Коэффициент мощности двигателя асинхронного: Асинхронные двигатели — Установленные мощности нагрузки

Выбор электродвигателя и расчет его рабочих параметров

Правильность подбора электродвигателя, учитывающая специфику приводного механизма, условия работы и окружающей среды, определяет длительность безаварийной работы и надежность системы «двигатель – нагрузка».

Далее приведены рекомендации по выбору электродвигателя (последовательность, в которой они представлены, не является обязательной).

На первом этапе необходимо определиться с типом электрического двигателя. Ниже даны краткое описание, преимущества и недостатки, сферы предпочтительного применения основных типов двигателей.

Типы электрических двигателей

1. Двигатели постоянного тока

Основным преимуществом данных двигателей, которое определяло повсеместное их использование на этапе развития электрических приводов, является легкость плавного регулирования скорости в широких пределах. Поэтому с развитием полупроводниковой промышленности и появлением относительно недорогих преобразователей частоты процент их использования постоянно уменьшается. Там, где это возможно двигатели постоянного тока заменяются приводами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Основные недостатки двигателя постоянного тока (невысокая надежность, сложность обслуживания и эксплуатации) обусловлены наличием коллекторного узла. Кроме того, для питания двигателя необходим источник постоянного тока или тиристорный преобразователь переменного напряжения в постоянное. При всех своих недостатках двигатели постоянного тока обладают высоким пусковым моментом и большой перегрузочной способностью. Что определило их использование в металлургической промышленности, станкостроении и на электротранспорте.

2. Синхронные двигатели

Основным преимуществом данных двигателей является то, что они могут работать с коэффициентом мощности cosφ=1, а в режиме перевозбуждения даже отдавать реактивную мощность в сеть, что благоприятно сказывается на характеристиках сети: увеличивается ее коэффициент мощности, уменьшаются потери и падение напряжения. Кроме того, синхронные двигатели устойчивы к колебаниям сети. Максимальный момент синхронного двигателя пропорционален напряжению, при этом момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения. Следовательно, при снижении напряжения синхронный двигатель сохраняет большую перегрузочную способность, а возможность форсировки возбуждения увеличивает надежность их работы при аварийных понижениях напряжения. Больший воздушный зазор по сравнению с асинхронным двигателем и применение постоянных магнитов делает КПД синхронных двигателей выше. Их особенностью также является постоянство скорости вращения при изменении момента нагрузки на валу.

При всех достоинствах синхронного двигателя основными недостатками, ограничивающими их применение являются сложность конструкции, наличие возбудителя, высокая цена, сложность пуска. Поэтому синхронные двигатели преимущественно используются при мощностях свыше 100 кВт.

Основное применение – насосы, компрессоры, вентиляторы, двигатель-генераторные установки.

3. Асинхронные двигатели

По конструктивному принципу асинхронные двигатели подразделяются на двигатели с короткозамкнутым и фазным ротором. При этом большинство используемых электродвигателей являются асинхронными с короткозамкнутым ротором. Столь широкое применение обусловлено простотой их конструкции, обслуживания и эксплуатации, высокой надежностью, относительно низкой стоимостью. Недостатками таких двигателей являются большой пусковой ток, относительно малый пусковой момент, чувствительность к изменениям параметров сети, а для плавного регулирования скорости необходим преобразователь частоты. Кроме того, асинхронные двигатели потребляют реактивную мощность из сети. Предел применения асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором определяется мощностью системы электроснабжения конкретного предприятия, так как большие пусковые токи при малой мощности системы создают большие понижения напряжения.

Использование асинхронных двигателей с фазным ротором помогает снизить пусковой ток и существенно увеличить пусковой момент, благодаря введению в цепь ротора пусковых реостатов. Однако, ввиду усложнения их конструкции, и как следствие, увеличения стоимости их применение ограничено. Основное применение – приводы механизмов с особо тяжелыми условиями пуска. Для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть использовано устройство плавного пуска или преобразователь частоты.

В системах, где необходимо ступенчатое изменение скорости (например, лифты) используют многоскоростные асинхронные двигатели. В механизмах, требующих остановки за определенное время и фиксации вала при исчезновении напряжения питания, применяются асинхронные двигатели с электромагнитным тормозом (металлообрабатывающие станки, лебедки). Существуют также асинхронные двигатели с повышенным скольжением, которые предназначены для работы в повторно-кратковременных режимах, а также режимах с пульсирующей нагрузкой.

