第四章异步动机的功率因数与无功补偿

1、第四章异步电动机的功率因数与无功补偿4-1异步电动机的功率因数与无功功率的经济当量4-2电动机无功补偿的分类4-3电动机就地补偿的技术经济效益4-4绕线型感应电动机的转子进相器4-1异步电动机的功率因数与无功功率的经济当量工矿企业消耗的无功功率异步电动机约占70%。不少电动机负载率很低，经常处在轻载或空载运行，功率因数普遍不高。负载率愈低，则功率因数愈低，无功功率相对于有功功率的百分比更为显著地浪费电能。因此对于异步电动机采用就地无功补偿以提高功率因数、节约电能，减少运行费用以及提高电能质量具有重要的意义。用户功率因数的高低，直接关系到电网中的功率损耗和电能损耗，关系到供电线路的电压损失和电压

2、波动，而且关系到节约用电和整个供电区域的供电质量。但在实际电力系统中异步电动机作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流，这些无功电流都导致电网中产生大量的无功功率。在无功功率传递过程中会消耗大量的有功功率率，由于安装了无功补偿容量，减少了无功功率传输而降低的有功功率损耗值与无功功率减少值的比值，即输送的无功功率减少1kvar（或增加1kvar无功补偿容量）时所减少的有功功率损耗值就是无功功率的经济当量。线路的有功功率损耗值为：PlS2R103p2q2u2P2pR103U2u2R10Q：R10u2PlpPlq安装无功补偿容量Qbch后，有功功率损耗值为:Pl幕R103(QQbch)2u2R10减

3、少的有功功率损耗为:PPlPLQbch(2QQbch)u2R10丄(2QQbch)R103Cbch无功补偿的经济当量为:QbchU22(2QQQch)r103QU2其中Cy为无功功率通过线路时引起的有功功率损耗的单位损耗值；Qbch/Q为无功功率的相对降低值，称为补偿度。当补偿度很低，即QbchQ时，Cbch=Cy说明补偿容量越大，对减小有功损耗的作用越小，并非补偿容量越大越经济。补偿容量的大小需通过技术经济比较来确定。4-2电动机无功补偿的分类就无功补偿原则方案来讲，电动机的无功补偿属于末端补偿，通常又称为就地补偿。从安装位置和被补偿电动机参数的角度来讲，其又可分为单机就地补偿和分散（组）就

4、地补偿。单台电动机就地补偿，是将补偿电容器安装在电动机附近，且单一给该台电动机进行无功补偿。分散（组）就地补偿，是将补偿电容器安装在多台电动机组附近，对多台电动机进行无功补偿，如接在车间动力箱出线侧母线上。这里讲的分散（组）是相对于总配电房的集中补偿而言。对不需要频繁操作的电容器可用空气断路器操作，而对于需要经常操作的并联电容器，可用专用交流接触器操作。单机就地补偿主要适合用于年运行时间较长的电动机。在实际工作中，综合考虑技术和经济等各种因素，不可一概而论，而应和分散（组）补偿及集中补偿的其他方式相配合，以取得最佳的经济效益。采用电容器补偿电动机无功功率，以中小型电动机为主要对象。考虑到节能（

5、节约）的实际效益，对年利用小时数很小的，经常停用的中小型电动机一般不采用就地补偿方式。另外，为了降低补偿技术的复杂性，对高速电动机，经常反复开停的、点动、堵转电动机（电梯及吊车用电动机）、双向转动或反接制动的电动机以及高压大容量电动机，也都不考虑采用就地补偿。对于绕线型感应电动机可以采用转子进相器补偿，或者进行同步化改造。也可以米用电容器就地补偿方式4-3电动机就地补偿的技术经济效益1最佳电容器安装容量在已安装kvar容量无功补偿电容器的基础上，增加1kvar容量所带来的经济效益，恰好等于增加这1kvar容量的成本，则原已安装的kvar容量就是最佳容量。2. 按被补偿电动机空载电流计算补偿容量

6、先按异步电动机空载电流占额定电流的百分数值计算空载电流，再按空载电流计算补偿容量。针对不同的机械负荷、容量、不同的工作制式，补偿容量往往是不一样的，如长期稳定运行的风机类负荷的电动机补偿容量计算公式QQ0$5讥宀打K前心式中0.95修正系数；Kdu一电动机端电压正常变化系数，取值为0.81-1；K创电源频率变化系数，取值为0.98-1.02。如电动机容量在7.35kW以下时补偿容量计算公式Q0.68Pn电动机容量大于7.35kW时补偿容量计算公式对于频繁起停的电动机，补偿容量计算比较复杂。一般以测试统计为准，也有采用动态补偿方式的案例总之，就地补偿应全面掌握电动机的铭牌参数、负荷性质、负载水平

