Коррекция коэффициента мощности асинхронных двигателей
2025-07-31
Работа асинхронного двигателя с низким коэффициентом мощности
Асинхронные двигатели находят различное применение в промышленности и бытовом оборудовании. Для работы таких машин необходимы магнитные поля, поэтому они потребляют ток намагничивания от источника. Ток намагничивания — это ток, который устанавливает поток в воздушном зазоре асинхронного двигателя, и он не зависит от нагрузки на двигатель. Обычно он составляет около 20% до 60% от тока полной нагрузки двигателя. Ток намагничивания не вносит вклад в выходную мощность двигателя, так как его роль заключается в обеспечении среды (магнитного поля), необходимой для обмена мощностью между статором и ротором по принципу индукции. Обычно асинхронные двигатели работают с низким коэффициентом мощности (приблизительно pf 0,2–0,4) при малой нагрузке или холостом ходу и при полной нагрузке (приблизительно pf 0,8–0,9). При малой нагрузке или холостом ходу из-за наличия только тока намагничивания в обмотках статора, возникает работа энергосистемы с низким коэффициентом мощности, поскольку ток намагничивания имеет высокую индуктивность.
Работа с низким коэффициентом мощности приводит к избыточной нагрузке на генераторы (увеличению потребности в кВА), а при той же выходной мощности при постоянном напряжении увеличивается значение тока, что приводит к увеличению сечения проводника и, следовательно, к дальнейшему увеличению стоимости линий электропередачи из-за чрезмерно высокого тока в проводниках передачи, увеличению потерь в меди, что приводит к низкой эффективности передачи и плохому регулированию напряжения из-за большого падения напряжения, поэтому целесообразно эксплуатировать асинхронные двигатели при полной нагрузке.
Чтобы сократить потери, вызванные работой асинхронных двигателей с низким коэффициентом мощности, особенно в трансформаторах и распределительном оборудовании, требуются средства коррекции коэффициента мощности, такие как конденсаторные батареи, синхронные преобразователи фаз и т. д. Их роль заключается в компенсации потребности асинхронных двигателей в реактивной мощности и восстановлении коэффициента мощности настолько близко к единице, насколько это экономически целесообразно.
Коррекция коэффициента мощности асинхронных двигателей
Из-за малого потребления мощности (кВт) коэффициент мощности двигателя очень низок на холостом ходу или при малой нагрузке. Реактивный ток двигателя остаётся практически постоянным при любой нагрузке, поэтому несколько ненагруженных двигателей потребляют реактивную мощность, которая, как правило, вредна для установки по причинам, изложенным в предыдущих разделах.
Поэтому существуют два общих правила: ненагруженные двигатели следует отключать, а двигатели не должны быть слишком мощными (поскольку в этом случае они будут слабо нагружены).
Батарея конденсаторов должна быть подключена непосредственно к клеммам двигателя.
Не рекомендуется компенсировать специальные двигатели (шаговые, встречные, толчковые, реверсивные и т.п.).
После применения компенсации к двигателю ток в цепи «двигатель-конденсатор» будет ниже, чем прежде, при тех же условиях нагрузки, приводимой двигателем. Это связано с тем, что значительная часть реактивной составляющей тока двигателя поступает от конденсатора, как показано на рисунке.
Как избежать самовозбуждения асинхронного двигателя
Когда двигатель приводит в движение нагрузку с высокой инерцией, двигатель продолжит вращаться (если только он не будет намеренно заторможен) после отключения питания двигателя.
«Магнитная инерция» роторной цепи означает, что в обмотках статора в течение короткого периода после выключения будет генерироваться ЭДС, которая в случае некомпенсированного двигателя обычно снижается до нуля через 1 или 2 цикла.
Однако компенсационные конденсаторы представляют собой трёхфазную реактивную нагрузку для этой затухающей ЭДС, что приводит к возникновению ёмкостных токов в обмотках статора. Эти токи статора создают вращающееся магнитное поле в роторе, действующее вдоль той же оси и в том же направлении, что и затухающее магнитное поле.
В результате поток ротора увеличивается, токи статора увеличиваются, а напряжение на клеммах двигателя возрастает, иногда до опасно высоких значений. Это явление известно как самовозбуждение и является одной из причин, по которой генераторы переменного тока обычно не работают с опережающими коэффициентами мощности, то есть существует тенденция к самопроизвольному (и неконтролируемому) самовозбуждению.
Примечания: При подключении батареи конденсаторов к клеммам асинхронного двигателя важно убедиться, что ее размер меньше того, при котором может возникнуть самовозбуждение.
Индивидуальная компенсация для двигателей среднего напряжения.
После 10кВ Конденсаторные батареи 400 квар предназначены для двигателей 10 кВ