После того, как определен тип электродвигателя, полностью учитывающий специфику рабочего механизма и условия работы, необходимо определиться с рабочими параметрами двигателя: мощностью, номинальным и пусковым моментами, номинальными напряжением и током, режимом работы, коэффициентом мощности, классом энергоэффективности.

Мощность и моменты

В общем случае для квалифицированного подбора электродвигателя должна быть известна нагрузочная диаграмма механизма. Однако, в случае постоянной или слабо меняющейся нагрузки без регулирования скорости достаточно рассчитать требуемую мощность по теоретическим или эмпирическим формулам, зная рабочие параметры нагрузки. Ниже приведены формулы для расчета мощности двигателя P₂ [кВт] некоторых механизмов.

1. Вентилятор

где Q [м³/с] – производительность вентилятора,

Н [Па] – давление на выходе вентилятора,

η_вент, η_пер – КПД вентилятора и передаточного механизма соответственно,

k_з – коэффициент запаса.

2. Насос

где Q [м³/с] – производительность насоса,

g=9,8 м/с² – ускорение свободного падения,

H [м] – расчетная высота подъема,

ρ [кг/м³] – плотность перекачиваемой жидкости,

η_нас, η_пер – КПД насоса и передаточного механизма соответственно,

k_з – коэффициент запаса.

3. Поршневой компрессор

где Q [м³/с] – производительность компрессора,

А [Дж/м³] – работа изотермического и адиабатического сжатия атмосферного воздуха объемом 1 м³ давлением 1,1·10⁵ Па до требуемого давления,

η_компр, η_пер – КПД компрессора и передаточного механизма соответственно,

k_з – коэффициент запаса.

Кроме того, необходимо сопоставить пусковой момент двигателя (особенно в случае асинхронного с короткозамкнутым ротором) и рабочего механизма, так как некоторые механизмы имеют повышенное сопротивление в момент трогания. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что при замене трехфазного асинхронного двигателя на однофазный пусковой момент последнего почти в три раза меньше и механизм, успешно функционировавший ранее, может не тронуться с места.

Развиваемый электродвигателем момент M [Нм] и полезная мощность на валу Р₂ [кВт] связаны следующим соотношением

Полная мощность, потребляемая из сети:

для двигателей постоянного тока (она же активная)

для двигателей переменного тока

при этом потребляемые активная и реактивная мощности соответственно

В случае синхронного двигателя значение Q₁ может получиться отрицательным, это означает, что двигатель отдает реактивную мощность в сеть.

Важно отметить следующее. Не следует выбирать двигатель с большим запасом по мощности, так как это приведет к снижению его КПД, а в случае двигателя переменного тока также к снижению коэффициента мощности.

Напряжение и ток

При выборе напряжения электродвигателя необходимо учитывать возможности системы энергоснабжения предприятия. При этом нецелесообразно при больших мощностях выбирать двигатель с низким напряжением, так как это приведет к неоправданному удорожанию не только двигателя, но и питающих проводов и коммутационной аппаратуры вследствие увеличения расхода меди.

Если при трогании момент сопротивления нагрузки невелик и для уменьшения пусковых токов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть применен способ пуска с переключением со «звезды» на «треугольник», необходимо предусмотреть вывод в клеммную коробку всех шести зажимов обмотки статора. В общем случае применение схемы соединения «звезда» является предпочтительным, так как в схеме «треугольник» имеется контур для протекания токов нулевой последовательности, которые приводят к нагреву обмотки и снижению КПД двигателя, в соединении «звезда» такой контур отсутствует.

Режим работы

Нагрузка электродвигателя в процессе работы может изменяться различным образом. ГОСТом предусмотрены восемь режимов работы.

