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異步電動機的無功就地補償原理

發(fā)布時間：2017-04-21

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　　異步電動機廣泛使用于農(nóng)村及中小工礦企業(yè)。為提高功率因數(shù)，對異步電動機就地無功補償是一種投資少、收效快、高效可靠的節(jié)能措施。本文介紹了就地補償的相關(guān)計算方法和實例，認為并聯(lián)補償電容器原理簡單、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

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

　　載，因此其功率因素總小于1，是電網(wǎng)的主要無功負荷。由于無功功率的存在，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)大都裝有集中無功補償裝置來提高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)線損，保證電壓水平；但在農(nóng)村及小型工礦企業(yè)，電動機用量大且較分散，集中補償難度大且不能達到理想的效果。特別是在用電緊張期，錯峰用電時還要自發(fā)電，自發(fā)電時由于柴油機功率相對偏小，網(wǎng)絡(luò)已趨于過載，因此有賴于功率因數(shù)的提高，減少輸送的無功電流，使系統(tǒng)不致于過載運行，從而充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

　　2 三相低壓異步電動機就地?zé)o功補償?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分別為補償前后功率因數(shù)，S為供電設(shè)備容量。

　　對于原有供電設(shè)備來講，特別是變壓器和柴油發(fā)電機都是依據(jù)幾年前的用電量選購的，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)電機就可少發(fā)無功功率，多發(fā)有功功率，并使負荷電流減少。因此向負荷傳送功率所經(jīng)過的變壓器、開關(guān)和導(dǎo)線等供配電設(shè)備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要。

　　2.2 減少輸電線路損耗

　　設(shè)異步電動機在補償前后向電網(wǎng)吸收的有功功率P和電網(wǎng)電壓U為定值，補償前后輸電線路電流分別為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為補償前后功率因數(shù)，ΔP1和ΔP2為補償前后線路損耗，則線路損耗的減少量ΔP可通過下式計算：

　　ΔP1=I12R

　　ΔP2=I22R=I12（COSφ1/ COSφ2 ）2R

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

　　這樣線損減少的百分?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，由(1)式可求得有功線路損耗將降低20%～45%。

　　2.3 改善電壓質(zhì)量

　　以線路末端只有一個集中負荷為例定量說明提高功率因素對電壓質(zhì)量的改善，假設(shè)線路電阻R、電抗為X、有功功率為P、無功功率為Q，則電壓損失ΔU為：

　　ΔU=（PR+QX）/U （2）

　　從(2)式可以看出，若減少無功功率Q，則ΔU減小，即有利于線路末端電壓的穩(wěn)定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質(zhì)量。但只追求改善電壓質(zhì)量來裝設(shè)電容器是很不經(jīng)濟的，對于無功補償應(yīng)用的主要目的是改善功率因數(shù)、減少線損，電壓質(zhì)量只是一個附帶作用。

　　3無功功率補償容量及電容器的選擇

　　3.1無功功率補償容量的選擇

　　無功功率補償容量的計算方法較多，由于農(nóng)村和工礦企業(yè)用戶的電機大部分是幾十千瓦以內(nèi)的中小容量的異步電動機，其Io / Ie（即空載電流與額定電流之比）較高，可采用下述簡單公式計算：

　　QC= 3 KUIo （3）

　　式中：QC為補償電容器容量，K為空載時要達到的功率因素，Io為空載電流。

　　實際中，一般把電動機空載時的功率因素補償?shù)浇咏?，這是因為空載時電動機消耗的無功功率小，補償后滿載時功率因素仍滯后；若以額定負載下功率因素補償?shù)?,則空載或輕載時電動機必然要過補償，這樣既影響電壓，又會使電動機在斷電后由于電容的放電供給電動機勵磁電流，使仍在旋轉(zhuǎn)著的電動機成為異步發(fā)電機，從而使電壓超過額定電壓，對電動機的絕緣和電容器都不利。采用公式（3）計算的補償容量不會產(chǎn)生過度補償問題。

　　在無功補償時還須注意電動機會產(chǎn)生高次諧波，用電容器進行無功補償時，有可能會產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象，所以對于容易形成諧波源的線路應(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 無功功率補償電容器的選擇

　　三相低壓異步電動機就地?zé)o功補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、損耗低以及價格低廉等優(yōu)點。考慮到電壓的波動，加上無功補償后電壓要相應(yīng)提高，電容器的額定電壓宜選用常規(guī)的400V產(chǎn)品。但要求電容器接線端子、引線等帶電體不能外露，以保安全。

　　4 無功補償應(yīng)用舉例

　　一臺Y250M-4三相異步電動機額定電壓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為電動機就地補償電路圖。由于異步電動機本身就是很好的放電線圈，所以在異步電動機外加電源電壓失去時，三相低壓異步電動機無功補償電容器可以向異步電動機放電，使電容器端電壓很快下降到零，在重新起動電動機時，就不會出現(xiàn)過電壓。因此，須在電機接線盒輸入端子前并聯(lián)電容，異步電動機與電容器并聯(lián)之間不能加裝熔斷器保護或開關(guān)，異步電動機與電容器應(yīng)同時投入或斷開。

　　電容量的計算。根據(jù)公式（3），要使電動機的功率因素提高到0.95，則無功電容補償量為：

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

　　(1) 補償后空載時的功率因素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)補償后額定功率時的功率因素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，補償后空載時功率因素為0.989，額定負載時的功率因素為0.998，滿足了實際的要求。

　　5 結(jié) 論

　　本文討論了異步電動機就地?zé)o功補償?shù)囊恍﹩栴}，并給出了無功補償?shù)囊恍┖唵慰尚械挠嬎愎健?/div>

　　異步電動機就地?zé)o功補償是一種投資少、收效快、高效可靠的節(jié)能措施，并聯(lián)補償電容器原理簡單、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。

　　源于科技，創(chuàng)新不止。襄陽源創(chuàng)電氣有限公司聯(lián)系電話：13508662630.

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