cos φ1 = I1a/ I1 (14.42)
Потребляемая двигателем мощность (Вт)
P1 = m1U1I1a(14.43)
Электрические потери статора Рэ1 определяют по (13.2), электромагнитную мощность Рэм — по (13.6), электромагнитный момент М — по (13.11), электрические потери в роторе Рэ2 — по (13.5), добавочные потери Рдоб — по (13.7) и (13.8).
Полезная мощность двигателя (Вт)
Р2 = Рэм – Рэ2 – Рмех – Рдоб, (14.44)
где Рмех — механические потери, Вт; их определяют из опыта холостого хода (см. рис. 14.2).
Коэффициент полезного действия двигателя определяют по (13.10), частоту вращения ротора — по (10.2). Полезный момент (момент на валу) двигателя (Н
М2 = 9,55Р2/ n2. (14.45)
Результаты расчета сводят в таблицу (см. табл. 14.1), а затем строят рабочие характеристики двигателя (см. рис. 13.7).
Пример 14.1. Трехфазный асинхронный двигатель имеет паспортные данные: Рном =3,0 кВт, Uном = 220/380 В, I1ном = 6,3 А, nном = 1430 об/мин. Активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре r1 = 1,70 Ом. Характеристики х.х. двигателя приведены на рис. 14.2 (I0ном = 1,83 А, Рном= 300 Вт, Р/0ном= 283 Вт, Рмех = 200 Вт, соs φ0ном = 0,24, обмотка статора соединена звездой). Характеристики к.з. приведены на рис. 14.3 (Рк.ном = 418 Вт, Uк.ном = 59,5 В, Iк.ном = 6,3 А, cos φк.ном =0,372).
Требуется рассчитать данные и построить рабочие характеристики двигателя и определить перегрузочную его способность.
Решение. Активная и реактивная составляющие тока х.х.
I0a = I0 cos φ0ном = 1,83 • 0,24 = 0,44 А,
I0p = I0 sin φ0ном = 1,83 • 0,97 = 1,77 А.
Полное сопротивление кз. по (14.10)
zк = Uк.ном/ Iк.ном = 59,5/6,3 = 9,45 Ом,
rк = zк соs φк.ном = 9,45 • 0,372 = 3,5 Ом,
xк = 
=
=8,8 Ом.
Приведенное активное сопротивление ротора по (14.30)
r/2 = rк – r1 = 3,5 - 1,7 = 1,8 Ом.
Критическое скольжение по (14.31)
sкр = r/2/ xк = 1,8/ 8,8 = 0,20.
Номинальное скольжение по (14.32)
sном = (n1 - n2ном)/ n1 = (1500 - 1430)/ 1500 = 0,046.
Магнитные потери по (14.8)
Рм = Р/0 - Рмех = 283 - 200 = 83 Вт.
Задаемся следующими значениями скольжения: 0,01, 0,02, 0,03, 0,046, 0,06 и 0,20. Результаты расчета приведены в табл. 14.1. Рабочие характеристики двигателя представлены на рис. 13.7.
Перегрузочная способность двигателя λ = Мmax/ Mном = 38,7/ 21,4 = 1,81.