1. Продолжительный S1 – режим работы при постоянной нагрузке в течение времени, за которое температура двигателя достигает установившегося значения. Мощность двигателя, работающего в данном режиме, рассчитывается исходя из потребляемой механизмом мощности. Формулы расчета мощности некоторых механизмов (насос, вентилятор, компрессор) приведены выше.
2. Кратковременный S2 – режим, при котором за время включения на постоянную нагрузку температура двигателя не успевает достичь установившегося значения, а за время отключения двигатель охлаждается до температуры окружающей среды. В случае использования двигателя S1 для работы в режиме S2 необходимо проверить его только по перегрузочной способности, так как температура не успевает достичь допустимого значения.
3. Повторно-кратковременный S3 – режим с периодическим отключением двигателя, при котором за время включения температура не успевает достичь установившегося значения, а за время отключения – температуры окружающей среды. Расчет мощности электродвигателя обычного исполнения для работы в режиме S3 производится по методам эквивалентных величин с учетом пауз и потерь в переходных режимах. Кроме того, двигатель необходимо проверить на допустимое число включений в час. В случае большого числа включений в час рекомендуется использовать двигатели с повышенным скольжением. Данные электродвигатели обладают повышенным сопротивлением обмотки ротора, а, следовательно, меньшими пусковыми и тормозными потерями.
4. Повторно-кратковременный с частыми пусками S4 и повторно-кратковременный с частыми пусками и электрическим торможением S5. Данные режимы рассматриваются аналогично режиму S3.
5. Перемежающийся S6 – режим, при котором работа двигателя под нагрузкой, периодически заменяется работой на холостом ходу. Большинство двигателей, работающих в продолжительном режиме, имеют меняющийся график нагрузки.

При этом для обоснованного выбора двигателя с целью оптимального его использования рекомендуется применять методы эквивалентных величин.

Класс энергоэффективности

В настоящее время вопросам энергоэффективности уделяется огромное внимание. При этом под энергоэффективностью понимается рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне мощности нагрузки. Основным показателем энергоэффективности двигателя является его коэффициент полезного действия

где Р₂ – полезная мощность на валу, Р₁ – потребляемая активная мощность из сети.

Стандартом IEC 60034-30 для асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором были установлены три класса энергоэффективности: IE1, IE2, IE3.

Рис. 1. Классы энергоэффективности

Так, например, использование двигателя мощностью 55 кВт повышенного класса энергоэффективности позволяет сэкономить около 8000 кВт в год от одного двигателя.

Степень защиты IP, виды климатических условий и категорий размещения

ГОСТ Р МЭК 60034-5 – 2007 устанавливает классификацию степеней защиты, обеспечиваемых оболочками машин.

Обозначение степени защиты состоит из букв латинского алфавита IP и последующих двух цифр (например, IP55).

Большинство электродвигателей, выпускаемых в настоящее время, имеют степени защиты IP54 и IP55.

Категория размещения обозначается цифрой:

1 – на открытом воздухе;

2 – под навесом при отсутствии прямого солнечного воздействия и атмосферных осадков;

3 – в закрытых помещениях без искусственного регулирования климатических условий;

4 – в закрытых помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями.

Климатические условия:

У – умеренный климат;

УХЛ – умеренно холодный климат;

ХЛ – холодный климат;

Т – тропический климат.

Таким образом, при выборе электродвигателя необходимо учитывать условия окружающей среды (температура, влажность), а также необходимость защиты двигателя от воздействия инородных предметов и воды.

Например, использование электродвигателя с типом климатического исполнения и категорией размещения У3 на открытом воздухе является недопустимым.

Усилия, действующие на вал двигателя со стороны нагрузки

Наиболее нагруженными в двигателе являются подшипниковые узлы. Поэтому при выборе двигателя должны быть учтены радиальные и осевые усилия, действующие на рабочий конец вала двигателя со стороны нагрузки. Превышения допустимых значений сил приводит к ускоренному выходу из строя не только подшипников, но и всего двигателя (например, задевание ротора о статор).

Обычно допустимые значения сил для каждого подшипника приведены в каталогах. Рекомендуется в случае повышенных радиальных усилий (ременная передача) на рабочий конец вала установить роликовый подшипник, при этом предпочтительным является двигатель с чугунными подшипниковыми щитами.

Особенности конструкции двигателя при работе от преобразователя частоты

В настоящее время все большее распространение приобретает использование частотно-регулируемого привода (ЧРП), выполненного на основе асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором.

При использовании частотно-регулируемого привода достигается:

1. экономия электроэнергии;

2. плавность пуска и снижение пусковых токов;

3. увеличение срока службы двигателя.

