Помехи в сети

[EVGENIY1962]

[quote="ALEX__A"]

Резонанс токов неотделим от резонанса напряжений.

Классический пример схемы демонстрирующей резонанс токов. Имеется паралельный колебательный контур, в цепь емкости и индуктивности которого включены два амперметра. Данный контур подключен к источнику переменного напряжения, в цепи котрого присутствует третий амперметр и вольтметр. Изменяя параметры, например, емкости, добиваются резонанса токов. При этом первые два амперметра будут показывать максимальные значения тока, амперметр в цепи источника питания - минимальное значение тока. Вольтметр источника питания увеличения напряжения источника не зафиксирует.

Пример не корректный. У вас контур зашунтирован низким выходным сопротивлением источника.К тому хе для узкой полосы небходим источник тока с большим выходным сопротивлением (а не источник напряжения).Хотя по теории вы правы.Но с точки зрения энергетики никто не добивается резонанса токов,просто с помщью емкостей выправляют cos.

[ALEX__A]

Алексей, согласен с вашим опредлением, но хотел бы его немного уточнить. Из словаря терминов и сокращений:

Цитата:

Коэффициент мощности Показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть. Равен отношению активной и полной мощностей P/S (Вт/ВА), потребляемых нагрузкой. В случае единичного коэффициента мощности ток и напряжение совпадают по фазе и оборудование потребляет только активную мощность - это идеальный вариант, поскольку за низкое значение коэффициента мощности на предприятие может быть наложен штраф. 0,95 - хороший показатель, 0,9 - удовлетворительный показатель, 0,8 - плохой показатель, 0,7 - компьютерное оборудование, 0,65 - двухполупериодный выпрямитель. При наличии только гармонических искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и бывает двух видов: опережающий и отстающий. При наличии только нелинейных искажений тока коэффициент мощности равен доле мощности первой гармоники тока в общей активной мощности, потребляемой в нагрузку.

Анализируя эту цитату у меня возникли следующие замечания:

Коэффициент мощности Показатель, характеризующий линейные и нелинейные искажения, вносимые нагрузкой в электросеть.

Несколько непонятно что вообще подразумевает автор словаря под искажениями. Название коэффициента ясно дает нам понять, что речь идет о мощности. Линейные и нелинейные искажения мощности? К сожалению в литературе это понятие не определено.

Второе предложение абсолютно верное, однако вызывает вопрос часть третьего предложения:

В случае единичного коэффициента мощности ток и напряжение совпадают по фазе и оборудование потребляет только активную мощность - это идеальный вариант, поскольку за низкое значение коэффициента мощности на предприятие может быть наложен штраф. 0,95 - хороший показатель, 0,9 - удовлетворительный показатель, 0,8 - плохой показатель, 0,7 - компьютерное оборудование, 0,65 - двухполупериодный выпрямитель.

Автор утверждает, что у двух полупериодного выпрямителя коэффициент мощности равен 0.65.
Рассмотрим двухполупериодный выпрямитель нагруженный на обычное сопротивление. Очевидно, что ток протекающий во внешней цепи будет полностью совпадать с напряжением, а следовательно коэф. мощности будет равен единице. Т.о. непонятно как автор получил эту величину.

При наличии только гармонических искажений коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига между током и напряжением и бывает двух видов: опережающий и отстающий.

Коэффициент мощности всегда является косинусом угла сдвига кривой тока относительно кривой напряжения. Тут вызывает интерес утверждение о том, что коэф. мощности бывает опережающим. Опережающим может быть только сдвиг кривой тока относительно кривой напряжения, при емкостной нагрузке, при этом коэфициент мощности будет меньше единицы и отрицательным.

