Повышение коэффициента мощности асинхронных электродвигателей

Расчет КБ индивидуальной компенсации реактивой мощности

Как известно, потребляемый асинхронным двигателем реактивный ток остается практически постоянным при различной нагрузке. Это определяет низкий коэффициент реактивной мощности (cosφ) недогруженных двигателей. Например, при изменении загрузки двигателя номинальной мощностью - Р_2ном= 45 кВт с различным числом полюсов от 25 до 100%, его коэффициент мощности - cosφ - меняется в пределах 21-43% (табл. 1, 2), а реактивная мощность компенсации для режима холостого хода составит около 90% от Р_2ном. Приближенно степень загрузки двигателя можно определить путем соотношения измеренного потребляемого им тока при номинальной нагрузке и допустимом отклонении напряжения на клеммах к значению тока, рассчитанному по каталожным параметрам.

Установка индивидуальных конденсаторных батарей (КБ), присоединяемых непосредственно к выводам трехфазного асинхронного двигателя или клеммам его магнитного пускателя (рис. 1), является эффективным способом компенсации их реактивной мощности при длительном технологическом режиме работы привода. Кроме того, в некоторых случаях установка КБ позволяет одновременно улучшить механическую характеристику двигателя за счет повышения рабочего напряжения, что достаточно важно при протяженной линии питания.

Рис. 1. Схема присоединения КБ к выводным клеммам двигателя

Повышение напряжения - ΔU (B) можно оценить по выражению: ΔU = 10^-3Q_КБX/U, где Q_КБ - мощность конденсатора, квар; Х - реактивное сопротивление сети подключения, Ом; U - междуфазное напряжение, кВ.

Таблица 1. Коэффициент мощности (сosφ) асинхронного электродвигателя мощностью Р_2ном.= 45 кВт (степень защиты IP4) в зависимости от степени загрузки Р₂/Р_2ном., %

Таблица 2. Коэффициент мощности (сosφ) асинхронного электродвигателя мощностью Р_2ном.= 45 кВт (степень защиты IP23) в зависимости от степени загрузки Р₂/Р_2ном., %

Современные асинхронные двигатели потребляют реактивный ток, в зависимости от их номинальной мощности - Р_2ном., составляющий около 20-40% от номинального, а требуемая мощность КБ будет меняться в зависимости от условий загрузки даже для асинхронных двигателей одной и той же номинальной мощности.

В качестве примера определим Q_КБ для двигателя 45 кВт (табл. 1), при различной загрузке: коррекция cosφ₂ производится до значения cosφ=0,97 по формуле Q = P(tgφ₂ - tgφ₁).

• Двигатель 4AH180M2У3, загрузка 25%, Q_КБ = 45·0,918 = 41,3 квар.
• Двигатель 4AH180M2У3, загрузка 100%, Q_КБ= 45·0,713 = 32 квар.

Таким образом, в первом случае к двигателю следует присоединить конденсатор МКК-400-D-40-21 номинальной мощностью 40 квар, а во втором - МКК-400-D-25-01 (ближайший из стандартного ряда) - использовать параллельное включение косинусных конденсаторов в данном случае нерационально.

После установки КБ ток блока "двигатель-КБ" (рис. 1) снизится. Если максимально-токовая защита двигателя расположена до точки подключения КБ (рис.  1), уставки защиты должны уменьшиться на соотношение: cosφ до компенсации/cosφ после компенсации (практически на 7-12%).

Когда в схеме автоматизированного электропривода используются дополнительные устройства (плавного пуска, регулирования скорости вращения, торможения и т.д.), а также во избежании "самовозбуждения" - повышения напряжения на обмотке статора электродвигателей приводов с высокоинерционной нагрузкой, обусловленного появлением опережающего емкостного намагничивающего тока, для коммутации КБ нужно использовать собственный контактор (рис. 2). По этой же причине (предотвращения "самовозбуждения") мощность КБ, в случае подключения по схеме рис. 1, рекомендуется ограничивать до значений, приведенных в табл. 3.

Рис. 2. Схема присоединения КБ привода через индивидуальный (собственный) контактор
Примечание. Контактор КБ включается (отключается) перед включением (отключением) контроллера.

Таблица 3. Максимальное значение мощности КБ, исключающее риск "самовозбуждения" электродвигателя при подключении на U_ном.=400 В, по схеме рис. 1 (по данным немецкой компании TDK EPCOS)