Таблица 14.1
| Значения параметров при скольжении s | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,046 | 0,06 | 0,20 |
| r/2/s, Ом | 180 | 90 | 60 | 39,1 | 30 | 10,1 |
| rэк = r1 + r/2/ s, Ом | 181,7 | 91,7 | 61,7 | 40,8 | 31,7 | 11,8 |
| zэк = | 182 | 92 | 62,5 | 42 | 33,2 | 15,5 |
| cos φ2 = rэк/ zэк | 0,998 | 0,996 | 0,987 | 0,971 | 0,955 | 0,760 |
| I/2 = U1/ zэк, А | | 2,39 | 3,52 | 5,24 | 6,63 | 14,20 |
| I/2a = I/2 cos φ2, А | 1,21 | 2,38 | 3,47 | 5,09 | 6,33 | 10,7 |
| I/2p = I/2 sin φ2, А | 0,08 | 0,19 | 0,57 | 1,25 | 1,95 | 9,20 |
| I1a = I0a + I/2a, А | 1,65 | 2,82 | 3,91 | 5,54 | 6,77 | 11,10 |
| I1p = I0p + I/2p, А | 1,85 | 1,96 | 2,34 | 3,02 | 3,72 | 10,9 |
| I1 = | 2,48 | 3,43 | 4,55 | 6,30 | | 15,5 |
| cos φ1 = I1a/ I1 | 0,66 | 0,82 | 0,86 | 0,88 | 0,88 | 0,71 |
| P1 = m1U1I1a, Вт | 1089 | 1861 | 2580 | 3652 | 4468 | 7326 |
| Рэ1 = m1I12r1, Вт | 31,0 | 60,0 | 105 | 200 | 302 | 1225 |
| Рэм = Р1 – Рэ1 – Рм,Вт | 975 | 1718 | 2392 | 3369 | 4083 | 6080 |
| М = Рэм/ ω1, Н | 6,2 | 10,9 | 15,3 | 21,4 | 26,0 | 38,7 |
| Рэ2 = s Рэм, Вт | 10 | 34 | 72 | 151 | 245 | — |
| β2 =(I1/ I1ном)2 | 0,15 | 0,29 | 0,52 | 1,0 | 1,44 | — |
| Р/доб = β2 Рдоб.ном, Вт | 2,7 | 5,2 | | 18 | 26 | — |
| Р2 = Рэм – Рэ2 – —Рмех – Рдоб, Вт | 762 | 1479 | 2110 | 3000 | 3612 | — |
| η = Р2/ Р1 | 0,70 | 0,79 | 0,82 | 0,82 | 0,81 | — |
| n2 = n1(1-s), об/мин | 1485 | 1470 | 1455 | 1430 | 1410 | — |
| М2 = 9,55Р2/ n2, Н | 4,9 | 9,6 | 13,8 | 20,0 | 24,5 | — |
Контрольные вопросы
1.Какие существуют методы получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей?
2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки?
3.Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам х.х.?
studfiles.net
Средняя мощность переменного электрического тока 
, выражаемая через действующие значения силы тока (I) и напряжение (U) равна:
![\[P=\left\langle P\right\rangle =UIcos\ \varphi \left(1\right),\]](/800/600/http/ru.solverbook.com//wp-content/ql-cache/quicklatex.com-1d3cebeed3c917fa265ba11c973a775f_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
где 
— действующее (эффективное) значение силы тока, 
— амплитуда силы тока, 
— действующее (эффективное) значение напряжения, 
— амплитуда напряжения.
Коэффициент мощности используют для характеристики потребителя переменного тока как реактивную составляющую нагрузки. Величина этого коэффициента отражает сдвиг фазы (
) переменного тока, который течет через нагрузку, по отношению к приложенному к нагрузке напряжению. Из выражения (1) видно, что по величине коэффициент мощности равен косинусу от этого сдвига. Если сила тока отстает от напряжения, то сдвиг фаз считают большим нуля, если обгоняет, то 
На практике коэффициент мощности стараются сделать максимально большим. Так как при малом 
для выделения в цепи необходимой мощности надо пропускать ток большой силы, а это приводит к большим потерям в подводящих проводах (см. закон Джоуля — Ленца).
Коэффициент мощности учитывают при проектировании электрических сетей. Если коэффициент мощности является низким, это приводит к росту части потерь электрической энергии в общей сумме потерь. Для увеличения данного коэффициента применяют компенсирующие устройства.
Ошибки при расчетах коэффициента мощности ведут к повышенному потреблению электрической энергии и уменьшению коэффициента полезного действия оборудования.
Коэффициент мощности измеряют фазометром.
