Ursachen des niedrigen Leistungsfaktors und seine Korrektur (PF-Verbesserung)

By | September 23, 2022

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Wir haben bereits gesehen, was ein Leistungsfaktor ist und was die Nachteile sind, wenn er niedrig ist. Idealerweise sollte der Leistungsfaktor Eins sein (1). Aus praktischen Gründen sollte es so nahe wie möglich an der Einheit liegen. Wenn er niedrig ist, ist der Betrieb unwirtschaftlich. Zuerst werden wir lernen was bewirkt, dass der Leistungsfaktor (pf) niedrig ist.

Ursachen für niedrigen Leistungsfaktor

Induktive Lasten

  • 90 % der industriellen Last besteht aus Induktionsmaschinen (1- und 3-). Solche Maschinen ziehen Magnetisierungsstrom, um das Magnetfeld zu erzeugen, und arbeiten daher mit einem niedrigen Leistungsfaktor.
  • Bei Induktionsmotoren ist der pf normalerweise extrem niedrig (0,2 – 0,3) bei leichten Lastbedingungen und beträgt 0,8 bis 0,9 bei Volllast.
  • Der von induktiven Lasten gezogene Strom ist nacheilend und führt zu einem niedrigen pf.
  • Andere induktive Maschinen wie Transformatoren, Generatoren, Bogenlampen, Elektroöfen usw. arbeiten ebenfalls mit niedrigem PF.

Schwankungen in der Belastung des Stromversorgungssystems

  • Heute haben wir miteinander verbundene Energiesysteme. Je nach Jahreszeit und Zeit variieren die Belastungsbedingungen des Stromversorgungssystems. Es gibt sowohl Spitzen- als auch Schwachlastzeiten.
  • Wenn das System leicht belastet wird, steigt die Spannung und die Stromaufnahme der Maschinen steigt ebenfalls. Dies führt zu einem niedrigen Leistungsfaktor.

Harmonische Ströme

  • Das Vorhandensein von Oberschwingungsströmen im System verringert auch den Leistungsfaktor.
  • In einigen Fällen tritt aufgrund von unsachgemäßer Verkabelung oder elektrischen Unfällen ein Zustand auf, der als 3-Leistungs-Ungleichgewicht bekannt ist. Dies führt auch zu einem niedrigen Leistungsfaktor.

Leistungsfaktorkorrektur

Wie oben erörtert, ist ein niedriger Leistungsfaktor hauptsächlich auf nacheilende Ströme zurückzuführen, die von induktiven Lasten gezogen werden. Bevor wir die studieren Schemata für Power Factor Correction (PFC)beachten Sie die folgenden Punkte:

  • Bei reiner Induktivität eilt der Strom der Spannung um 90° nach.
  • Bei reiner Kapazität eilt der Strom der Spannung um 90° voraus.
  • Die Lösung ist also einfach. Wenn wir Kondensatoren verwenden, um voreilenden Strom zu ziehen, können wir die Auswirkungen des nacheilenden induktiven Stroms und damit aufheben den Leistungsfaktor verbessern.
Ursachen für niedrigen Leistungsfaktor und Verbesserung des Leistungsfaktors

Die obige Abbildung zeigt eine gemeinsame Schaltung. R und L sind in allen induktiven Geräten vorhanden und das C wird zur pf-Verbesserung verwendet.
Hier wird IL = Strom, der vom Schaltungskondensator C gezogen wird, nicht verwendet,
L = Phasenwinkel zwischen Spannung V und Laststrom IL,
IC = kapazitiver Strom, der von C gezogen wird,
I = resultierender Strom bei Verwendung von C,
= Phasenwinkel zwischen Spannung V und Nettostrom I.

  • Wie im obigen Zeigerdiagramm gezeigt, < L
  • Daher cos > cos L, daher wird der Leistungsfaktor verbessert

Auf der Grundlage dieses Prinzips werden die folgenden Verfahren verwendet Leistungsfaktorkorrektur (PFC).