В общем случае стандартный электродвигатель нельзя использовать в составе частотно-регулируемого привода, так как при уменьшении скорости вращения снижается эффективность охлаждения. При регулировании скорости вверх от номинальной резко увеличивается нагрузка от собственного вентилятора. В обоих случаях уменьшается нагрузочная способность двигателя. Кроме того, в случае использования двигателя в системах точного регулирования необходим датчик положения ротора двигателя.

При работе электродвигателя от преобразователя частоты в контуре вал – фундаментная плита могут протекать токи. При этом возникает точечная эрозия на шариках и роликах, на беговых кольцах подшипников качения, а также на баббитовой поверхности подшипников скольжения. От электролиза смазка чернеет, подшипники греются. Для разрыва контура прохождения подшипниковых токов на неприводной конец вала устанавливается изолированный подшипник. При этом по условиям безопасности установка изолированных подшипников с двух сторон двигателя не допустима.

Величина подшипниковых токов становится опасной для безаварийной работы двигателя при напряжении между противоположными концами вала более 0,5 В. Поэтому установка изолированного подшипника обычно требуется для электродвигателей с высотой оси вращения более 280 мм.

 Примечание

Необходимо отметить, что в случае отклонения условий эксплуатации двигателя (например, температуры окружающей среды или высоты над уровнем моря), мощность нагрузки должна быть изменена. Кроме того, при снижении мощности нагрузки в определенные моменты времени для рационального использования двигателя может быть изменена схема соединения обмотки, а, следовательно, и фазное напряжение.

Популярные товары

Шины медные плетеные

Шины изолированные гибкие и твердые

Шинодержатели

Изоляторы

Индикаторы наличия напряжения

Как рассчитать потребляемую мощность двигателя

В этой статье мы разберем, что такое мощность трехфазного асинхронного двигателя и как ее рассчитать.

Понятие мощности электродвигателя

Мощность – пожалуй, самый важный параметр при выборе электродвигателя. Традиционно она указывается в киловаттах (кВт), у импортных моделей – в киловаттах и лошадиных силах (л.с., HP, Horse Power). Для справки: 1 л.с. приблизительно равна 0,75 кВт.

На шильдике двигателя указана номинальная полезная (отдаваемая механическая) мощность. Это та мощность, которую двигатель может отдавать механической нагрузке с заявленными параметрами без перегрева. В формулах номинальная механическая мощность обозначается через Р₂.

Электрическая (потребляемая) мощность двигателя Р₁ всегда больше отдаваемой Р₂, поскольку в любом устройстве преобразования энергии существуют потери. Основные потери в электродвигателе – механические, обусловленные трением. Как известно из курса физики, потери в любом устройстве определяются через КПД (ƞ), который всегда менее 100%. В данном случае справедлива формула:

Р₂ = Р₁ · ƞ

КПД в двигателях зависит от номинальной мощности – у маломощных моделей он может быть менее 0,75, у мощных превышает 0,95. Приведенная формула справедлива для активной потребляемой мощности. Но, поскольку электродвигатель является активно-реактивной нагрузкой, для расчета полной потребляемой мощности S (с учетом реактивной составляющей) нужно учитывать реактивные потери. Реактивная составляющая выражается через коэффициент мощности (cosϕ). С её учетом формула номинальной мощности двигателя выглядит так:

Р₂ = Р₁ · ƞ = S · ƞ · cosϕ

Мощность и нагрев двигателя

Номинальная мощность обычно указывается для температуры окружающей среды 40°С и ограничена предельной температурой нагрева. Поскольку самым слабым местом в двигателе с точки зрения перегрева является изоляция, мощность ограничивается классом изоляции обмотки статора. Например, для наиболее распространенного класса изоляции F допустимый нагрев составляет 155°С при температуре окружающей среды 40°С.

В документации на электродвигатели приводятся данные, из которых видно, что номинальная мощность двигателя падает при повышении температуры окружающей среды. С другой стороны, при должном охлаждении двигатели могут длительное время работать на мощности выше номинала.

Мы рассмотрели потребляемую и отдаваемую мощности, но следует сказать, что реальная рабочая потребляемая мощность P (мощность на валу двигателя в данный момент) всегда должна быть меньше номинальной:

Р 2 1

Это необходимо для предотвращения перегрева двигателя и наличия запаса по перегрузке. Кратковременные перегрузки допустимы, но они ограничены прежде всего нагревом двигателя. Защиту двигателя по перегрузке также желательно устанавливать не по номинальному току (который прямо пропорционален мощности), а исходя из реального рабочего тока.