Коэффициент мощности рассчитывают как отношение активной мощности (P) к полной мощности (S)
![\[cos\varphi =\frac{P}{S}\left(2\right),\]](/800/600/http/ru.solverbook.com//wp-content/ql-cache/quicklatex.com-43e882409e3023b4fcdb88f056ce2748_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
где 
— реактивная мощность.
Коэффициент мощности для трехфазного асинхронного двигателя вычисляют при помощи формулы:
![\[{cos \varphi \ }=\frac{P}{I\cdot U\sqrt{3}}\left(3\right)\]](/800/600/http/ru.solverbook.com//wp-content/ql-cache/quicklatex.com-1b6169972848f9e3bd28d75f3bafa53b_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Коэффициент мощности можно определить, используя, например треугольник сопротивлений (рис.1а) или треугольник мощностей (рис.1b).
Треугольники на рис. 1(a и b) подобны, так как из стороны пропорциональны.
Коэффициент мощности — безразмерная физическая величина.
ru.solverbook.com
8. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
ЭП, подключаемые к сети переменного тока, потребляют из нее активную Рл и реактивную Q мощности. Активная мощность расходуется на полезную работу ЭП и покрытие потерь в нем, а реактивная мощность, обеспечивая создание электромагнитных полей двигателя и других его элементов, непосредственно полезной работы не совершает. Отметим, что в отношении реактивной мощности точнее говорить не о потреблении ее, а об обмене (циркуляции) между сетью и двигателем.
Работа ЭП, как и любого другого потребителя активной и реактивной энергии, характеризуется коэффициентом мощности
где S - полная (или кажущаяся) мощность.
Угол
как известно из электротехники, определяет сдвиг фаз между напряжением сети и током ЭП: если он потребляет реактивную мощность, то сдвиг фаз
Если ЭП реактивную мощность не потребляет, тс
ЭП, потребляя реактивную мощность, нагружает ею систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии в ее элементах. По этой причине всегда следует стремиться к обеспечению максимально возможного cos ф ЭП как одного из основных энергетических показателей его работы.
Если ЭП работает в каком-то цикле при различных нагрузках или скоростях в установившемся и переходном режимах, то он как потребитель реактивной энергии характеризуется средневзвешенным или цикловым коэффициентом мощности, который определяется отношением потребленной активной энергии за цикл Аа к полной или кажущейся энергии Ап в соответствии с формулой
где
Коэффициентом мощности характеризуется работа ЭП с двигателями переменного тока (АД и СД), а также системы ЭП постоянного тока «управляемый выпрямитель - двигатель постоянного тока».
Коэффициент мощности АД. Активная Ра и реактивная Q мощности применительно к установившемуся режиму работы трехфазного АД могут быть рассчитаны по следующим формулам:
формулу (8.35) можно записать в следующем виде:
На рис. 8.3, а приведены зависимости номинального коэффициента мощности АД от различных номинальных мощностей
i чисел пар полюсов р (кривая 1 при р{=\, кривая 2 при р=4). Характерным для них является более высокое значение cos
для двигателей с большими номинальными мощностями и скиристями вращения.
Для большинства АД cos
~ 0,8...0,9. Для этих значений Q = (0,5...0,75) Рр т.е. АД на каждый киловатт активной мощности потребляет из сети 0,5...0,75 кВ-А реактивной мощности и чем ниже cos ф, тем большую реактивную мощность потребляет АД из сети, загружая ее дополнительным током и вызывая дополнительные потери.
Коэффициент мощности АД существенно зависит от его нагрузки. При холостом ходе АД коэффициент мощности невелик, так как при этом относительно велика доля реактивной мощности по сравнению с активной. По мере увеличения нагрузки АД возрастает и cos ф, достигая своего максимального значения примерно в области ее номинальных значений. Зависимость cos ф от кратности механической нагрузки
для АД серии 4А при различных номинальных значения:
приведена на рис. 8.3,б,
АД являются основными потребителями реактивной мощности в системе электроснабжения, поэтому повышение коэффициента их мощности представляет собой важную технико-экономическую задачу. В настоящее время существуют несколько способов повышения cos ф АД.