Ваши примеры абсолютно корректны для гармонических искажений, когда снижение коэффициента мощности определяется сдвигом фазы между током и напряжением в нагрузке. В этом случае коррекция коэффициента мощности наиболее эффективно осуществляется перечисленными вами методами.
Когда снижение коэффициента мощности определяется нелинейностью нагрузки, а это характерно для схем с выпрямителями на входе - импульсных блоков питания, электронных балластов ламп дневного света и т.д., то сдвиг фазы между током и напряжением отсутствует. Здесь снижение коэффиициента мощности определяется нелинейными искажениями формы потребляемого тока. В этом случае в качестве корректоров коэффициента мощности хорошо подходят активные полупроводниковые корректоры коэффициента мощности. Которые попутно и снижают уровень излучаемых в сеть помех...

По определению мощность это произведение напряжения на ток. Если нагрузка подключена к сети переменного тока, то мы всегда можем снять две кривые - кривую напряжения и тока. Их произведение будет являтся мощностью. Если полученная мощность положительна, то она активна, если отрицательна - реактивна. На прилагаемом рисунке показанна указанная зависимость.

Пусть устройство вызывает нелинейные искажения кривой тока. Т.о. кривая тока уже не является синусоидой. Изменения кривой тока приведет к изменению кривой мощности. Это не изменит метод определения коэффициента мощности, он останется прежним, т.е. будет по прежнему определятся сдвигом кривой тока относительно кривой напряжения. Однако, в этом случае изменения формы кривой тока может быть случайным процессом, тогда коэффициент мощности может быть не постоянен. Использование быстродействующих интегральных компенсаторов позволяет приблизить коэф. мощности к единице. При этом компенсатор, выполненый на базе специализированной микросхемы, в своей работе используют управляемое подключение какого либо элемента - емкости или индуктивности, что позволяет оптимально компенсировать реактивную мощность при любой форме потребляемого тока.

С уважением, Алексей.

-- Прилагается рисунок: --

[ALEX__A]

Сообщение от ALEX__A

Сообщение от EVGENIY1962 Резонанс токов неотделим от резонанса напряжений. Классический пример схемы демонстрирующей резонанс токов. Имеется паралельный колебательный контур, в цепь емкости и индуктивности которого включены два амперметра. Данный контур подключен к источнику переменного напряжения, в цепи котрого присутствует третий амперметр и вольтметр. Изменяя параметры, например, емкости, добиваются резонанса токов. При этом первые два амперметра будут показывать максимальные значения тока, амперметр в цепи источника питания - минимальное значение тока. Вольтметр источника питания увеличения напряжения источника не зафиксирует.

Пример не корректный. У вас контур зашунтирован низким выходным сопротивлением источника.К тому хе для узкой полосы небходим источник тока с большим выходным сопротивлением (а не источник напряжения).Хотя по теории вы правы.Но с точки зрения энергетики никто не добивается резонанса токов,просто с помщью емкостей выправляют cos.

Компенсация реактивной мощности (увеличение косинуса фи) с помощью емкостей преследует цель достичь именно токового резонанса внутри компенсируемой нагрузки, только при этом для внешней цепи она будет чисто активна. Безусловно этот резонанс не всегда достижим, поскольку параметры нагрузки могут изменятся, приблизить косинус фи к единице способны компенсаторы реактивной мощности выполненные на базе интегральных микросхем.

Что же касается низкого выходного сопротивления источника, то здесь предложенный пример корректен, поскольку любой генератор переменного напряжения, трансформатор и т.д. на практике стремятся реализовать с минимальным внутренним сопротивлением для уменьшения собственных потерь.

С уважением, Алексей.

[vasseff]

Опять тема ушла в сторону. Как писал Gambit пики в сети могут достигать 3кВ. Каждому электронщику знать как боротся с ними очень важно. Я пользуюсь Г образными RC фильтрами, стабилитронами, защитными симисторами, предохранителями. Может кто знает больше. Буду рад, если дискуссия пойдет в этом направлении.
А компенсация кос фи для электриков крупных предприятий. Я лично сталкивался с компенсатором один раз. Когда работал в цехе с потреблением 2МВт (200 двигателей от 1 до 30кВт + много нагревателей). Сейчас контора потребляет 100кВт. Компенсаторов нет, энергетики к нам не придираются. Дополнительно хочеться знать что произходит при отключениях энергии, если компенсирующие кос фи конденсаторы подключены к нагрузкам. Резнонанс плохо пахнет высоким напряжением.