Современные производители в основном выпускают двигатели из ряда номиналов: 1,5, 2,2, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22 кВт и т.д.

Расчет мощности двигателя на основе измерений

На практике мощность двигателя можно рассчитать, прежде всего, исходя из рабочего тока. Ток измеряется токовыми клещами в максимальном рабочем режиме, когда рабочая мощность приближается к номинальной. При этом температура корпуса двигателя может превышать 100 °С, в зависимости от класса нагревостойкости изоляции.

Измеренный ток подставляем в формулу для расчета реальной механической мощности на валу:

Р = 1,73 · U · I · cosϕ · ƞ, где

• U – напряжение питания (380 или 220 В, в зависимости от схемы подключения – «звезда» или «треугольник»),
• I – измеренный ток,
• cosϕ и ƞ – коэффициент мощности и КПД, значения которых можно принять равными 0,8 для маломощных двигателей (менее 5,5 кВт) или 0,9 для двигателей мощностью более 15 кВт.

Если нужно найти номинальную мощность двигателя, то полученный результат округляем в бОльшую сторону до ближайшего значения из ряда номиналов.

Р₂ > Р

Если необходимо рассчитать потребляемую активную мощность, используем следующую формулу:

Р₁ = 1,73 · U · I · ƞ

Именно активную мощность измеряют счетчики электроэнергии. В промышленности для измерения реактивной (и полной мощности S) применяют дополнительное оборудование. При данном способе можно не использовать приведенную формулу, а поступить проще – если двигатель подключен в «звезду», измеренное значение тока умножаем на 2 и получаем приблизительную мощность в кВт.

Расчет мощности при помощи счетчика электроэнергии

Этот способ прост и не требует дополнительных инструментов и знаний. Достаточно подключить двигатель через счетчик (трехфазный узел учета) и узнать разницу показаний за строго определенное время. Например, при работе двигателя в течении часа разница показаний счетчика будет численно равна активной мощности двигателя (Р₁). Но чтобы получить номинальную мощность Р₂, нужно воспользоваться приведенной выше формулой.

Другие полезные материалы:
Степени защиты IP
Трехфазный двигатель в однофазной сети
Типичные неисправности электродвигателей

Почему асинхронный двигатель имеет низкий коэффициент мощности при холостом ходе

Коэффициент мощности асинхронного двигателя очень низок в диапазоне от 0,1 до 0,3, когда двигатель работает без нагрузки. Есть две составляющие тока холостого хода: намагничивание Ток (Im) и рабочий ток (Iw) или ток без потери нагрузки. Двигатель потребляет ток намагничивания для создания магнитного поля в воздушном зазоре. Ток намагничивания остается постоянным, если напряжение и частота постоянны. Ток намагничивания отстает от напряжения статора (V1) на 90 ^°. Ток намагничивания – это безваттный ток.

Ток намагничивания (Im) не зависит от нагрузки на двигатель и, практически, ток намагничивания имеет постоянное значение в асинхронном двигателе. Двигатель также потребляет ток потерь холостого хода (Iw) из-за вихревых токов и потерь на гистерезис. Потери холостого хода в асинхронном двигателе являются фиксированным типом потерь, поэтому составляющая тока потерь холостого хода (Iw) остается постоянной. Ток потери холостого хода (Iw) не зависит от нагрузки на двигатель. Таким образом, ток холостого хода (Io) равен векторной сумме тока намагничивания (Im) и рабочего тока (Iw). Векторная диаграмма тока холостого хода показана ниже.

Ток нагрузки асинхронного двигателя зависит от нагрузки на двигатель и зависит от процентной нагрузки на асинхронный двигатель. Ток нагрузки изменяется в зависимости от нагрузки на двигатель.

Когда двигатель работает без нагрузки, двигатель потребляет очень меньший ток нагрузки. Ток нагрузки потребляется для удовлетворения требований к крутящему моменту для привода ротора. Магнитодвижущая сила (МДС=NI), создаваемая в роторе, противофазна МДС, создаваемой в статоре. Векторная диаграмма двигателя без нагрузки приведена ниже.