Замена малозагруженных АД двигателями меньшей мощности, что иллюстируется кривыми 7...3, построенными соответственно при
= 0,9; 0,8 и 0,6 (см. рис. 8.3,б). При замене АД меньшей
мощписш иудет работать в области больших нагрузок с более высоким cos ф. Напомним, что и КПД полностью загруженного дви-
гателя будет высоким. Замена двигателя, как любая модернизация ЭП, должна быть экономически обоснована.
Ограничение времени работы АД на холостом ходу, т.е. работы с низким
Для этого двигатель отключается от сети при его работе вхолостую автоматически или оператором.
Понижение напряжения питания АД, работающих с малой или переменной нагрузкой. При этом уменьшаются потребляемый из сети ток и реактивная мощность и повышается cos ф. Реализация этого способа осуществляется с помощью регулятора напряжения (см. разд. 5.5) или, когда это возможно, переключением обмоток статора со схемы треугольника на звезду, что приводит к снижению напряжения на обмотке каждой фазы в
)аз.
Замена АД на СД, когда это возможно по условиям технологического процесса рабочей машины и экономически обосновано.
Коэффициент мощности системы «управляемый выпрямитель-двигатель постоянного тока» (УВ - ДПТ). Так как в этой системе напряжение на якоре двигателя регулируется задержкой открытия вентилей управляемого выпрямителя, происходит сдвиг фазы тока ЭП по отношению к напряжению сети и он начинает потреблять реактивную мощность из сети. Кроме того, работа системы УВ - ДПТ вызывает искажение синусоидальной формы напряжения системы электроснабжения, оказывая вредное воздействие на другие ЭП, что выражается в повышенном нагреве электродвигателей, снижении их мощности и КПД, усилении вибрации и шума при работе.
Искажение синусоидальной формы напряжения приводит к появлению высших гармоник напряжения, которые нарушают нормальную работу других потребителей электроэнергии, устройств автоматики, защиты и сигнализации, создает помехи в линиях связи. Несинусоидальность напряжений и токов приводит к дополнительным погрешностям измерительных приборов, а также оказывает отрицательное воздействие и на батареи конденсаторов, применяемых для компенсации реактивной мощности, вызывая их перегрузку по току и напряжению.
где
- коэффициент искажения; / - действующее значение
потреоляемого из сети тока; /, - действующее значение первой гар-
4
Коэффициент мощности системы УВ - ДПТ определяется двумя факторами: углом :двига основной первой гармоники потребляемого из сети тока
относительно напряжения сети и коэффициентом искаженияv этого же тока:
моники этого тока; - соответственно углы управления и коммутации вентилей.
где Ed - ЭДС преобразователя; О)0 - скорость идеального холостого хода, соответствующая Ed.
при номинальной нагрузке на валу двигателя (рис. 8.4,а) показывает, что уменьшение коэффициента мощности происходит пропорционально снижению скорости, т.е. увеличению диапазона регулирования. Это видно также и из следующего приближенного выражения для коэффициента мощности при регулировании скорости:При регулировании скорости с одинаковым временем работы двигателя на каждой скорости при Мс = const зависимость средневзвешенного циклового коэффициента мощности cos фсв от диапазона регулирования D показана на рис. 8.4, б.