[Slava1355]

По определению мощность это произведение напряжения на ток. Если нагрузка подключена к сети переменного тока, то мы всегда можем снять две кривые - кривую напряжения и тока. Их произведение будет являтся мощностью. Если полученная мощность положительна, то она активна, если отрицательна - реактивна. На прилагаемом рисунке показанна указанная зависимость.

Пусть устройство вызывает нелинейные искажения кривой тока. Т.о. кривая тока уже не является синусоидой. Изменения кривой тока приведет к изменению кривой мощности. Это не изменит метод определения коэффициента мощности, он останется прежним, т.е. будет по прежнему определятся сдвигом кривой тока относительно кривой напряжения. Однако, в этом случае изменения формы кривой тока может быть случайным процессом, тогда коэффициент мощности может быть не постоянен. Использование быстродействующих интегральных компенсаторов позволяет приблизить коэф. мощности к единице. При этом компенсатор, выполненый на базе специализированной микросхемы, в своей работе используют управляемое подключение какого либо элемента - емкости или индуктивности, что позволяет оптимально компенсировать реактивную мощность при любой форме потребляемого тока.

С уважением, Алексей.

Хотя, как выяснилось, мы и отклонились от темы первоначального вопроса, хочу попытаться завершить обсуждение темы коррекции коэффициента мощности.
Покопавшись в Интернете убедился, что действительно трудно найти полное определение коэффициента мощности (КМ). Наиболее корректное определение КМ - это отношение активной мощности в нагрузке от первой гармоники тока к полной мощности в нагрузке. И снижение этого коэффициента определяется двумя моментами - сдвигом фаз между током и напряжением для первой гармоники и распределением потребляемой мощности между разными гармоническими составляющими тока нагрузки. Второй момент более характерен для двухполупериодных выпрямителей работающих на емкостную нагрузку (это не было указано в первой ссылке, что и привело к вашему замечанию). Активные корректоры КМ рассчитаны на компенсацию второй причины снижения КМ - нелинейности тока потребления, а не на компенсацию реактивности. Поэтому они всегда работают в паре с выпрямителями и никогда не используются на двуполярном напряжении. Подробнее об этом написано в http://www.elcp.ru/index.php?state=i...00_02&i_art=17

С уважением,
Вячеслав.

[ALEX__A]

Хотя, как выяснилось, мы и отклонились от темы первоначального вопроса, хочу попытаться завершить обсуждение темы коррекции коэффициента мощности.
Покопавшись в Интернете убедился, что действительно трудно найти полное определение коэффициента мощности (КМ). Наиболее корректное определение КМ - это отношение активной мощности в нагрузке от первой гармоники тока к полной мощности в нагрузке. И снижение этого коэффициента определяется двумя моментами - сдвигом фаз между током и напряжением для первой гармоники и распределением потребляемой мощности между разными гармоническими составляющими тока нагрузки. Второй момент более характерен для двухполупериодных выпрямителей работающих на емкостную нагрузку (это не было указано в первой ссылке, что и привело к вашему замечанию). Активные корректоры КМ рассчитаны на компенсацию второй причины снижения КМ - нелинейности тока потребления, а не на компенсацию реактивности. Поэтому они всегда работают в паре с выпрямителями и никогда не используются на двуполярном напряжении. Подробнее об этом написано в http://www.elcp.ru/index.php?state=i...00_02&i_art=17

С уважением,
Вячеслав.

Уважаемый Вячеслав.

Я проанализировал указанную Вами статью. В ней присутствуют некоторые моменты, которые я хотел бы обсудить.

В последние десятилетия количество электроники, используемой в домашних условиях, в офисах и на производстве, резко увеличилось, и в большинстве устройств применяются импульсные источники питания. Такие источники генерируют гармонические и нелинейные искажения тока, которые отрицательно влияют на проводку электросети и электроприборы, подключенные к ней. Это влияние выражается не только в разного рода помехах, сказывающихся на работе чувствительных устройств, но и в перегреве нейтральной линии. При протекании в нагрузках токов со значительными гармоническими составляющими, не совпадающими по фазе с напряжением, ток в нейтральном проводе (который при симметричной нагрузке, практически, равен нулю) может увеличится до критического значения.

