Использование данных систем преследует цель повысить эффективность работы оборудования, команд сотрудников, конвейерных линий. Суть состоит в планировании и нахождении баланса загруженности для реализации плана по выпуску конечного продукта. Планировать необходимые объемы мощностей нужно для каждого типа производимой продукции с учетом структуры технологического процесса. Система генерирует отчет о расхождениях между необходимой загрузкой и представленными в наличии мощностями.
Коэффициент использования мощности – важный параметр, помогающий определить, какими возможностями для повышения эффективности обладает предприятие, отдельная производственная линия или единица оборудования. Проведение расчетов с его использованием поможет оптимизировать производство, выявить, какие оборудование и технологические процессы нуждаются в модернизации или замене.
К чему могут привести низкие показатели коэффициента мощности:
(см. рис. L4)
| Тип цепи | Полная мощность S (кВА) | Актив. мощность P (кВт) | Реакт. мощность Q (квар) | |
|---|---|---|---|---|
| Однофазная (фаза и нейтраль) | S = VI | P = VI cos φ | Q = VI sin φ | |
| Однофазная (фаза-фаза) | S = UI | P = UI cos φ | Q = UI sin φ | |
| Пример: | 5 кВт нагрузки | 10 кВA | 5 кВт | 8,7 квар |
| cos φ = 0.5 | ||||
| Трехфазная (3 провода или 3 провода + нейтраль) | S = 3{\displaystyle \definecolor {bggrey}{rgb}{0.9176470588235294,0.9176470588235294,0.9176470588235294}\pagecolor {bggrey}{\sqrt {3}}} UI | P = 3{\displaystyle \definecolor {bggrey}{rgb}{0.9176470588235294,0.9176470588235294,0.9176470588235294}\pagecolor {bggrey}{\sqrt {3}}} UI cos φ | Q = 3{\displaystyle \definecolor {bggrey}{rgb}{0.9176470588235294,0.9176470588235294,0.9176470588235294}\pagecolor {bggrey}{\sqrt {3}}} UI sin φ | |
| Пример: | Двигатель Pn = 51 кВт | 65 кВА | 56 кВт | 33 квар |
| cos φ = 0,86 | ||||
| ρ= 0,91 (КПД двигателя) |
Рис. L4 : Пример расчета активной и реактивной мощностиzh:功率因数
Активная мощность — это усредненное значение мгновенной за определенный временной отрезок. Она способна выполнять полезную работу. Для определения полной нужно активную и реактивную возвести в квадрат и затем из суммы этих квадратов извлечь квадратный корень.
Коэффициент полезного действия в этом случае будет равен 100%. Случается это лишь на активной нагрузке, в сети, где нет реактивных элементов. Следовательно, при реактивной мощности не выполняется работа, однако, происходят потери, которые имеют обратно пропорциональную зависимость от косинуса фи. Чем ближе значение к единице, тем меньше потеря.
Расчет КИМ для отдельно взятой единицы оборудования позволяет определить:
Расчет КИМ в целом для предприятия позволяет определить:
Для определения потенциала роста используют показатель разрыва потенциального и фактического объема производства (РПФ):
Итак, полная мощность с единицей измерения вольт-ампер (ВА) – это комплексная величина, состоящая из активной мощности (действительной) и реактивной (мнимой). Если рассматривать полный показатель по формуле, то можно это отобразить вот так:
N=√Nа²+Nр²
Или вот так:
Теперь рассмотрим составляющие первой формулы. Активная мощность действует только на активных сопротивлениях, то есть она присутствует при определенных нагрузках, а, точнее сказать, когда электрический двигатель работает. Вычисляется она вот по этой формуле:
Что значит активное сопротивление? Здесь необходимо понимать, что в цепях переменного тока сопротивление выше, чем в цепях постоянного тока. Это связано со многими факторами. К примеру, это вихревые токи, которые образуются в цепи, это электромагнитное поле, это близость расположения проводников и так далее. Именно поэтому сопротивление в сетях переменного тока называют активным, а в сетях постоянного тока омическим.
Теперь, что касается реактивной мощностной составляющей. Во-первых, эта величина измеряется в вольт ампер реактивный (вар). Во-вторых, это своеобразная накопительная мощность, которая накапливается в проводниковых сетях, а потом отдается обратно в сеть. Кстати, эта величина может быть положительной или отрицательной.