Повышение коэффициента мощности и уменьшение несинусоидальности напряжения сети при работе системы УВ - ДПТ может быть достигнуто несколькими способами:
за счет применения фильтрокомпенсирующих и фильтросиммет-рирующих устройств, обеспечивающих одновременно компенсацию реактивной мощности, фильтрацию высших гармоник и уменьшение отклонений напряжения по фазам. Эти устройства целесообразно размещать в узле подключения ЭП к электрической сети. Состоят они из управляемого компенсатора, обеспечивающего регулирование реактивной мощности и выполняемого обычно на основе специального тиристорного преобразователя, и энергетичес кого фильтра, который служит для фильтрации высших гармоник тока ЭП, а также компенсации реактивной мощности. Энергетические фильтры представляют собой последовательные индуктивно-емкостные резонансные цепи, настроенные на частоты высших гармоник вентильных ЭП (нагрузок). Число параллельно включенных резонансных цепей фильтров должно быть таким, чтобы коэффициент несинусоидальности напряжения был не более 5%. Для каждой высшей гармоники используется свой фильтр;
путем использования традиционных компенсирующих устройств, к числу которых относятся синхронные двигатели и компенсаторы, батареи конденсаторов, а также тиристорные источники реактивной мощности. Синхронные двигатели являются эффективным и удобным средством компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения. Выполняя свою основную функцию приводного электродвигателя, СД одновременно могут генерировать в сеть реактивную мощность, т.е. работать с опережающим cos ф, что обеспечивается соответствующим регулированием их тока возбуждения (см. разд. 6.4). Синхронные компенсаторы представляют собой СД, работающие без нагрузки. Их основная функция состоит только в регулировании реактивной мощности в системе электроснабжения. Конденсаторы по своему действию эквивалентны перевозбужденным СД, по сравнению с другими источниками реактивной мощности они имеют такие преимущества, как малые потери этой мощности, простота монтажа и эксплуатации. К их недостаткам следует отнести зависимость генерируемой мощности от напряжения, недостаточную стойкость при перегрузках по току и напряжению, а также ухудшение их работы в сетях с повышенным содержанием высших гармоник. Тиристорные источники реактивной мощности строятся с использованием преобразователей, имеющих искусственную коммутацию вентилей. Такой преобразователь имеет на стороне выпрямленного тока реактор (индуктивный накопитель энергии) или батарею конденсаторов (емкостный накопитель энергии). Сочетание преобразователя с реактивным элементом позволяет создать устройство для регулирования реактивной мощности в системе энергоснабжения;
путем использования специальных законов управления У В и способов коммутации их вентилей, к числу которых относятся поочередное и несимметричное управление преобразователями, а также искусственная коммутация вентилей преобразователей. Сущность этих способов рассмотрена в Г121.
-
studfiles.net
Определение
Коэффициентом мощности называется отношение активной мощности, потребляемой активной нагрузкой (измеряемой в киловаттах), к полной мощности (измеряемой в киловольт∙амперах) в цепи переменного тока. Соотношение между активной мощностью (которая совершает полезную работу) и полной мощностью, не учитывающее сдвига фаз, зависит от индуктивной нагрузки, которая обеспечивает намагничивание, необходимое для работы электромагнитного прибора. Мощность реактивного сопротивления выражается в киловольт∙амперах (кВ∙Ар).
Векторная диаграмма показывает, как активная и реактивная нагрузки образуют полную нагрузку электродвигателя, рис. 6.2, см. также рис. 1.6.
Коэффициент мощности = кВт/кВА = соs Θ.
Рис. 6.2. Векторная диаграмма нагрузки электродвигателя
Влияние низкого коэффициента мощности
Низкий коэффициент мощности наказывает потребителя тремя способами.
Он «потребляет» энергию из сети, которая могла бы пойти на совершение полезной работы.
Он увеличивает ток до значений, которые не нужны для выполнения данной работы, а, следовательно, и падение напряжения, способствуя высоким потерям энергии в системе.
Он может привести к дополнительным затратам при оплате счетов за электроэнергию.
Почему увеличение реактивной нагрузки
наказывает потребителя при оплате счетов за электроэнергию
Счетчик, регистрирующий киловатт∙часы, фиксирует только киловаттную компоненту треугольника. Однако электросеть (включая генератор системы коммунального (электрогенерирующего) хозяйства и электрические линии туда и обратно) должна обеспечить энергией и реактивную нагрузку. Следовательно, почти все структуры тарифов за электричество для промышленных предприятий США построены таким образом, чтобы поощрить максимальный коэффициент мощности. Это в интересах коммунального хозяйства, поскольку необходимость произвести и передать по своим сетям и трансформаторам большее количество тока означает одновременно и увеличение потерь (пропорциональных квадрату тока), и более высокие требования к мощности генераторов, трансформаторов и к линиям электропередач.
