2.8. Коэффициент мощности

Значение коэффициента мощности зависит от эффективности использования электрических устройств или потребителей электростанции.

Активная мощность, развиваемая генератором электростанции при номинальном режиме

, (2.35)

где Uном - номинальное напряжение генератора; Iном - номинальный ток, который при длительном прохождении вызывает предельно допустимое нагревание генератора.

Полная мощность генератора в номинальном режиме

(2.36)

Использование полной мощности генератора происходит при cos φ = 1.

Уменьшение cos φ определяется характером нагрузки и приводит к неполному использованию генератора, увеличению реактивной мощности сети, уменьшению КПД генератора. Увеличение тока генератора приводит к возрастанию тепловых потерь в линиях передачи энергии.

Для полного использования номинальной мощности генераторов электростанции и уменьшения тепловых потерь необходимо повышать cos φ приемников энергии до значений, близких к единице (0,95 - 0,99). Для повышения cos φ параллельно приемнику энергии включают батареи конденсаторов. Ёмкость конденсаторов уменьшает значение реактивной составляющей тока.

На практике в качестве приемников электрической энергии используют асинхронные двигатели. Значение cos φ у них колеблется в пределах (0,1 - 0,3) на холостом ходу и (0,8 - 0,85) при номинальной нагрузке. Поэтому работа асинхронных двигателей с недогрузкой и вхолостую является недопустимой.

3. Трёхфазные электрические цепи

3.1. Преимущество трёхфазного тока. Принцип получения трёхфазной эдс

В современной электроэнергетике наибольшее распространение получили трёхфазные цепи. Они обладают рядом преимуществ перед однофазными цепями переменного тока. Среди преимуществ можно отметить экономичность производства и передачи электрической энергии. По сравнению с однофазными электрическими машинами мощность трёхфазных машин повышается в 1,5 раза при одинаковых габаритах. При этом возможно простое получение вращающегося магнитного поля, необходимого для 3-х фазного асинхронного двигателя, самого распространенного из двигателей переменного тока, а также получение в одной установке двух эксплуатационных напряжений (фазного и линейного).

На рис.3.1 изображена модель трёхфазного генератора, с помощью которой можно пояснить принцип получения трёхфазной ЭДС.

Рис.3.1. Модель трёхфазного генератора

На неподвижном статоре генератора размещаются три одинаковые и сдвинутые друг относительно друга на угол по магнитным осям обмотки, которые называются фазными обмотками генератора.

Начала обмоток обозначены буквами A,B,C, концы - X,Y,Z. ЭДС в неподвижных витках обмоток статора индуктируются в результате пересечения этих витков магнитным полем, возбуждаемым током вращающегося ротора (ротор с обмоткой условно изображен в виде постоянного магнита с полюсами N и S). Расположенная на роторе обмотка возбуждения питается от источника постоянного напряжения.

При вращении ротора с равномерной угловой скоростью , в обмотках фаз статора индуктируются периодически изменяющиеся синусоидальные ЭДС , , одинаковой частоты. Мгновенные ЭДС индуктивных элементов сдвинуты по фазе на угол . За условное положительное направление ЭДС в каждой фазе принимается направление от конца к началу (рис.3.2).

Рис.3.2. Направления мгновенных ЭДС обмоток статора трёхфазной цепи

Совокупность ЭДС, напряжений и токов трёхфазной цепи называется трёхфазной системой. При сдвиге фаз между ЭДС, напряжениями и токами на угол и равенстве их амплитудных значений трёхфазная система называется симметричной. Симметричная трехфазная система может изображаться тригонометрическими функциями, графиками, векторами.

Если принять, что мгновенная ЭДС фазы A в нулевой момент времени равна , то мгновенные ЭДС в фазах индуктивных элементов В и С будут определяться тригонометрическими функциями и .

Мгновенные значения ЭДС трёхфазного генератора графически выразятся в виде трёх синусоид, сдвинутых друг относительно друга по фазе на угол (рис.3.3).

При симметричной нагрузке геометрическая сумма трёх симметричных ЭДС фаз равна 0. или . Векторная диаграмма значений ЭДС симметричного трёхфазного генератора представлена на рис.3.4.

Рис.3.3. Мгновенные значения ЭДС трёхфазного генератора

Рис.3.4. Векторная диаграмма значений ЭДС симметричного трёхфазного генератора

Частота вращения ротора синхронного генератора равна частоте вращения поля статора и сохраняется постоянной, независимо от нагрузки. Частота ЭДС генератора f зависит от числа пар полюсов ротора p и частоты его вращения n, то есть f = pn, при f = 50 Гц, p = 1, n = 50 об/c = 3000 об/мин. В качестве первичных двигателей вращения генераторов используют дизели или турбины.