Причинами появления реактивной составляющей могут быть приборы, которые выдают емкостную или индуктивную нагрузку. Рассчитывают этот показатель вот по этой формуле:
Если рассматривать полезность реактивной мощности, то она не расходуется на прямые нужды потребителя. К примеру, в электрических двигателях она не преобразуется из электрической в механическую. И хотя полезной нагрузки эта мощность не несет, без нее не может быть осуществлена полезная работа. И все же производители стараются данный показатель уменьшить, потому что повышение активной составляющей приводит к снижению реактивной, отсюда и низкий КПД оборудования или сети.
Производится ряд «приборов», предлагаемых через Интернет, продавцы которых утверждают, что они сократят счета за электричество, корректируя коэффициент мощности в домашней электросети. Их рекламируют под разными названиями. В связи с этим потребители часто спрашивают, уменьшит ли компенсация реактивной мощности счета за электричество? Действительно, коррекция λ снижает потребление полного тока и соответственно уменьшает Q. Однако в настоящее время в жилых домах реактивная мощность не тарифицируется. Знание основ электротехники позволяет избежать участи жертв такого обмана.
При использовании энергии переменного тока происходит приблизительно то же самое. При активной нагрузке (например, при включении электрочайника или лампы накаливания) переменные напряжение (U) и ток (I) полностью совпадают по фазе и одновременно достигают своих максимальных значений. В данном случае мощность потребителя электроэнергии можно рассчитать по формуле P=U•I.
Для сети переменного тока работающий электродвигатель, имеющийся, например, в стиральной машине, является комплексной нагрузкой, включающей в себя активную и индуктивную составляющие. При подаче напряжения на такой прибор оно появляется на обмотках, практически, мгновенно. А вот ток (из-за влияния индуктивности) запаздывает. То есть между ними образуется так называемый сдвиг фаз, который мы и называем ϕ.
При активно-емкостной нагрузке, наоборот, переменный ток сразу начинает течь через конденсатор, а напряжение отстает от него по фазе на величину ϕ.
В цепи переменного тока, который поступает в трансформатор, возникает несколько видов нагрузки. Каждая из их определяет параметр, который в зависимости от нагрузки может быть активным, реактивным или полным соединением двух).
Активное сопротивление рассчитывается с учетом того, что потери будут равным квадрату тока, умноженному на сопротивление. Сопровождается выделением тепла. Реактивное происходит без выделения тепла и потерь нагрузки, рассчитывается по формулам индуктивности и емкости. Коэффициент является в общем понимании слова соотношением между активной и пассивной компонентой.
Наиболее значимую часть потерь в сети создают реактивные элементы
по причине своей физической способности накапливать и возвращать неиспользованную энергию обратно в источник.
Реактивная составляющая тока нагрузок не осуществляет полезной работы,
но остаётся в виде падения напряжения на активном сопротивлении всех участков сети энергосистемы,
попросту разогревая провода ЛЭП, кабели и трансформаторы подстанций.
В этом случае, если не рассматривать другие потери,
коэффициент мощности будет равен косинусу угла сдвига фаз между током и напряжением в нагрузке.
PF = P/S = cosφ
PF — Power Factor — Коэффициент Мощности (КМ).P — Потребляемая (полезная, активная) мощность. P=UIcosφ.S — Полная мощность. S = UI. φ — Угол сдвига фаз между током и напряжением, созданный реактивными элементами нагрузок (обмотки электродвигателей,
трансформаторов, электромагнитов …)
Подробнее об этом на страничке реактивная мощность.
В целях устранения реактивных потерь на производственных предприятиях используют специальные конденсаторные установки,
компенсируя положительный сдвиг фаз, созданный индуктивными нагрузками.
На начальном этапе компенсация фазового сдвига, внесённого суммарно всеми потребителями сети, осуществляется на электростанциях путём контроля подмагничивания роторных обмоток генераторов.
Вычисление показателя для единичного станка или машины дает возможность узнать следующие данные:
Определение коэффициента для организации в целом сможет показать:
Чтобы определить потенциал увеличения объема производства, нужно узнать значение разрыва (обозначим его Р) между возможным и реальным количеством производимой продукции. Оно вычисляется по формуле:
Р = (РОП-ПОП)/ПОП * 100%,
где РОП – реальный объем производства, а ПОП – потенциальный.