Цена низкого коэффициента мощности
Коммунальные хозяйства используют разные способы расчетов с потребителями при низких коэффициентах мощности. Обычно не предусматривают никаких дополнительных оплат, пока коэффициент мощности не упадет ниже некоторого определенного значения, составляющего, как правило, 85–90 %. Бывает, что дополнительная оплата начисляется по величине отклонения коэффициента мощности от единицы (100 %). Поэтому в каждом конкретном случае необходим анализ системы оплаты, чтобы установить возможную экономию за счет увеличения коэффициента мощности.
Рассмотрим дополнительные ежемесячные затраты из-за низкого коэффициента мощности на следующем примере, когда реальный коэффициент мощности составляет 80 %, а желаемый – 90 %, и реально потребляемая мощность определяется по мощности, выставленной в счете (кВт) через соотношение этих двух величин.
Дано:
3 долл. США – плата за 1 кВт полезной мощности,
0,9 – желаемый коэффициент мощности,
0,8 – действительный коэффициент мощности,
3000 кВт∙ч – расходы за месяц.
Дополнительные расходы = 3
[(0,9/0,8)
3000 – 3000] = 1125 долл. США.
Как увеличить коэффициент мощности
Для этого есть четыре возможности.
Использовать производственное оборудование с высоким коэффициентом мощности.
Использовать синхронные двигатели.
Использовать синхронные компенсаторы.
Использовать компенсирующие конденсаторы.
Использование производственного оборудования
с высоким коэффициентом мощности
Некоторое оборудование, как, например, специальная осветительная аппаратура, всегда имеет высокий коэффициент мощности. Коэффициент мощности другого оборудования зависит от режима работы – особенно для асинхронных двигателей.
Значительно улучшается коэффициент мощности асинхронного двигателя в том случае, если он работает с нагрузкой, близкой к номинальной. Дело в том, что реактивная компонента, которая обеспечивает силу намагничивания, остается фактически постоянной независимо от нагрузки, в то время как активная составляющая является функцией нагрузки.
Коэффициент мощности при номинальной нагрузке двигателя. В табл. 6.4 приведены коэффициенты мощности двигателей переменного тока при типичных нагрузках. Коэффициент мощности при полной нагрузке Т-серии двигателей со скоростью 1800 об./мин меняется при номинальном напряжении в зависимости от мощности так, что составляет 70 % при мощности 0,746 кВт; 82 % – при 7,46 кВт; 86 % при 74,6 кВт и 87,5 % – при нагрузке свыше 160 кВт.
