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異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功就地補(bǔ)償原理

發(fā)布時(shí)間：2017-04-21

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發(fā)布人：未知

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　　異步電動(dòng)機(jī)廣泛使用于農(nóng)村及中小工礦企業(yè)。為提高功率因數(shù)，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)就地無(wú)功補(bǔ)償是一種投資少、收效快、高效可靠的節(jié)能措施。本文介紹了就地補(bǔ)償的相關(guān)計(jì)算方法和實(shí)例，認(rèn)為并聯(lián)補(bǔ)償電容器原理簡(jiǎn)單、使用方便、可以保證電壓合格率和合理的功率因素，適于廣大農(nóng)村和中小工礦企業(yè)大力推廣。

　　1 概述

　　異步電動(dòng)機(jī)使用廣泛，在農(nóng)村及工礦企業(yè)中所占的比重較大。異步電動(dòng)機(jī)多為感性負(fù)

　　載，因此其功率因素總小于1，是電網(wǎng)的主要無(wú)功負(fù)荷。由于無(wú)功功率的存在，增加了電網(wǎng)的視在功率，降低了電網(wǎng)的功率因數(shù)。在大中型工礦企業(yè)大都裝有集中無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)提高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)線(xiàn)損，保證電壓水平；但在農(nóng)村及小型工礦企業(yè)，電動(dòng)機(jī)用量大且較分散，集中補(bǔ)償難度大且不能達(dá)到理想的效果。特別是在用電緊張期，錯(cuò)峰用電時(shí)還要自發(fā)電，自發(fā)電時(shí)由于柴油機(jī)功率相對(duì)偏小，網(wǎng)絡(luò)已趨于過(guò)載，因此有賴(lài)于功率因數(shù)的提高，減少輸送的無(wú)功電流，使系統(tǒng)不致于過(guò)載運(yùn)行，從而充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

　　2 三相低壓異步電動(dòng)機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)姆治?/div>

　　2.1 提高設(shè)備利用率

　　在設(shè)備容量不變的條件下，提高功率因素，可少送無(wú)功功率而多送有功功率。可多送的有功功率：ΔP=S（COSφ2-COSφ1 ）；式中COSφ1和COSφ2分別為補(bǔ)償前后功率因數(shù)，S為供電設(shè)備容量。

　　對(duì)于原有供電設(shè)備來(lái)講，特別是變壓器和柴油發(fā)電機(jī)都是依據(jù)幾年前的用電量選購(gòu)的，隨著用電量的增加，原網(wǎng)絡(luò)已趨于飽和。在同樣有功功率下，功率因數(shù)的提高，發(fā)電機(jī)就可少發(fā)無(wú)功功率，多發(fā)有功功率，并使負(fù)荷電流減少。因此向負(fù)荷傳送功率所經(jīng)過(guò)的變壓器、開(kāi)關(guān)和導(dǎo)線(xiàn)等供配電設(shè)備都增加了功率儲(chǔ)備，從而滿(mǎn)足了負(fù)荷增長(zhǎng)的需要。

　　2.2 減少輸電線(xiàn)路損耗

　　設(shè)異步電動(dòng)機(jī)在補(bǔ)償前后向電網(wǎng)吸收的有功功率P和電網(wǎng)電壓U為定值，補(bǔ)償前后輸電線(xiàn)路電流分別為I1、I2，功率因數(shù)角分別為φ1、φ2，則有：

　　P=UI1COSφ1=U I2COSφ2

　　設(shè)R為系統(tǒng)總電阻，COSφ1和COSφ2為補(bǔ)償前后功率因數(shù)，ΔP1和ΔP2為補(bǔ)償前后線(xiàn)路損耗，則線(xiàn)路損耗的減少量ΔP可通過(guò)下式計(jì)算：

　　ΔP1=I12R

　　ΔP2=I22R=I12（COSφ1/ COSφ2 ）2R

　　ΔP=ΔP2-ΔP1=I12R-I22R=I12 [1-（COSφ1/ COSφ2 ）2 ]R

　　這樣線(xiàn)損減少的百分?jǐn)?shù)為：ΔP/ΔP1= [1-（COSφ1/ COSφ2 ）2 ]×100% （1）

　　當(dāng)功率因數(shù)從0.70～0.85提高到0.95時(shí)，由(1)式可求得有功線(xiàn)路損耗將降低20%～45%。

　　2.3 改善電壓質(zhì)量

　　以線(xiàn)路末端只有一個(gè)集中負(fù)荷為例定量說(shuō)明提高功率因素對(duì)電壓質(zhì)量的改善，假設(shè)線(xiàn)路電阻R、電抗為X、有功功率為P、無(wú)功功率為Q，則電壓損失ΔU為：

　　ΔU=（PR+QX）/U （2）

　　從(2)式可以看出，若減少無(wú)功功率Q，則ΔU減小，即有利于線(xiàn)路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。因此，無(wú)功補(bǔ)償能改善電壓質(zhì)量。但只追求改善電壓質(zhì)量來(lái)裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟(jì)的，對(duì)于無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)、減少線(xiàn)損，電壓質(zhì)量只是一個(gè)附帶作用。