7、、运行操作情况及安装位置，选择出合适的计算方法进行计算对求得的初步容量进行技术分析，对照并联电容器规格再确定最终安装容量。3. 电动机无功补偿必须注意的技术问题1、防止产生自励磁为防止被补偿电动机产生自励磁的情况发生，就地补偿的电容器容量选用应尽量不过补。2、防止产生谐振在无功补偿容量配置上.应该防止RLC电路发生谐振。一般可以用调整电容器容量的办法避免谐振发生。为进一步避免进行无功补偿时发生并联谐振。在电容器组接入电网时，应校核产生并联谐振条件的临界容量。加装串联电抗器亦可防止谐振产生。3、防止过电压电动机采用无功就地补偿后，将会引起电容器安装处的电压升高，当补偿容量过大时，电网电压升高较多

8、，甚至达到不能允许的程度。国家标准规定，并联电容器工频长期过电压值最多不超过1.1倍额定电压。4、防止维持电压时间过长对于需自动投切的电动机，或可逆运行的电动机，从正转状态到反转状态的过渡时间内，电容器的端电压必须降到额定峰值（初始值）电压的10以下，否则由于自励磁的增加，电动机的端电压将升高到不能允许的程度。当采用自动投切时，投、切时间间隔的时限t应大于或等于电容放电时间。5、限制投切涌流。4-4绕线型感应电动机的转子进相器一、概述一种是带整流子的旋转式进相器，一种是智能化转子静止进相器，两者工作原理是一样的，但后者是用于取代前者感应式旋转进相器的新型进相装置。它克服了旋转进相器“整流子”结

9、构特别怕尘埃、使用寿命短、维修频繁、费用高、规格少、难以与电动机达到最佳匹配等缺点，是一种用于提高大中型绕线式异步电动机功率因数的新型无功功率补偿设备。它可使异步电动机的功率因数提高到接近于1，使电机定子电流减少20%左右。其性能优于传统的电容补偿和旋转式进相器。电机定子侧并联电容器补偿，只是在电机之外的电网上对电机的无功功率进行补偿，无法改善电机本身的运行状态。而在电机转子侧串接进相器进相之后，电机定子侧的电流可大幅度下降，功率因数显著提高，电机温升降低，效率和过载能力也相应提高。因此进相器补偿与电机定子侧并联电容器就地补偿有本质的区别。静止式进相器是九十年代机电一体化的产物，采用交流变频和

10、微机控制技术开发而成，具有参数调节容易，不怕尘埃，使用寿命长，维护方便，费用低，没有转动的部件，没有换向器，不会产生火花，不怕灰尘，而且带有自诊断和自修复等智能化技术，安全可靠等特点。还具有效率高，使用寿命长，维护方便，能适用于恶劣环境等一系列优点。可适配所有高低压三相绕线式异步电动机，适用于水泥、冶金、轧钢、造纸、制药、化工、矿山等行业，能显著降低电动机和电力线路上损耗，节约电能，改善电网供电质量，降低电动机温升，具有明显经济效益和社会效益。二、工作原理本装置的接线如图1：图1:智能化静止进相器系统图智能化静止进相器通过检测电机转子回路电流的变化，经过控制器的智能化处理，能自动跟踪电机转速的

11、变化，控制变频器把50Hz的交流市电转变成与异步电动机的转子电流频率相同的电势EF,施加到绕线式异步电动机的转子绕组上，以改变电机的转子和定子电流的相位。使异步电动机的功率因数cos明显提高（如图2所示），从电网吸取的无功功率大大减少，定子电流大幅度降低。AX111于/1n/f/|辛一rH/一-U13/r-a.不接进相器b.接入进相器图2:异步电动机电流相量图三、补偿特性智能化静止进相器的补偿特性如图3示：随着补偿电压的逐步升高，定子侧的无功功率逐渐减小，功率因数逐步上升，定子电流逐渐减小。当补偿电压高到一定值后，定子侧的无功功率减小到接近于零，功率因数上升到近似于1,而电机的输出功率维持不变。u补苓电图3:智能化静止进相器补偿特性四、技术特点1、结构形式为无触点，参数容易调节，因而不怕灰尘，很容易与电动机达到最佳配合，克服了旋转式进相器的两大缺点；2、能使电动机功率因数提高到0.95以上，降低定子电流1520%左右,即能有效地减少电