przewodnik elektroniczny po złączach. Internetowe narzędzie referencyjne ułatwiające dobór złączy. (...) chcę zobaczyć »

 


Odpowiednie oświetlenie - prawidłowy dobór oświetlenia w projekcie »

projekt oświetlenia Są takie miejsca w domu, o których nie myśli się w pierwszej kolejności. Zostawia się je na później, dopiero wtedy, gdy zadba się o ważniejsze pomieszczenia. Tak jest często (...) czytam dalej »

 


Jak zapewnić bezprzerwowe zasilanie gwarantowane? »

Kolektor słoneczny – urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło »

zasilanie gwarantowane panele słoneczne
Co rusz znaczenie tego problemu uświadamiają nam przechodzące nad naszym krajem orkany i wichury oraz widmo blackoutu, wynikające z pojawiającego się latem ogromnego zapotrzebowania na ... czytam więcej » Udział energii słonecznej w Polsce jest bardzo niski i według urzędu statystycznego, pozyskanie energii z promieniowania słonecznego w porównaniu do innych źródeł odnawialnych w 2017 roku wyniósł niecałe 1%.... czytam dalej »

Szafy energetyczne, sterowniczne, rozdzielcze - dlaczego nie wiesz co wybrać? »

szafy rozdzielcze i sterownicze Zgrupowanie urządzeń elektroenergetycznych wraz z szynami zbiorczymi, połączeniami elektrycznymi, elementami izolacyjnymi i osłonami, służący do rozdziału energii elektrycznej i łączenia oraz ... czytam dalej »


Bezprzewodowa automatyka domowa - i możesz sterować wszystkim w domu »

Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami !

Automatyka domowa - sterowaniem ze smatfona Projektowanie listew - oprogramowanie
Nowoczesny smartdom powinien być gotów na każde życzenie. Dlatego rozwiązania bezprzewodowej automatyki domowej dają Ci zdalną kontrolę nad funkcjami Twojego domu - oświetleniem, roletami, ogrzewaniem ... czytam więcej » Intuicyjne oprogramowanie do projektowania listew ze złączkami oraz profesjonalnego opisywania oznaczników do złączek szynowych, przewodów, kabli, urządzeń i instalacji. Oprogramowanie dostępne jest bezpłatnie na stronie www ... chcę poznać »

Małe, średnie i duże systemy sterowania »

Sterowniki plc Jeszcze kilka lat temu sterowniki PLC „tylko” wspierały pracowników przy wykonywaniu monotonnych zadań i zwiększaniu szybkości produkcji. Aktualnie każda produkcja ... czytam dalej »


Złącza silnoprądowe - czy silikon sobie poradzi?

Złącza silnopradowe Czy możemy zastosować elastyczne przewody silikonowe i czy są one odporne na uszkodzenie i wysokie temperatury? Przykładowo dla przekroju kabla 240 mm2 ... chcę obejrzeć »


Może Cię to zainteresuje ▼

Wyświetlacz cyfrowy - jaki wybrać?

Technologie robotyczne zgodne z koncepcją Industry 4.0 » »

wyświetlacze cyfrowe robotyka i automatyka
Współpracujący z dowolnym nadajnikiem sygnału w standardzie 4-20 mA. Urządzenia nie wymagające dodatkowego zasilania. Do obszaru zastosowań ... czytam więcej » Nowoczesne urządzenia mechaniczne nic nie znaczyłyby bez ukrytej w nich elektroniki, dizęki której ... czytam dalej »


Odczyty cyfrowe - przyrządy przeznaczone do wyświetlania położenia »

czytniki cyfrowe Współpracują z przetwornikami przemieszczeń liniowych (liniały) i kątowych (enkodery). Wykonywane są w różnych wersjach dostosowanych do (...) czytam dalej »


1-fazowe liczniki energii elektrycznej - widziałeś to?!

Inteligentny system dystrybucji mocy »

Liczniki energii jakie wybrać moc
Wymagania stawiane licznikom energii elektrycznej zawarte są w normach oraz przepisach (...) czytam dalej » Uniwersalne zastosowanie, w pojedynczych szafach sterowniczych, jak też w kompletnych systemach... czytam dalej »

Z radością informujemy o pojawieniu się na rynku naszych premierowych produktów tj. HYBRYDOWYCH ŁĄCZNIKÓW DO KONDENSATORÓW LH. Łączniki dostępne są w czterech modelach LH 1/20, LH 1/75, LH 3/20 i LH 3/75. więcej »
Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »
11/2019

AKTUALNY NUMER:

elektro.info 11/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Instalacje elektryczne na terenie imprez plenerowych – błędy oraz wymagania
  • - Ochrona przed pożarem z wykorzystaniem wyłączników różnicowoprądowych
Zobacz szczegóły
COMEX S.A. COMEX S.A.
O firmie COMEX S.A. od początku swojej działalności, tj. od 1987 zajmuje się kompleksową obsługą klientów w zakresie zasilania...

Ciekawe strony

Elektryk na Fixly.pl

EPS System - agregaty prądotwórcze

Producent oświetlenia

Ciekawa Architektura

Instalacje

Literatura fachowa

Rekuperacja

Termomodernizacja

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright @ 2004-2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa, w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl