GOSPODARKA ENERGIĄ ELEKTRYCZNĄ - WSPÓŁCZYNNIK MOCY COSφ I SPOSOBY POPRAWY JEGO WARTOŚCI

1. CEL ĆWICZENIA

Celem tego ćwiczenia jest zapoznanie się z metodami pomiarów mocy czynnej, biernej oraz pozornej i metodami wyznaczenia współczynnika mocy cos φ w obwodach jedno i trójfazowych oraz rozważenie wprowadzenia sposobów poprawy wartości cos φ w warunkach przemysłowych

2. WSTĘP LITERATUROWY

Zastosowanie programu multiSIM do analizy pracy układów energoelektrycznych stosowanych w rolnictwie.

Program symulacyjny multiSIM - wytwór firmy Electronics Workbench będącej składową National Instruments, jest przyrządem do modelowanie i analizowania układów elektronicznych. Jego wysokie normy poparte są różnorodnością funkcji projektowych jakie posiada. Są to: graficzna edycja schematów; bogata baza elementów; symulacja układów analogowych oraz cyfrowych. Program pozwala na tworzenie spekulatywnych układów energoelektronicznych. Można tego dokonywać dzięki bogatym zasobom elementów wchodzących w skład takich układów: źródła zasilania, elementy pasywne, diody, tranzystory, wzmacniacze operacyjne, elementy TTL, elementy CMOS, cyfrowe oraz analogowe układy scalone, wyświetlacze i wskaźniki, elementy mechaniczne i techniki radiowej. Istniej możliwość zmian parametrów w trakcie modelowania układu, pod warunkiem, że posługujemy się elementami wirtualnymi. Przyrządom stałym odpowiadają stałe i niezmienne parametry.

Analizowanie pracy układów elektrycznych pozwoliła na wysnucie wniosków, iż im większa ilość dołączanych odbiorników tym większe obciążenie sieci zasilającej, co w konsekwencji może być powodem zakłóceń w jej pracy lub uszkodzenia. Dzięki programowi możliwy jest opis zachowania sieci zasilającej jedno i trójfazowej w różnych warunkach pracy. W związku z tym możliwe jest wyznaczenie w poszczególnych układu zasilania, wartości płynących prądów, napięć fazowych i międzyfazowych oraz mocy czynnej. Można także przeanalizować jego pracę przy obciążeniu symetrycznym lub niesymetrycznym; w układzie cztero lub trójprzewodowym; a także zaniku faz zasilających.

Dzięki obserwacją pracy można wnioskować o efektywnej eksploatacji sieci zasilającej obiekt gospodarczy.

Kompensacja mocy biernej w zakładach przemysłu rolno-spożywczego. W przedsiębiorstwach dąży się do obniżania zużycia energii elektrycznej. Sposobem na osiągnięcie tego celu jest stosowanie energooszczędnych urządzeń elektrycznych oraz ograniczanie poboru (kompensacja) mocy biernej z sieci zasilającej. Kompensacja mocy biernej dotyczy tych zakładów, które pobierają ją w celu zasilania urządzeń napędzanych silnikami elektrycznymi prądu zmiennego oraz przy oświetlaniu dużych obszarów z wykorzystaniem wyładowczych źródeł światła.

Najmniej skomplikowaną metodą kompensacji jest zastosowanie baterii kondensatorów. Następuje wówczas redukcja energii biernej indukcyjnej oraz energii biernej pojemnościowej, co wiąże się z tym, iż poprawna praca urządzenia odbywa się kosztem mniejszej ilości energii biernej pozyskiwanej z sieci elektroenergetycznej. Wyposażenie układu w oscyloskop umożliwia wyznaczenie przesunięcia fazowego oraz obserwacje przebiegu prądów i napięć zasilających.

Program modelowy umożliwia analizę wpływu zmian pojemności baterii kondensatorów kompensacyjnych na współczynnik mocy i prądy płynące w sieci zasilającej urządzenia o charakterze indukcyjnym.

Wykorzystanie środowiska LabView do tworzenia instrumentów wirtualnych wspomagających pomiary w inżynierii rolniczej.