При одной и той же активной мощности нагрузки мощность, бесполезно рассеиваемая на проводах, обратно пропорциональна квадрату коэффициента мощности. Таким образом, чем меньше коэффициент мощности, тем ниже качество потребления электроэнергии. Для повышения качества электропотребления применяются различные способы коррекции коэффициента мощности, то есть его повышения до значения, близкого к единице.
| Значение коэффициента мощности | Высокое | Хорошее | Удовлетворительное | Низкое | Неудовлетворительное |
|---|---|---|---|---|---|
| cosφ{\displaystyle \operatorname {cos} \varphi } | 0,95…1 | 0,8…0,95 | 0,65…0,8 | 0,5…0,65 | 0…0,5 |
| λ{\displaystyle \lambda } | 95…100 % | 80…95 % | 65…80 % | 50…65 % | 0…50 % |
Например, большинство старых светильников с люминесцентными лампами для зажигания и поддержания горения используют (ЭмПРА), характеризующиеся низким его потреблением, то есть неэффективным электропотреблением. В отличие от них современные светильники, и в том числе компактные люминесцентные («энергосберегающие») лампы имеют ЭПРА, и характеризуются коэффициентом мощности стремящемся к 1, то есть к идеальному значению.
Несинусоидальность — вид нелинейных искажений напряжения в электрической сети, который связан с появлением в составе напряжения гармоник с частотами, многократно превышающими основную частоту сети. Высшие гармоники напряжения оказывают отрицательное влияние на работу системы электроснабжения, вызывая дополнительные активные потери в трансформаторах, электрических машинах и сетях; повышенную аварийность в кабельных сетях; уменьшение коэффициента мощности за счёт мощности искажения, вызванной протеканием токов высших гармоник; а также ограниченное применение батарей конденсаторов для компенсации реактивной мощности.
Источниками высших гармоник тока и напряжения являются электроприёмники с нелинейными нагрузками. Например, мощные выпрямители переменного тока, применяемые в металлургической промышленности и на железнодорожном транспорте, газоразрядные лампы и др.
Коррекция коэффициента мощности при помощи конденсаторов
К ухудшению коэффициента мощности (непропорциональному потребляемому току относительно напряжения) приводят реактивная и нелинейная нагрузки. Реактивные нагрузки корректируется внешними реактивностями, именно для них определена величина cos φ.
Коррекция коэффициента мощности ((англ. power factor correction) PFC) — процесс приведения потребления конечного устройства, обладающего низким коэффициентом мощности при питании от силовой сети переменного тока, к состоянию, при котором коэффициент мощности соответствует принятым стандартам.
Технически реализуется в виде той или иной дополнительной схемы на входе устройства.
Данная процедура, необходимая для равномерного использования мощности фазы и исключения перегрузки нейтрального провода трёхфазной сети, обязательна для импульсных источников питания мощностью в 100 и более ватт[источник не указан 2743 дня]. Компенсация обеспечивает отсутствие всплесков тока потребления на вершине синусоиды питающего напряжения и равномерную нагрузку на силовую линию.
Основная формула, применяемая для вычисления коэффициента, имеет такой вид:
К = Vфакт/Мср,
где:
Формула производственной мощности, используемая в вычислениях, рассчитывается с применением прироста и выбытия на балансе предприятия за прошедший период (как правило, годовых). Мощность определенного вида оборудования может вычисляться двумя способами: с использованием трудоемкости единицы производимой продукции или производительности одного экземпляра техники.
В качестве ориентира можно использовать значение 80% – средний показатель для фирм Соединенных Штатов. В Европе он несколько выше – 82%.
Потребители платят исключительно за активную энергию, т. е. за киловатт-часы, и это единственное, что могут измерить старомодные ротационные счетчики. Технически снижение реактивной составляющей немного снизит потери в кабелях между счетчиком коммунальных услуг и точкой соединения компенсатора мнимой мощности, но этот эффект пренебрежительно незначителен. По большому счету, улучшение коэффициента λ и снижение мнимого тока практически не влияет на показания счетчика. Теоретически ситуация изменится, если внутренние тарифы будут включать плату за киловольт-ампер-часы, измеренные современными счетчиками, однако это маловероятно. Конечно, электрическим компаниям выгодно снижать Q, но сначала нужно определить показатели домашней нагрузки, чтобы не принести больше вреда, чем пользы.