　　3無(wú)功功率補(bǔ)償容量及電容器的選擇

　　3.1無(wú)功功率補(bǔ)償容量的選擇

　　無(wú)功功率補(bǔ)償容量的計(jì)算方法較多，由于農(nóng)村和工礦企業(yè)用戶(hù)的電機(jī)大部分是幾十千瓦以?xún)?nèi)的中小容量的異步電動(dòng)機(jī)，其Io / Ie（即空載電流與額定電流之比）較高，可采用下述簡(jiǎn)單公式計(jì)算：

　　QC= 3 KUIo （3）

　　式中：QC為補(bǔ)償電容器容量，K為空載時(shí)要達(dá)到的功率因素，Io為空載電流。

　　實(shí)際中，一般把電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的功率因素補(bǔ)償?shù)浇咏?，這是因?yàn)榭蛰d時(shí)電動(dòng)機(jī)消耗的無(wú)功功率小，補(bǔ)償后滿(mǎn)載時(shí)功率因素仍滯后；若以額定負(fù)載下功率因素補(bǔ)償?shù)?,則空載或輕載時(shí)電動(dòng)機(jī)必然要過(guò)補(bǔ)償，這樣既影響電壓，又會(huì)使電動(dòng)機(jī)在斷電后由于電容的放電供給電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流，使仍在旋轉(zhuǎn)著的電動(dòng)機(jī)成為異步發(fā)電機(jī)，從而使電壓超過(guò)額定電壓，對(duì)電動(dòng)機(jī)的絕緣和電容器都不利。采用公式（3）計(jì)算的補(bǔ)償容量不會(huì)產(chǎn)生過(guò)度補(bǔ)償問(wèn)題。

　　在無(wú)功補(bǔ)償時(shí)還須注意電動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生高次諧波，用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，有可能會(huì)產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象，所以對(duì)于容易形成諧波源的線(xiàn)路應(yīng)考慮增設(shè)電抗器等，使諧波影響不致造成電容器損壞。

　　3.2 無(wú)功功率補(bǔ)償電容器的選擇

　　三相低壓異步電動(dòng)機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償電容器可選用低壓自愈式金屬化膜電容器，該電容器以金屬化聚丙烯薄膜作電極和介質(zhì)，具有自愈性，并有重量輕、體積小、損耗低以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。考慮到電壓的波動(dòng)，加上無(wú)功補(bǔ)償后電壓要相應(yīng)提高，電容器的額定電壓宜選用常規(guī)的400V產(chǎn)品。但要求電容器接線(xiàn)端子、引線(xiàn)等帶電體不能外露，以保安全。

　　4 無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)用舉例

　　一臺(tái)Y250M-4三相異步電動(dòng)機(jī)額定電壓380V，額定電流Ie為102.5A，額定功率因素COSφe為0.81，額定輸出功率為55kW，三角形接法；空載電流Io為56.9A，空載功率因素COSφ0為0.17。

　　圖 1為電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償電路圖。由于異步電動(dòng)機(jī)本身就是很好的放電線(xiàn)圈，所以在異步電動(dòng)機(jī)外加電源電壓失去時(shí)，三相低壓異步電動(dòng)機(jī)無(wú)功補(bǔ)償電容器可以向異步電動(dòng)機(jī)放電，使電容器端電壓很快下降到零，在重新起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓。因此，須在電機(jī)接線(xiàn)盒輸入端子前并聯(lián)電容，異步電動(dòng)機(jī)與電容器并聯(lián)之間不能加裝熔斷器保護(hù)或開(kāi)關(guān)，異步電動(dòng)機(jī)與電容器應(yīng)同時(shí)投入或斷開(kāi)。

　　電容量的計(jì)算。根據(jù)公式（3），要使電動(dòng)機(jī)的功率因素提高到0.95，則無(wú)功電容補(bǔ)償量為：

　　QC= 3 KUIo=1.732×0.95×380×56.9=36（kvar）

　　(1) 補(bǔ)償后空載時(shí)的功率因素COSφ2：

　　由QC=P0（tgφ0- tgφ2）= 3 UIo COSφ0 （tgφ0- tgφ2）

　　即36（kvar）=1.732×380×56.9×0.17（5.8- tgφ2）

　　得tgφ2=0.145 COSφ2=0.989

　　(2)補(bǔ)償后額定功率時(shí)的功率因素COSφ2：

　　由QC=Pe（tgφe- tgφ2）= 3 UIe COSφe （tgφe- tgφ2）

　　即36（kvar）=1.732×380×102.5×0.81（0.724- tgφ2）

　　得tgφ2=0.065 COSφ2=0.998

　　所以取QC=36kvar，補(bǔ)償后空載時(shí)功率因素為0.989，額定負(fù)載時(shí)的功率因素為0.998，滿(mǎn)足了實(shí)際的要求。

　　5 結(jié) 論

　　本文討論了異步電動(dòng)機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償?shù)囊恍﹩?wèn)題，并給出了無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊恍┖?jiǎn)單可行的計(jì)算公式。

　　異步電動(dòng)機(jī)就地?zé)o功補(bǔ)償是一種投資少、收效快、高效可靠的節(jié)能措施，并聯(lián)補(bǔ)償電容器原理簡(jiǎn)單、使用方便、可以分組保證電壓合格率和合理的功率因素。適于廣大農(nóng)村和中小工礦企業(yè)大力推廣。

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