Środowisko LabView (ang. Laboratory Virtual Instrument Engineering Worbench) jest graficznym językiem programowania, którego zadaniem jest pomoc w tworzeniu spekulatywnych instrumentów pomiarowych. Jego oryginalność polega na tym iż zamiast linii kodu do tworzenia aplikacji używa się ikon. Wyróżnia go wykorzystywanie graficznego programowania przepływu danych pomiędzy punktami węzłowymi oraz operacje matematyczne na danych. Znajduje szerokie zastosowanie w inżynierii rolniczej dzięki swej elastyczności, objawiającej się możliwością tworzenia rozbudowanych systemów pomiarowych, z możnością obróbki, prezentacji i magazynowania danych. Aplikacje wykonuje się prosto. Wynika to z funkcji graficznego interfejsu użytkownika wyposażonego w gotowe elementy panelu czołowego, a także programowanie z wykorzystaniem schematu blokowego. Dodatkowym atutem jest także stosowanie funkcji umożliwiających obliczanie, akwizycję danych, zapis na dysk i ich wizualizację. Środowisko pozwala na przeprowadzanie pomiarów w warunkach polowych dzięki możliwości tworzenia aplikacji dla urządzeń mobilnych. Rozpowszechnianie zapisanych plików nie wiąże się z dodatkowymi kosztami. Jego prostota pozwala na wykorzystywanie wyników jego pracy przez osoby bez przygotowania informatycznego.

Dzięki tym mnogim zaletom środowisko LabView znajduje szerokie zastosowanie w inżynierii rolnej.

3. SCHEMATY I OPISY STANOWISK POMIAROWYCH

Zostały dołączone w postaci wydruków z AutoCad'a

4. ZADANIE 1 - POMIAR WSPÓŁCZYNNIKA MOCY W OBWODZIE JEDNOFAZOWYM

*niektóre mierniki mają skalę w jednostkach naturalnych

POMIAR I - praca mieszadła

Prąd zaniku nie wystąpił. Inne odczyty z wielofunkcyjnych mierników uniwersalnych typu Clamp Meter HC640AB niestety były niemożliwe z powodu zakłóceń spowodowanych najprawdopodobniej połączeniem z autotransformatorem nieoryginalnymi kabelkami. (Dane podawane przez miernik mieściły się w przedziale -20÷20A i 170÷220mV)

Dane z tabliczki znamionowej odbiornika:

50-60Hz; 112kW

Moc czynna

Moc pozorna

Moc bierna

Skuteczna wartość natężenia prądu I

, gdzie sinφ= Q/S = 41,9/90,3 =0,46

Oporność czynna - R

Zawada - Z:

Wypadkowa oporność bierna - X:

, gdzie tgφ= Q/P = 41,9/80 = 0,52

, zaś
. Wartości te są zbliżone błąd względny wynosi jedynie 1%, co może wynikać z niedokładności odczytu z fazomierza przez grupę pomiarową.

POMIAR II - praca mieszadła i grzałki

Prąd zaniku nie wystąpił. Podobnie jak przy pomiarze I, inne odczyty z wielofunkcyjnych mierników uniwersalnych typu Clamp Meter HC640AB niestety były niemożliwe z powodu zakłóceń spowodowanych najprawdopodobniej połączeniem z autotransformatorem nieoryginalnymi kabelkami.

Moc czynna

Moc pozorna

Moc bierna

Skuteczna wartość natężenia prądu I

, gdzie sinφ= Q/S = 31,1/153,2 =0,19

Oporność czynna - R

Zawada - Z:

Wypadkowa oporność bierna - X:

, gdzie tgφ= Q/P = 31,1/150 = 0,20

, zaś
. Wartości te są zbliżone błąd względny wynosi jedynie 2%, co może wynikać z niedokładności odczytu z fazomierza przez grupę pomiarową.

5. ZADANIE 2 - WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA MOCY COSφ DLA ODBIORNIKA TRÓJFAZOWEGO

Prąd rozruchu: (2,67A)

Prąd zaniku wystąpił.(0,61A)

Inne odczyty z wielofunkcyjnych mierników uniwersalnych typu {PM} Power Meter MIC 2090W:

Natężenie: 1,28 [A]

Napięcie: 222,4 [V]

Moc czynna: 0,202 [kW]

Moc pozorna: 0,290 [kVA]

Moc bierna: 0,210 [var]

cosΦ: 0,689

CF:

Hz - 48 Hz

A - 6,489 A

Moc czynna

Moc pozorna

Moc bierna

Skuteczna wartość natężenia prądu I

Zadanie 3

Pomiar współczynnika mocy cos(fi) dla odbiornika trójfazowego

przy dołączonej baterii kondensatorów statycznych