Таблица 6.4
Коэффициент мощности (приблизительные значения)
типичных потребителей переменного тока,
| близкий к единице | ||
| Лампы накаливания | 1,0 | |
| Лампы дневного света (со встроенным конденсатором) | 0,95–0,97 | |
| Нагревательные приборы | 1,0 | |
| Синхронные двигатели (в том числе с регулируемым коэффициентом мощности основной нагрузки) | 1,0 | |
| Электромашинные преобразователи | 1,0 | |
| «запаздывающий» | ||
| Асинхронный двигатель при номинальной нагрузке | ||
| однофазный, до 0,746 кВт | 0,55–0,75 | |
| однофазный, 0,746–7,46 кВт | 0,75–0,85 | |
| трехфазный, типа беличьей клетки | ||
| высокоскоростной, до 0,746 кВт | 0,75–0,90 | |
| высокоскоростной, 0,746–7,46 кВт | 0,85–0,92 | |
| низкоскоростной | 0,70–0,85 | |
| коллекторный | 0,80–0,90 | |
| Группы асинхронных двигателей | 0,50–0,85 | |
| Сварочные машины | ||
| сварочные генераторы | 0,50–0,60 | |
| сварочные трансформаторы | 0,50–0,70 | |
| Электродуговые печи | 0,80–0,90 | |
| Индукционные печи | 0,60–0,70 | |
| «опережающий» | ||
| Синхронные двигатели | 0,9; 0,8; 0,7 и т. д., в зависимости от того, на какой номинальный коэффициент двигатель рассчитан | |
| Синхронные компенсаторы | Близок к нулю (практически вся мощность потребляется реактивной нагрузкой) | |
| Конденсаторы (статические) | Нуль (практически вся мощность потребляется реактивной нагрузкой) | |
Эффект слишком мощных двигателей. Недогруженные двигатели имеют слишком низкие коэффициенты мощности. Уменьшение коэффициента мощности при нагрузке ниже номинальной существенно гораздо больше, чем снижение КПД при такой же нагрузке (см. рис. 6.1). Индикатором того, что мощность двигателей превышает потребности, является коэффициент мощности предприятия ниже 80 %.
Коэффициент мощности последовательно снижается при уменьшении нагрузки по отношению к номинальной полной нагрузке (принимаемой за 100 %) – на 25 %, если нагрузка составляет 50 %, на 45 % – при 30%-ной и на 60 % – при 10%-ной нагрузке. Такое быстрое уменьшение коэффициента мощности вносит вклад в низкий общий коэффициент мощности для данного предприятия, что значительно увеличивает дополнительные расходы при оплате счетов за электроэнергию.
Коэффициент мощности можно поднять, если двигатель будет работать с нагрузками, по возможности близкими к номинальным, хотя даже 90 % от номинала все еще дают уменьшение коэффициента мощности на 5 % по сравнению с коэффициентом мощности при номинальной нагрузке. Если это невозможно, то можно использовать конденсаторы, подключенные к линии или присоединенные непосредственно к двигателю. Они потребляют «опережающий» ток из сети (пропорциональный активной мощности), «зануляя» соответствующий «запаздывающий» ток, связанный с возбуждением двигателя.
Влияние скорости электродвигателя. Как уже отмечалось, коэффициент мощности для большинства двигателей со скоростью 1800 об./мин ниже 90 % и быстро уменьшается с уменьшением скорости. При скорости 1200 об./мин коэффициент мощности отличается от 90 % в полтора с лишним раза больше, чем при скорости 1800 об./мин; при скорости 900 об./мин – более чем в два раза.
Например, при мощности 149 кВт двигатель со скоростью 1800 об./мин имеет коэффициент мощности 87,5 % (на 2,5 % ниже 90 %). Для двигателя того же размера со скоростью 900 об./мин коэффициент мощности равен 85 % (отличие от 90 % равно 5 %).
Влияние перенапряжения. Превышение питающего напряжения уменьшает коэффициент мощности, поскольку в этом случае возрастает ток, чтобы намагнитить сердечник. Двигатели, сделанные в США до 1965 г. (серии U), рассчитывались на напряжения 220, 440, 550 В и т. д., т. е. кратные 110 В. Когда эти двигатели оказывались под напряжением на 10 % больше, что стало типичным начиная с 50-х гг. прошлого века, их коэффициент мощности уменьшался примерно на 10 % из-за сильного увеличения сдвинутого по фазе тока намагничивания, связанного с насыщением стальных пластин сердечника.
Двигатели серии Т рассчитываются для работы при напряжении 230, 460, 575 В и т. д., т. е. кратном 115 В. При этом они снижают коэффициент мощности несколько меньше (около 1,5 %), чем двигатели серии U при том же напряжении.
Применение синхронных двигателей
Коэффициент мощности синхронного двигателя, «зануляющего» влияние реактивной нагрузки на систему, определяется основной нагрузкой. Синхронные двигатели, как правило, бывают больших размеров – рассчитаны на сотни киловатт и выше, и с целью корректировки коэффициента мощности должны использоваться при непрерывно меняющихся нагрузках.