На холостом ходу ток ротора равен I ₂ . Фазовый угол между I ₂ и индуктивным напряжением ротора E ₂ больше, поэтому коэффициент мощности цепи ротора низкий. Эквивалентная величина тока ротора отражается на стороне статора. Ток, отраженный на стороне статора, известен как относительный ток ротора. Общий ток статора двигателя равен векторной сумме приведенного тока ротора плюс ток без нагрузки. Текущий.

На холостом ходу косинус фазового угла между током статора (I ₁ ), а приложенное к статору напряжение (V ₁ ) представляет собой коэффициент мощности асинхронного двигателя. Угол между напряжением V ₁ и током I ₁ велик, когда асинхронный двигатель работает без нагрузки, поэтому коэффициент мощности двигателя составляет от 0,1 до 0,3.

Коэффициент мощности двигателя улучшается при увеличении нагрузки на двигатель. При увеличении нагрузки полное сопротивление цепи ротора снижается, и ротор потребляет меньше реактивного тока, и, таким образом, коэффициент мощности двигателя улучшается.

Рассмотрим пример улучшения коэффициента мощности ротора при увеличении нагрузки на асинхронный двигатель. Пусть сопротивление ротора равно 0,1 Ом, реактивное сопротивление ротора равно 0,672 генери, а скольжение двигателя при полной нагрузке равно 4%. Расчет коэффициента мощности ротора при различной нагрузке на двигатель производится в приведенной ниже таблице.

Из приведенной выше таблицы ясно видно, что коэффициент мощности асинхронного двигателя ниже , когда двигатель равен на холостом ходу или при небольшой нагрузке. Причиной низкого коэффициента мощности является высокое реактивное сопротивление ротора при меньшей нагрузке. Значение реактивного сопротивления ротора уменьшается с увеличением нагрузки на асинхронный двигатель.

Коэффициент мощности цепи ротора улучшается с увеличением нагрузки и, таким образом, улучшается коэффициент мощности двигателя. Векторная диаграмма индукции под нагрузкой приведена ниже.

Похожие посты:

Подпишитесь на нас и поставьте лайк:

PowerFactor-EnergyConservation

Энергосбережение является горячей темой в наши дни, и все «знают», что низкий коэффициент мощности может означать потерю электроэнергии. Много вопросов задают о коэффициенте мощности асинхронных двигателей. Некоторые конкуренты подчеркивают высокий коэффициент мощности своих двигателей. Почему бы и нет?

Асинхронные двигатели — это только один из видов электрооборудования, который снижает коэффициент мощности установки. При этом учитывается коэффициент мощности всей системы предприятия. Существуют способы корректировки низкого коэффициента мощности системы, поэтому максимальный коэффициент мощности двигателя не является жизненно важным. Коррекция коэффициента мощности системы часто является лучшим способом.

Краткий обзор теории

Истинная мощность , измеряемая в ваттах (Вт), представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением системы, которая выполняет полезную работу.

Реактивная мощность , измеренная в вольт-амперах, реактивная (ВАР) – это мощность, накапливаемая и отводимая асинхронными двигателями, трансформаторами и соленоидами, потребляющими реактивную мощность.

Полная мощность , измеряемая в вольт-амперах (ВА), представляет собой напряжение в системе переменного тока, умноженное на весь ток, протекающий в ней. Это векторная сумма активной и реактивной мощности.

Коэффициент мощности , представляет собой отношение фактической мощности, используемой в системе, к полной мощности, потребляемой от источника. Обычно выражается в процентах: Вт/ВА x 100. Косинус угла между ВА и Вт на этой векторной диаграмме ø является мерой коэффициента мощности. Чем больше ток VAR, тем ниже коэффициент мощности.

Только реальная мощность (Вт) в системе совершает полезную работу. Но утилита должна генерировать и распределять то, что действительно течет: Полная мощность (ВА). Коммунальные службы обычно измеряют только ватты, но коммунальные службы могут измерить общий коэффициент мощности предприятия, и обычно взимают штраф за тариф, если этот коэффициент мощности низкий. На предприятии система распределения электроэнергии также должна быть рассчитана на распределение и коммутацию полной мощности, а не только полезных ватт. Короче говоря, разница между полезной мощностью и полной мощностью, на которую указывает коэффициент мощности, представляет собой мощность, которая не работает, но стоит пользователю денег.