Данные для расчета показателя собирают вручную и делают это на ежедневной основе. Значение потенциальной величины мощности формируют на протяжении кого-либо периода и потом его используют для подстановки в формулу. А фактическую занятость засекают каждый раз или по возможности используют для этого приборы учета.
Важно! КИМ может рассчитываться как для одного станка или производственной линии, так и целого цеха или всего предприятия. Поэтому и данные необходимы за разные промежутки времени: для одной единицы техники можно их собирать каждый час, а для предприятия коэффициент находят за более длинные периоды (месяц, квартал, год)
Для быстрого и точного получения информации необходимо настроить ее автоматический сбор. Затраты на ручное ведение статистики могут быть сильно высокими.
Например, есть предприятие по производству пеллет, на котором установлено следующее оборудование:
Плановый и фактический объем сырья, который проходит через это оборудование, представлен в таблице (скачать таблицу в excel).
| План/факт выработки, куб. м | 01-10 мая | 10-20 мая | 20-31 мая | Итого за месяц | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| План | Факт | КИМ | План | Факт | КИМ | План | Факт | КИМ | План | Факт | КИМ | |
| Мельница для измельчения влажных опилок | 300 | 250 | 83,33 | 300 | 230 | 76,67 | 300 | 240 | 80 | 900 | 720 | 80 |
| Сушильный барабан | 400 | 250 | 62,50 | 400 | 230 | 57,50 | 400 | 240 | 60 | 1 200 | 720 | 60 |
| Мельница для измельчения сухих опилок | 350 | 250 | 71,43 | 350 | 230 | 65,71 | 350 | 240 | 68,57 | 1 050 | 720 | 68,57 |
| Смеситель для увлажнения влажных опилок | 350 | 250 | 71,43 | 350 | 230 | 65,71 | 350 | 240 | 68,57 | 1 050 | 720 | 68,57 |
| Гранулятор | 300 | 250 | 83,33 | 300 | 230 | 76,67 | 300 | 240 | 80 | 900 | 720 | 80 |
| Итого: | 1 700 | 1 250 | 73,53 | 1 700 | 1 150 | 67,65 | 1 700 | 1 200 | 70,59 | 5 100 | 3 600 | 70,59 |
Таким образом, выше всего производительность у сушильного барабана, поэтому у него КИМ ниже, т.к. остальные виды оборудования не рассчитаны на такую загрузку. Следовательно, барабан можно больше загружать, у него есть дополнительный потенциал мощности. Больше всего по отношению к своему потенциалу загружены гранулятор и мельница для измельчения влажных опилок: на 80%. И хотя 80% — это хорошее значение показателя мощности, его можно повысить, т.к. есть еще 20% для роста.
Коэффициент использования мощности (КИМ) характеризует фактическое применение оборудования в сравнении с его потенциалом при полной загрузке линий в производственном цикле предприятия. Он указывает на производительность.
Справка! Несмотря на то, что показатель ориентирован на промышленный сектор, он может применяться на предприятиях других направленностей работы. Например, его прямо или косвенно используют в торговле и сфере услуг для оценки производительности оборудования и команды.
КИМ помогает определить потенциал предприятия, понять его слабые места, определить, что действительно есть проблемы с эффективностью использования машин и оборудования. Эти знания помогут выстроить производственный процесс без прежних ошибок и будут способствовать максимальному использованию имеющихся мощностей.
Косинус фи можно увеличить либо с помощью специальных компенсирующих устройств, либо без них. Первый способ подразумевает упорядочение процесса, которое улучшает энергетический режим. Определить коэффициент помогают специальные электроизмерительные приборы, называемые фазометрами.
Увеличивая значение косинуса фи в электрике, пытаются достичь трех главных целей:
Активная мощность относится к энергии, которая необратимо расходуется источником за единицу времени для выполнения потребителем какой-либо полезной работы. В процессе потребления, как уже было отмечено, она преобразуется в другие виды энергии.