Methoden zur Korrektur oder Verbesserung des Leistungsfaktors

Leistungsfaktorkorrektur oder Leistungsfaktorverbesserung

1. Kondensatorbank

  • Einfachste Methode.
  • Anwendung in Bereichen, in denen große induktive Lasten (nacheilende Ströme) vorhanden sind.
  • Es werden statische Kondensatoren verwendet, die eine kapazitive Reaktanz erzeugen, die die induktive Reaktanz des nacheilenden Stroms aufhebt.
  • Diese Bänke können sternförmig oder in Dreieck geschaltet sein.
  • Üblicherweise ist ein Steuersystem vorgesehen, das den pf überwacht und die Kondensatoren ein- oder ausschaltet.

Vorteile der Verwendung von Kondensatorbänken zur PF-Korrektur

  • geringe Verluste
  • geringer Wartungsaufwand
  • Leicht
  • einfach zu installieren
  • kein Fundament erforderlich

Nachteile

  • kurze Lebensdauer (8-10 Jahre)
  • Kondensatoren können durch Überspannung leicht beschädigt werden
  • einmal beschädigt, ist die Reparatur kostspielig und unwirtschaftlich
  • durch ständiges Schalten können Schaltstöße und Oberschwingungen entstehen

2. Synchronkondensator

  • Wenn ein Synchronmotor übererregt ist, zieht er voreilenden Strom. In gewisser Weise verhält es sich wie ein Kondensator.
  • Wenn ein solcher Motor übererregt ist und ohne Last läuft, spricht man von einem Synchronkondensator.
  • Das attraktivste Merkmal ist, dass es eine stufenlose PF-Korrektur ermöglicht. Bei einem statischen Kondensator sind die zugeführten führenden kVAR konstant. Aber in einem Synchronkondensator können wir die Felderregung variieren und somit die Menge der erzeugten kapazitiven Reaktanz steuern.
  • Synchronkondensatoren werden in großen Fabriken, Industriebetrieben und großen Umspannwerken eingesetzt.

Vorteile

  • längere Lebensdauer (fast 25 Jahre)
  • flexible und stufenlose Steuerung von pf
  • zuverlässig
  • wird nicht von Oberwellen beeinflusst
  • Es ist kein Schalten erforderlich, daher werden keine Oberwellen erzeugt

Nachteile

  • höhere Verluste
  • teuer
  • höhere Wartungskosten
  • erzeugt Lärm
  • Der Synchronmotor startet nicht von selbst, daher ist ein Hilfsgerät erforderlich.
  • unwirtschaftlich für Geräte unter 500 kVA

3. Phasenvorläufer

  • Kann nur für Induktionsmotoren verwendet werden
  • Wir wissen, dass die Statorwicklung in einem Motor nacheilenden Strom zieht. Dieser Strom wird aus der Hauptversorgung gezogen.
  • Um pf zu verbessern, liefern wir daher diesen nacheilenden Strom aus einer alternativen Quelle. Diese alternative Quelle ist der Phasenvorläufer.
  • Ein Phasenschieber ist im Grunde ein Wechselstromerreger. Er ist auf der gleichen Welle wie der Hauptmotor montiert und in den Rotorkreis geschaltet. Es liefert erregende Amperewindungen an den Rotorkreis mit Schlupffrequenz. Dies verbessert den Leistungsfaktor.
  • Ein weiteres attraktives Merkmal ist, dass der Motor in einem übererregten Zustand (bei voreilendem PF) arbeitet, wenn wir mehr Amperewindungen als nötig liefern.

Vorteile

  • Vom Motor aufgenommene nacheilende kVAR werden reduziert, da die anregenden Amperewindungen mit Schlupffrequenz geliefert werden.
  • Kann problemlos dort eingesetzt werden, wo Synchronmotoren unzulässig sind

Nachteile

  • Unwirtschaftlich für Motoren unter 200 PS (150 kW)

Autor: Manoj Arora ist ein Student der Elektrotechnik und Autor aus Gujarat, Indien. Er schreibt Gedichte und Kurzgeschichten, wenn er nicht gerade in ein Buch vertieft ist.
Kredite für die Grafik: Kiran Daware.