В начале статьи речь идет о бытовых устройствах, которые используют однофазную сеть. Здесь возникает некоторая неоднозначность. Если автор имеет ввиду то, что ток в нейтральном проводе потребителя может быть больше чем в фазовом, то он не прав, в описанном случае токи всегда равны. Если он имеет ввиду ток в нейтральном проводе трехфазной сети с глухозаземленной нейтралью, но тогда этот ток зависит от симметрии нагрузки других фаз, а т.к. данная нагрузка нам не известна, то увеличивая коэф. мощности мы сможем уменьшить ток в нейтральном проводе лишь частично.

Типичный импульсный источник питания состоит из сетевого выпрямителя, сглаживающего конденсатора и преобразователя напряжения. Такой источник потребляет мощность только в те моменты, когда напряжение, подаваемое с выпрямителя на сглаживающий конденсатор, выше напряжения на нем (конденсаторе), что происходит в течение примерно четверти периода. В остальное время источник не потребляет мощности из сети, так как нагрузка питается от конденсатора. Это приводит к тому, что мощность отбирается нагрузкой только на пике напряжения, потребляемый ток имеет форму короткого импульса и содержит набор гармонических составляющих

Да, это действительно так. Форма тока близка к короткому прямоугольному импульсу и её спектр содержит множество гармонических составляющих. Гармонические составляющие вызывают появление помех в сети переменного тока, а емкостной характер нагрузки появление отрицательной мощности, т.е. ситуация с точки зрения мощности аналогична случаю с индуктивной нагрузкой, разница только в способах её компенсации.

На рисунке представленном авторами:

мы видим наличие отрицательной мощности, т.о. рисунок изображен неверно. На втором графике ток каждый полупериод в сети строго положительный, чего не может быть в сети переменного тока.

В статье автор вводит понятие коэффициента мощности. Общий ток представляется в виде суммы гармоник. Далее идет речь о работе на реактивную нагрузку и в формуле раскрывается первая гармоника как сумма активного и реактивного токов, однако сумма высших гармоник остается прежней, что противоречит принципу суперпозиции и недопустимо.

Любопытно, но определения активной и реактивной мощности в статье даны верно.

При определении полной мощности автор первоначально дает верную формулу, но дальнейшее утверждение:

На комплексной плоскости его можно представить как сумму векторов P и Q, откуда видна зависимость I^2=I1эфф(общ) cos j, где j - угол между векторами P и Q, который также характеризует разность фаз между током и напряжением в цепи.

вызывает сомнение, поскольку угол между P и Q всегда равен 90 градусам. Предложенная зависимось I^2=I1эфф(общ) cos j ранее не определена т.е. не ясно, что это за величина. Если воспользоваться треугольником мощностей, то можно увидеть, что эта величина - активная составляющая полного тока. И если правильно определить данную величину, т.е. как I1=Iэфф(общ)cos j и подставить её в следующее выражение:

Основываясь на вышесказанном, выводим определение для коэффициента мощности:

PF=P/S=(I1эфф cos j)/(Iэфф(общ) ).

то дробь сократится и останется искомая величина коэффициент мощности - cos j.


Попробуем сформулировать краткое резюме:

1. Коэффициент мощности определяется как отношение активной мощности к полной мощности. Наличие в сети реактивной или емкостной составляющей мощности вызывает пульсацию мощности между потребителем и генератором, что приводит к увеличению нагрузки на соединительные линии и повышенному падению напряжения на них. Указанные составляющие мощности подлежат компенсации.

2. В процессе работы устройств потребляемый ими ток может иметь несинусоидальную форму. Это ведет к возниковению помех в питающей сети, которые несомненно подлежат подавлению.

