2.3.1. Khái niệm công suất phản kháng
để cho việc bù CSPK ựạt ựược hiệu quả, trước hết chúng ta cần tìm hiểu ý nghĩa vật lý của ựại lượng này và biểu diễn dưới dạng công thức toán học.
Chúng ta xem xét sự tiêu thụ năng lượng xảy ra như thế nào trong mạch ựiện có tải là ựiện trở R và ựiện kháng X.
Hình 2.3. Mạch ựiện RL ựơn giản
ϕ
Hình 2.4. Tam giác tổng trở Mạch ựiện ựược cung cấp bởi ựiện áp u = Umsinωi. Dòng ựiện i lệch pha với u một góc ϕ: i=Imsin(ωt -ϕ)
Hay ( ) ' ''
m sin tcos cos tsin i i I
i= ω ϕ− ω ϕ = +
Với i'=Imsinωtcosϕ;
− ϕ = ϕ ω = 2 π ωt sin sin I tsin cos I - i'' m m
Như vậy dòng ựiện i là tổng của hai thành phần:
'
i- có biên ựộ Imcosϕ cùng pha với ựiện áp
''
i - có biên ựộ Imsinϕ chậm pha với ựiện áp một góc
2 π
Công suất tương ứng với hai thành phần ' ivà ''
i là : P = UIcosϕ gọi là công suất tác dụng Q = UIsinϕ gọi là CSPK
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 22
Từ tam giác tổng trở ta có thể viết:
( ) 2 2 RI Z R ZI Icos ZI UIcos P= ϕ= ϕ = = ( ) 2 2 XI Z X ZI Isin ZI UIsin Q= ϕ= ϕ = =
Vậy : CSPK là thành phần công suất tiêu thụ trên ựiện cảm hay phát ra trên ựiện dung của mạch ựiện.
Ta có thể biểu diễn quan hệ P, Q như hình vẽ:
ϕ UIsin ϕ UIcos UI Q S P U
Hình 2.5. Giản ựồ véc tơ biểu diễn mối quan hệ P, Q và S
Trong mạng ựiện có các thành phần mang tắnh ựiện kháng hay ựiện dung sẽ sử dụng công suất ựặc biệt gọi là CSPK.
2.3.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng
động cơ không ựồng bộ (KđB), máy biến áp, trên ựường dây tải ựiện và mọi nơi có từ trường ựều tiêu thụ CSPK. Yêu cầu CSPK chỉ có thể giảm ựến tối thiểu chứ không thể triệt tiêu ựược vì nó cần thiết ựể tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hóa ựiện năng.
Sự tiêu thụ CSPK trên lưới ựiện có thể ựược phân chia một cách gần ựúng như sau:
- động cơ KđB tiêu thụ khoảng 60 ựến 65% - MBA tiêu thụ 22 ựến 25% (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 23
Như vậy ựộng cơ KđB và MBA là hai loại máy ựiện tiêu thụ nhiều CSPK nhất. Nhu cầu CSPK chủ yếu là ở các xắ nghiệp công nghiệp cosϕ của chúng dao ựộng từ 0,5 ựến 0,8, nghĩa là cứ 1kW công suất tác dụng thì chúng yêu cầu từ 0,75 ựến 1,7 kVAr CSPK.
Trong xắ nghiệp công nghiệp, các ựộng cơ KđB tiêu thụ khoảng 60 ựến 75%, MBA 15 ựến 22%, các phụ tải khác 5 ựến 10% tổng dung lượng CSPK yêu cầu. Do vậy muốn giảm CSPK phải chú ý ựến các ựộng cơ KđB.
Nhu cầu CSPK ở các hộ phụ tải sinh hoạt, dân dụng không nhiều vì cosϕ
của chúng thường lớn hơn 0,9. Nhu cầu CSPK ở các MBA công suất nhỏ là 10% công suất ựịnh mức của chúng, ở MBA lớn là 3%.
a. động cơ KđB
động cơ KđB là thiết bị tiêu thụ CSPK chắnh trong lưới ựiện. CSPK tiêu thụ trong ựộng cơ KđB gồm có hai thành phần:
- Một phần nhỏ CSPK ựược sử dụng ựể sinh ra từ trường tản trong mạch ựiện sơ cấp và thứ cấp.
- Phần lớn CSPK còn lại dùng ựể sinh ra từ trường khe hở.
b. Máy biến áp
MBA tiêu thụ CSPK nhỏ hơn ựộng cơ KđB vì không có khe hở không khắ. Nhưng do số lượng lớn cả về dung lượng và số thiết bị do vậy nhu cầu tổng CSPK của MBA cũng ựáng kể. CSPK tiêu thụ bởi MBA gồm hai thành phần:
- CSPK dùng ựể từ hóa lõi thép không phụ thuộc vào tải.
- Một phần CSPK khác dùng ựể tản từ trong MBA phụ thuộc vào tải.
c. đèn huỳnh quang
Thông thường các ựèn huỳnh quang vận hành có một chấn lưu ựể hạn chế dòng ựiện. Tùy theo ựiện cảm của chấn lưu, hệ số công suất chưa ựược hiệu chỉnh
1
cosϕ của chấn lưu nằm trong khoảng 0,3 ựến 0,5. Với các ựèn ống hiện ựại có bộ khởi ựộng ựiện tử, hệ số công suất chưa ựược hiệu chỉnh cosϕ1thường gần bằng 1,
Trường đại học Nông Nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ. 24
do vậy không cần hiệu chỉnh hệ số công suất. Tuy nhiên, các khởi ựộng ựiện tử này sinh ra các sóng hài.