Почему не высокий коэффициент мощности двигателя?

Как показано на диаграмме, если вектор реактивной мощности короткий, коэффициент мощности будет высоким. Таким образом, может показаться, что двигатели с высоким коэффициентом мощности помогут, потому что они будут вносить меньший вклад в общий вектор реактивной мощности системы. Но… Во-первых: нагрузка двигателя может не иметь большого влияния на коэффициент мощности системы. Это верно, когда:

1. Нагрузка двигателя относительно мала по сравнению с резистивной нагрузкой (Вт) на систему предприятия, потребляемой таким оборудованием, как освещение предприятия и резистивное отопление.
2. Большая часть нагрузки асинхронных двигателей представлена ​​большими высокоскоростными двигателями. Их коэффициент мощности изначально высок, и коэффициент мощности меньшего количества небольших двигателей не будет иметь большого значения.
3. На заводе используются синхронные двигатели. Они не увеличивают вектор VAR, показанный на диаграмме, они имеют тенденцию уменьшать его.
4. Двигатели являются лишь частью индуктивной нагрузки, отвечающей за длину вектора реактивной мощности диаграммы. Практически на любом заводе есть силовые трансформаторы, вероятно, сварочные трансформаторы, возможно, электромагнитные механизмы и оборудование для индукционного нагрева. Также существует «паразитная индуктивность» в проводке установки, и теоретически эти системы проводки являются чисто резистивными нагрузками.
5. Высокий коэффициент мощности двигателя приводит к нерациональному использованию, если двигатель слишком велик для рабочей нагрузки или большую часть времени работает при пониженной нагрузке.

В описанных выше ситуациях высокий коэффициент мощности двигателя не окажет значительного влияния на общий коэффициент мощности системы. Вероятно, недостаточно, чтобы оправдать стоимость и другие недостатки двигателей, рассчитанных на максимальный коэффициент мощности.

Второй: Вы не получите такую ​​же хорошую конструкцию двигателя, сосредоточившись на высоком коэффициенте мощности. Разработчик двигателя должен учитывать ряд параметров, таких как повышение температуры, характеристики крутящего момента и КПД, а также коэффициент мощности, и он не может оптимизировать их все. Попытка разработать двигатель с высоким коэффициентом мощности и высокой эффективностью обходится дорого, а некоторые конструктивные изменения, улучшающие коэффициент мощности, такие как уменьшенный воздушный зазор, на самом деле оказывают противоположное влияние на эффективность.

Лучший способ

Независимо от того, как двигатели влияют на коэффициент мощности системы, его можно исправить, и это лучший способ. Вектор VAR на приведенной выше диаграмме представляет собой индуктивное реактивное сопротивление. Но есть еще и емкостное реактивное сопротивление, которое создает противоположный вектор VAR. Если на систему воздействуют оба вида реактивного сопротивления, они имеют тенденцию компенсировать друг друга. На приведенной ниже векторной диаграмме системы емкостная реактивная мощность почти так же велика, как индуктивная реактивная мощность, поэтому W более близко к ВА, а Вт/ВА x 100 — коэффициент мощности системы — является высоким.

Как:

Иногда вращающиеся конденсаторы используются для создания емкостного реактивного сопротивления в системе предприятия, но статические конденсаторы более распространены. Может быть, один центральный банк для корректировки всей системы завода или банк на каждом из нескольких центров нагрузки завода. Или индивидуальная установка конденсатора на каждый двигатель. Какой из этих подходов лучше всего подходит для данного предприятия, требует анализа многих переменных, и мы не можем давать общие рекомендации. Сомневающийся покупатель должен обратиться к крупным производителям конденсаторов за подробной информацией и советом специалиста.

Подводя итоги

Теперь вы понимаете, почему мы не используем самый высокий коэффициент мощности, предусмотренный в конструкции двигателя. Эффективность и другие желательные характеристики должны быть заложены в двигатель, потому что нет хорошего способа — внешнего по отношению к двигателю — добиться их эффекта. Но влияние коэффициента мощности двигателя на коэффициент мощности системы предприятия, в какой бы степени оно ни оказывалось, может быть компенсировано внешними средствами, а конденсаторы могут улучшить коэффициент мощности до 95-98%, что является большим улучшением, чем может быть реализовано в двигателе.