第四章異步動機的功率因數(shù)與無功補償

1、第四章異步電動機的功率因數(shù)與無功補償4-1異步電動機的功率因數(shù)與無功功率的經(jīng)濟當量4-2電動機無功補償?shù)姆诸?-3電動機就地補償?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟效益4-4繞線型感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子進相器4-1異步電動機的功率因數(shù)與無功功率的經(jīng)濟當量工礦企業(yè)消耗的無功功率異步電動機約占70%。不少電動機負載率很低，經(jīng)常處在輕載或空載運行，功率因數(shù)普遍不高。負載率愈低，則功率因數(shù)愈低，無功功率相對于有功功率的百分比更為顯著地浪費電能。因此對于異步電動機采用就地?zé)o功補償以提高功率因數(shù)、節(jié)約電能，減少運行費用以及提高電能質(zhì)量具有重要的意義。用戶功率因數(shù)的高低，直接關(guān)系到電網(wǎng)中的功率損耗和電能損耗，關(guān)系到供電線路的電壓損失和電壓

2、波動，而且關(guān)系到節(jié)約用電和整個供電區(qū)域的供電質(zhì)量。但在實際電力系統(tǒng)中異步電動機作為傳統(tǒng)的主要負荷使電網(wǎng)產(chǎn)生感性無功電流，這些無功電流都導(dǎo)致電網(wǎng)中產(chǎn)生大量的無功功率。在無功功率傳遞過程中會消耗大量的有功功率率，由于安裝了無功補償容量，減少了無功功率傳輸而降低的有功功率損耗值與無功功率減少值的比值，即輸送的無功功率減少1kvar（或增加1kvar無功補償容量）時所減少的有功功率損耗值就是無功功率的經(jīng)濟當量。線路的有功功率損耗值為：PlS2R103p2q2u2P2pR103U2u2R10Q：R10u2PlpPlq安裝無功補償容量Qbch后，有功功率損耗值為:Pl幕R103(QQbch)2u2R10減

3、少的有功功率損耗為:PPlPLQbch(2QQbch)u2R10丄(2QQbch)R103Cbch無功補償?shù)慕?jīng)濟當量為:QbchU22(2QQQch)r103QU2其中Cy為無功功率通過線路時引起的有功功率損耗的單位損耗值；Qbch/Q為無功功率的相對降低值，稱為補償度。當補償度很低，即QbchQ時，Cbch=Cy說明補償容量越大，對減小有功損耗的作用越小，并非補償容量越大越經(jīng)濟。補償容量的大小需通過技術(shù)經(jīng)濟比較來確定。4-2電動機無功補償?shù)姆诸惥蜔o功補償原則方案來講，電動機的無功補償屬于末端補償，通常又稱為就地補償。從安裝位置和被補償電動機參數(shù)的角度來講，其又可分為單機就地補償和分散（組）就

4、地補償。單臺電動機就地補償，是將補償電容器安裝在電動機附近，且單一給該臺電動機進行無功補償。分散（組）就地補償，是將補償電容器安裝在多臺電動機組附近，對多臺電動機進行無功補償，如接在車間動力箱出線側(cè)母線上。這里講的分散（組）是相對于總配電房的集中補償而言。對不需要頻繁操作的電容器可用空氣斷路器操作，而對于需要經(jīng)常操作的并聯(lián)電容器，可用專用交流接觸器操作。單機就地補償主要適合用于年運行時間較長的電動機。在實際工作中，綜合考慮技術(shù)和經(jīng)濟等各種因素，不可一概而論，而應(yīng)和分散（組）補償及集中補償?shù)钠渌绞较嗯浜?，以取得最佳的?jīng)濟效益。采用電容器補償電動機無功功率，以中小型電動機為主要對象?？紤]到節(jié)能（

5、節(jié)約）的實際效益，對年利用小時數(shù)很小的，經(jīng)常停用的中小型電動機一般不采用就地補償方式。另外，為了降低補償技術(shù)的復(fù)雜性，對高速電動機，經(jīng)常反復(fù)開停的、點動、堵轉(zhuǎn)電動機（電梯及吊車用電動機）、雙向轉(zhuǎn)動或反接制動的電動機以及高壓大容量電動機，也都不考慮采用就地補償。對于繞線型感應(yīng)電動機可以采用轉(zhuǎn)子進相器補償，或者進行同步化改造。也可以米用電容器就地補償方式4-3電動機就地補償?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟效益1最佳電容器安裝容量在已安裝kvar容量無功補償電容器的基礎(chǔ)上，增加1kvar容量所帶來的經(jīng)濟效益，恰好等于增加這1kvar容量的成本，則原已安裝的kvar容量就是最佳容量。2. 按被補償電動機空載電流計算補償容量

6、先按異步電動機空載電流占額定電流的百分數(shù)值計算空載電流，再按空載電流計算補償容量。針對不同的機械負荷、容量、不同的工作制式，補償容量往往是不一樣的，如長期穩(wěn)定運行的風(fēng)機類負荷的電動機補償容量計算公式QQ0$5譏宀打K前心式中0.95修正系數(shù)；Kdu一電動機端電壓正常變化系數(shù)，取值為0.81-1；K創(chuàng)電源頻率變化系數(shù)，取值為0.98-1.02。如電動機容量在7.35kW以下時補償容量計算公式Q0.68Pn電動機容量大于7.35kW時補償容量計算公式對于頻繁起停的電動機，補償容量計算比較復(fù)雜。一般以測試統(tǒng)計為準，也有采用動態(tài)補償方式的案例總之，就地補償應(yīng)全面掌握電動機的銘牌參數(shù)、負荷性質(zhì)、負載水平