3. Судя по списку литературы рассмотренная выше статья - обзор статей зарубежных авторов. А приведенная в ней величина PF может являтся некоторым интегральным показателем как энергетической характеристики потребителя, так и его характеристики с точки зрения уровня излучаемых помех, т.е. по сути может имееть место неудачный перевод термина PF как коэффициент мощности.

4. Активный корректор коэффициента мощности оптимизирует заряд емкости таким образом, чтобы форма кривой тока была далека от узкого прямоугольного импулься, что существенно снижает уровень излучаемых помех и оптимизирует нагрузку сети с той точки зрения, что ток из неё потребляется более равномерно. Помимо этого, вследствии использования индуктивности, компенсируется отрицательная емкость, т.е. увеличивается коэф. мощности. Т.о. мы имеем дело с решением двух разных задач, описывать качество решения которых следует с помощью специального интегрального коэффициента.

5. Коэф. мощности и форма тока различные понятия. При описании качества того или иного потребителя с точки зрения создаваемых им помех из-за несинусоидальной формы потребляемого тока следует вводит специальные коэффициенты, характеризующие изменение реальной формы тока относительно стандартной.

С уважением, Алексей.

[ALEX__A]

А компенсация кос фи для электриков крупных предприятий.

Пусть Вам требуется осветить собственный дачный участок светильником с лампой ДНаТ, мощностью 250 Вт. Указанный светильник без компенсации будет потреблять мощность порядка 500 Вт. Согласитесь, что Ваши расходы на освещение в год при использовании компенсации будут в два раза меньше.

Дополнительно хочеться знать что произходит при отключениях энергии, если компенсирующие кос фи конденсаторы подключены к нагрузкам. Резнонанс плохо пахнет высоким напряжением.

Указанные конденсаторы будут разряжены частично через нагрузку, а частично с помощью специальных разрядных цепей (и только в целях безопасности).

С уважением, Алексей.

[EVGENIY1962]

Алексей вы смешиваете все в одну кучу.Активный корректор мощности,как вы правильно пишете

4. Активный корректор коэффициента мощности оптимизирует заряд емкости таким образом, чтобы форма кривой тока была далека от узкого прямоугольного импулься, что существенно снижает уровень излучаемых помех и оптимизирует нагрузку сети с той точки зрения, что ток из неё потребляется более равномерно.

Здесь все хорошо и правильно.





Помимо этого, вследствии использования индуктивности, компенсируется отрицательная емкость, т.е. увеличивается коэф. мощности. Т.о. мы имеем дело с решением двух разных задач, описывать качество решения которых следует с помощью специального интегрального коэффициента.

А причем здесь индуктивности и все остальное.
АКМ применяются только для придания потребляемому току
синусоидальной формы,и применяются только как составная часть импульсного стабилизатора напряжения.

Вы соми пишете,что индуктивность можно компенсировать только емкостью,АКМ такими возможностями не обладает.

[vasseff]

Пусть Вам требуется осветить собственный дачный участок светильником с лампой ДНаТ, мощностью 250 Вт. Указанный светильник без компенсации будет потреблять мощность порядка 500 Вт. Согласитесь, что Ваши расходы на освещение в год при использовании компенсации будут в два раза меньше.

А я всегда думал, что все электросчетчики учитывают только потребление активной энергии. И показания от кос фи не зависят.

[EVGENIY1962]

Сообщение от ALEX__A

Пусть Вам требуется осветить собственный дачный участок светильником с лампой ДНаТ, мощностью 250 Вт. Указанный светильник без компенсации будет потреблять мощность порядка 500 Вт. Согласитесь, что Ваши расходы на освещение в год при использовании компенсации будут в два раза меньше.

А я всегда думал, что все электросчетчики учитывают только потребление активной энергии. И показания от кос фи не зависят.

Не совсем так,если вы внимательно посмотрите на лицевую панель счетчика,то увидите надпись cos fi =0.9,опросоря обычный счетчик (с вертушкой) начинает врать при малом значении косинуса.Кстати Алексей здесь прав,малый косинус это недополученная мощность,или если для примера взять электродвигатель то для получения такой же мощности на валу потребуется больше тока.