В цепи переменного тока значение активной мощности определяется, как средний показатель мгновенной мощности за установленный период времени. Следовательно, среднее значение за этот период будет зависеть от угла сдвига фаз между током и напряжением и не будет равной нулю, при условии присутствия на данном участке цепи активного сопротивления. Последний фактор и определяет название активной мощности. Именно через активное сопротивление электроэнергия необратимо преобразуется в другие виды энергии.
При выполнении расчетов электрических цепей широко используется понятие реактивной мощности. С ее участием происходят такие процессы, как обмен энергией между источниками и реактивными элементами цепи. Данный параметр численно будет равен амплитуде, которой обладает переменная составляющая мгновенной мощности цепи.
Существует определенная зависимость реактивной мощности от знака угла ф, отображенного на рисунке. В связи с этим, она будет иметь положительное или отрицательное значение. В отличие от активной мощности, измеряемой в ваттах, реактивная мощность измеряется в вар – вольт-амперах реактивных. Итоговое значение реактивной мощности в разветвленных электрических цепях представляет собой алгебраическую сумму таких же мощностей у каждого элемента цепи с учетом их индивидуальных характеристик.
Основной составляющей полной мощности является максимально возможная активная мощность при заранее известных токе и напряжении. При этом, cosф равен 1, когда отсутствует сдвиг фаз между током и напряжением. В состав полной мощности входит и реактивная составляющая, что хорошо видно из формулы, представленной выше. Единицей измерения данного параметра служит вольт-ампер (ВА).
Что такое активная и реактивная электроэнергия, мощность
Как найти реактивную мощность
Активное и реактивное сопротивление
Компенсация реактивной мощности в электрических сетях
Активное и индуктивное сопротивление кабелей – таблица
Онлайн калькулятор расчета тока по мощности
Вышеперечисленные последствия низкого cos φ
с достаточной убедительностью говорят о том, что необходимо вести борьбу за высокий cos φ
. К мерам увеличения cos φ
относятся:
Малый вес конденсаторов, отсутствие вращающихся частей, незначительные потери энергии в них, легкость обслуживания, безопасность и надежность в работе дают возможность широкого применения статических конденсаторов для повышения cos φ
двигателей.
Отрезок ос
, представляющий активную слагающую тока I
1 , равен:
ос
= I
1 × cos φ
1 = оа
× cos φ
1 .
На бирках (шильдиках) электродвигателей обязательно указана его мощность, измеряемая в ваттах, и вот такой значок «cosφ». Что обозначает косинус фи в электротехнике – это коэффициент мощности. И определяется он соотношением мощности активной к полной. При этом чем выше данный коэффициент, то есть приближается к единице, тем лучше. Потому что в данном случае реактивная мощность будет равна нулю, а, значит, будет уменьшаться потребляемое значение, что приведет к экономии электроэнергии.
Поэтому чтобы разобраться в косинусе фи, необходимо сначала разобраться со всеми этими мощностями.
У КИМ нет нормативных значений. В каждом отдельно взятом случае будут свои границы желаемой эффективности, тем более, если речь идет о человеческих ресурсах. Однако по значению показателя можно сделать определенные выводы:
В западных странах хорошим показателем является величина обобщенного коэффициента 80-82%. Можно использовать эти данные для сравнения КИМ в целом по предприятию.
Значение коэффициента не может быть более 100. В противном случае необходимо будет повышать производительность оборудования на единицы времени или пересматривать сменность работ.
Важно! На значение КИМ могут влиять внешние факторы, такие как волантильность спроса, появление новых конкурентов, форс-мажорные обстоятельства. Чтобы оставаться конкурентоспособным, предприятию следует постоянно совершенствовать свою работу, улучшать и обновлять оборудование, повышать производительность труда
При организации электропроводки и крепления кабелей все чаще применяются специальные средства, которые позволяют улучшить качество и…
В чём преимущества стальных сгонов и как они применяются Стальные сгоны — это один из…
Железобетонные изделия — это основа, на которой держатся современные здания и мосты, жилые кварталы и…
Модульные офисы продаж — это находка для компаний, которые ценят скорость и удобство. Компактные, мобильные…
Погрузочные рампы играют ключевую роль в бизнесе, связанном с логистикой, складами и транспортировкой товаров. Это…
Модульные здания с каждым годом привлекают все больше внимания благодаря своим преимуществам. Одним из главных…
This website uses cookies.