Повышение коэффициента мощности асинхронных электродвигателей

Расчет КБ индивидуальной компенсации реактивой мощности

Расчет КБ индивидуальной компенсации реактивой мощностиКак 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 - Р2ном= 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 Р2ном. 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.

магнитный пускатель
Рис. 1. Схема присоединения КБ к выводным клеммам двигателя

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

Типоразмер электродвигателя n,об/мин 25% 50% 75% 100% 125%
4А200L2У3 3000 0,71 0,85 0,89 0,90 0,90
4А200L4У3 1500 0,69 0,85 0,89 0,90 0,90
4А250S6У3 1000 0,64 0,82 0,87 0,89 0,89
4А205M8У3 750 0,49 0,71 0,80 0,84 0,84
4А280M10У3 600 0,47 0,68 0,74 0,78 0,77
4А315S12У3 500 0,43 0,64 0,72 0,75 0,75

Таблица 1. Коэффициент мощности (сosφ) асинхронного электродвигателя мощностью Р2ном.= 45 кВт (степень защиты IP4) в зависимости от степени загрузки Р22ном., %

Типоразмер электродвигателя n,об/мин 25% 50% 75% 100% 125%
4АН180М2У3 3000 0,66 0,83 0,88 0,91 0,91
4АН200М4У3 1500 0,65 0,83 0,87 0,89 0,89
4АН225М6У3 1000 0,62 0,80 0,85 0,87 0,86
4АН250S8У3 750 0,47 0,68 0,77 0,81 0,80
4АH280S10У3 500 0,5 0,70 0,77 0,81 0,79

Таблица 2. Коэффициент мощности (сosφ) асинхронного электродвигателя мощностью Р2ном.= 45 кВт (степень защиты IP23) в зависимости от степени загрузки Р22ном., %

Современные асинхронные двигатели потребляют реактивный ток, в зависимости от их номинальной мощности - Р2ном., 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 QКБ 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%, QКБ = 45·0,918 = 41,3 квар.
  • Двигатель 4AH180M2У3, загрузка 100%, QКБ= 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.

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

Номинальная мощность эл.двигателя кВт Мощность КБ при синхронной скорости 3000 об/мин Мощность КБ при синхронной скорости 1500 об/мин Мощность КБ при синхронной скорости 1000 об/мин Мощность КБ при синхронной скорости 750 об/мин Мощность КБ при синхронной скорости 500 об/мин
22 7 8 10 12 17
30 9 10 13 15 21
45 13 14,5 18 20 28
55 16 17,5 21 23 32,5
75 21 23 26 28 40
90 25 27 30 32 46
110 31 33 36 38 55
132 37 39 42 44 62
160 42 44 51 49 70

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