Влияние коэффициента мощности на эффективность кондиционеров

Что такое Коэффициент мощности

Коэффициент мощности — это физическая величина, которая является одной из характеристик электрического тока. Значение коэффициента мощности позволяет сделать оценку насколько эффективно электрооборудование, например компрессор или вентилятор системы кондиционирования, используют электрическую энергию сети питающего напряжения.

Формально коэффициент мощности равен отношению активной и полной мощности потребляемой системой из сети питающего напряжения. Наглядное отображение коэффициента мощности может быть продемонстрировано на векторном графике, представляющим собой зависимость полной, активной и реактивной мощности .

Термины и определения.

Активная мощность – это мощность, которая используется для совершения какой либо работы: вращения ротора компрессора или вентилятора или нагрева калорифера теплообменника воздухонагревателя. Реактивная мощность – это мощность, которая создает индуктивную нагрузку, и не выполняет полезной работы. На практике реактивная мощность является существенной частью электрической мощности потребляемой из сети электродвигателем компрессорного агрегата.

Несмотря на то, что активная и реактивная мощность являются частью одного и того же процесса, действие этих двух составляющих смещено во времени. Показан график временной график действия активной и реактивной составляющей электрической нагрузки электродвигателя компрессора. Как видно из графика, активная и реактивная составляющие электрической нагрузки смещены друг относительно друга по фазе на 900. Поэтому векторы активной и реактивной мощности изображены на графике №1 под углом 900 .

Влияние коэффициента мощности на эффективность работы электродвигателя.

Как известно низкий уровень коэффициента мощности является признаком неэффективного использования электроэнергии. Другими словами, потребляемая мощность компрессора используется не для повышения давления или энтальпии хладагента, а соответственно хладапроизводительности системы кондиционирования, а для повышения индуктивной нагрузки электродвигателя.Для вычисления электрической мощности электродвигателя компрессора или вентилятора обычно используется формула

Данную формулу можно интерпретировать с помощью формулы. Как видно из формулы, при постоянном значении напряжения питающей сети, уменьшение значения коэффициента мощности сопровождается повышением уровня рабочего тока.

Таким образом, малое значение коэффициента мощности компрессора системы кондиционирования непосредственно влияет на эффективность его работы, и косвенно влияет на надежность.

Повышение значения коэффициента мощности.

В настоящий момент существует несколько вариантов решения задачи по повышению уровня коэффициента мощности. Одним из способов является использование блока косинусных конденсаторов, подключаемых параллельно рабочим обмоткам электродвигателя компрессора. На рисунке №4 показан внешний вид блока конденсаторов, используемых для повышения значения коэффициента мощности в чиллерах малой производительности.

Емкость конденсаторов, необходимых для повышения КМ от существующего значения cosφ1 до требуемого cosφ2, можно определить по диаграмме (рис. 6 б, в).

При построении векторной диаграммы в качестве исходного вектора принят вектор напряжения источника. Если нагрузка представляет собой индуктивный характер, то вектор тока I1 отстает от вектора напряжения на угол φ1Iа совпадает по направлению с напряжением, реактивная составляющая тока Iр отстает от него на 90° (рис. 6 б).

После подключения к потребителю батареи конденсаторов ток I определяется как геометрическая сумма векторов I1 и Ic. При этом вектор емкостного тока опережает вектор напряжения на 90° (рис. 6, в). Из векторной диаграммы видно, что φ2 < φ1, т.е. после включения конденсатора коэффициент мощности повышается от cosφ1 до cosφ2

Емкость конденсатора можно рассчитать при помощи векторной диаграммы токов (рис. 2 в) Ic = Iр1 - Iр = Iа tgφ1 - Iа tgφ2 = ωCU

Учитывая, что P = UIа, запишем емкость конденсатора С = (Iа / ωU) х (tgφ1 - tgφ2) = (P / ωU2) х (tgφ1 - tgφ2).

На практике обычно коэффициент мощности повышают не до 1,0, а до 0,97 - 0,98, так как полная компенсация требует дополнительной установки конденсаторов, что часто экономически не оправдано.