7、、運行操作情況及安裝位置，選擇出合適的計算方法進行計算對求得的初步容量進行技術(shù)分析，對照并聯(lián)電容器規(guī)格再確定最終安裝容量。3. 電動機無功補償必須注意的技術(shù)問題1、防止產(chǎn)生自勵磁為防止被補償電動機產(chǎn)生自勵磁的情況發(fā)生，就地補償?shù)碾娙萜魅萘窟x用應(yīng)盡量不過補。2、防止產(chǎn)生諧振在無功補償容量配置上.應(yīng)該防止RLC電路發(fā)生諧振。一般可以用調(diào)整電容器容量的辦法避免諧振發(fā)生。為進一步避免進行無功補償時發(fā)生并聯(lián)諧振。在電容器組接入電網(wǎng)時，應(yīng)校核產(chǎn)生并聯(lián)諧振條件的臨界容量。加裝串聯(lián)電抗器亦可防止諧振產(chǎn)生。3、防止過電壓電動機采用無功就地補償后，將會引起電容器安裝處的電壓升高，當補償容量過大時，電網(wǎng)電壓升高較多

8、，甚至達到不能允許的程度。國家標準規(guī)定，并聯(lián)電容器工頻長期過電壓值最多不超過1.1倍額定電壓。4、防止維持電壓時間過長對于需自動投切的電動機，或可逆運行的電動機，從正轉(zhuǎn)狀態(tài)到反轉(zhuǎn)狀態(tài)的過渡時間內(nèi)，電容器的端電壓必須降到額定峰值（初始值）電壓的10以下，否則由于自勵磁的增加，電動機的端電壓將升高到不能允許的程度。當采用自動投切時，投、切時間間隔的時限t應(yīng)大于或等于電容放電時間。5、限制投切涌流。4-4繞線型感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子進相器一、概述一種是帶整流子的旋轉(zhuǎn)式進相器，一種是智能化轉(zhuǎn)子靜止進相器，兩者工作原理是一樣的，但后者是用于取代前者感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)進相器的新型進相裝置。它克服了旋轉(zhuǎn)進相器“整流子”結(jié)

9、構(gòu)特別怕塵埃、使用壽命短、維修頻繁、費用高、規(guī)格少、難以與電動機達到最佳匹配等缺點，是一種用于提高大中型繞線式異步電動機功率因數(shù)的新型無功功率補償設(shè)備。它可使異步電動機的功率因數(shù)提高到接近于1，使電機定子電流減少20%左右。其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的電容補償和旋轉(zhuǎn)式進相器。電機定子側(cè)并聯(lián)電容器補償，只是在電機之外的電網(wǎng)上對電機的無功功率進行補償，無法改善電機本身的運行狀態(tài)。而在電機轉(zhuǎn)子側(cè)串接進相器進相之后，電機定子側(cè)的電流可大幅度下降，功率因數(shù)顯著提高，電機溫升降低，效率和過載能力也相應(yīng)提高。因此進相器補償與電機定子側(cè)并聯(lián)電容器就地補償有本質(zhì)的區(qū)別。靜止式進相器是九十年代機電一體化的產(chǎn)物，采用交流變頻和

10、微機控制技術(shù)開發(fā)而成，具有參數(shù)調(diào)節(jié)容易，不怕塵埃，使用壽命長，維護方便，費用低，沒有轉(zhuǎn)動的部件，沒有換向器，不會產(chǎn)生火花，不怕灰塵，而且?guī)в凶栽\斷和自修復(fù)等智能化技術(shù)，安全可靠等特點。還具有效率高，使用壽命長，維護方便，能適用于惡劣環(huán)境等一系列優(yōu)點?？蛇m配所有高低壓三相繞線式異步電動機，適用于水泥、冶金、軋鋼、造紙、制藥、化工、礦山等行業(yè)，能顯著降低電動機和電力線路上損耗，節(jié)約電能，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量，降低電動機溫升，具有明顯經(jīng)濟效益和社會效益。二、工作原理本裝置的接線如圖1：圖1:智能化靜止進相器系統(tǒng)圖智能化靜止進相器通過檢測電機轉(zhuǎn)子回路電流的變化，經(jīng)過控制器的智能化處理，能自動跟蹤電機轉(zhuǎn)速的

11、變化，控制變頻器把50Hz的交流市電轉(zhuǎn)變成與異步電動機的轉(zhuǎn)子電流頻率相同的電勢EF,施加到繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組上，以改變電機的轉(zhuǎn)子和定子電流的相位。使異步電動機的功率因數(shù)cos明顯提高（如圖2所示），從電網(wǎng)吸取的無功功率大大減少，定子電流大幅度降低。AX111于/1n/f/|辛一rH/一-U13/r-a.不接進相器b.接入進相器圖2:異步電動機電流相量圖三、補償特性智能化靜止進相器的補償特性如圖3示：隨著補償電壓的逐步升高，定子側(cè)的無功功率逐漸減小，功率因數(shù)逐步上升，定子電流逐漸減小。當補償電壓高到一定值后，定子側(cè)的無功功率減小到接近于零，功率因數(shù)上升到近似于1,而電機的輸出功率維持不變。u補苓電圖3:智能化靜止進相器補償特性四、技術(shù)特點1、結(jié)構(gòu)形式為無觸點，參數(shù)容易調(diào)節(jié)，因而不怕灰塵，很容易與電動機達到最佳配合，克服了旋轉(zhuǎn)式進相器的兩大缺點；2、能使電動機功率因數(shù)提高到0.95以上，降低定子電流1520%左右,即能有效地減少電