Применение синхронных компенсаторов
Синхронный компенсатор представляет собой синхронный двигатель, работающий без нагрузки. Его назначение исключительно в том, чтобы увеличить коэффициент мощности, не меняя нагрузки. Синхронные компенсаторы редко используются на промышленных предприятиях, обычно их используют производители электроэнергии.
Применение конденсаторов
для увеличения коэффициента мощности
Требуемое емкостное сопротивление
Применение конденсаторов – наиболее простой и самый прямой способ увеличить коэффициент мощности. Ток через конденсатор опережает по фазе напряжение на 90 градусов и может уменьшать индуктивную (сдвинутую по фазе) реактивную мощность напрямую. Например, конденсатор, рассчитанный на 1 кВ∙Ар, будет уменьшать на 1 кВ∙Ар реактивную мощность. Если реактивная мощность на векторной диаграмме (см. рис. 6.2) станет равной нулю, полная мощность (кВ∙А) будет равна мощности, потребляемой нагрузкой (кВт). Конденсаторы могут быть куплены блоками или соединены в блоки, чтобы обеспечить нужную величину емкостного реактивного сопротивления.
Выигрыш уменьшается, если коэффициент мощности приближается к 100 %. Считается что 95 % (при полной расчетной нагрузке) – это в некотором смысле критическая точка: только до этого значения имеет смысл увеличивать коэффициент мощности, рассчитывая получить экономическую выгоду из сделанных инвестиций.
Размещение
Если стремление изменить коэффициент мощности связано только с тем, чтобы отрегулировать потребление энергии и избежать дополнительных выплат за электричество, экономически наиболее выгодна установка конденсаторов на главной подстанции: стоимость киловольт∙ампера реактивной нагрузки наиболее низкая при высоких напряжениях. Однако такая установка не дает ни уменьшения падения напряжения, ни уменьшения мощности, подающейся в силовую сеть предприятия от подстанции. Установка конденсаторов при «источнике» низкого коэффициента мощности дает возможность получения и этих преимуществ в дополнение к оптимизации оплаты по счету.
На промышленных предприятиях достаточно распространены двигатели со средней мощностью 7,5 кВт. В этом случае емкость, необходимая для того, чтобы сделать коэффициент мощности близким к 100 %, будет потреблять реактивную мощность, составляющую в киловольт∙амперах 30 % от общей расчетной мощности (кВт) для двигателей серии U и 40 % – для серии Т. Емкость несколько меньшая нужна для больших двигателей, поскольку коэффициент нагрузки улучшается с размером двигателя.
В некоторых случаях предпочтительнее подсоединение конденсаторов подходящего размера непосредственно к двигателю. При этом расчетные емкости для двигателей со скоростью 1800 об./мин приведены в табл. 6.5.
Таблица 6.5
Номинальная мощность конденсаторов в зависимости
от мощности трехфазного двигателя при 1800 об./мин
| Мощность двигателя, кВт | Реактивная нагрузка, кВ∙Ар | |
| Серия U | Серия Т | |
| 2,24 | 1,5 | 1,5 |
| 3,73 | 2 | 2,5 |
| 5,60 | 2,5 | 3 |
| 7,46 | 3 | 4 |
| 11,18 | 4 | 5 |
| 14,91 | 5 | 6 |
| 18,42 | 6 | 7,5 |
| 22,37 | 7 | 8 |
| 29,82 | 9 | 13 |
| 37,28 | 11 | 18 |
| 44,74 | 14 | 21 |
| 55,93 | 16 | 23 |
| 74,57 | 21 | 30 |
| 93,21 | 26 | 36 |
| 111,86 | 30 | 42 |
| 149,14 | 37,5 | 50 |
| 186,42 | 45 | 60 |
| 223,71 | 52,5 | 68 |
| 261,00 | 60 | 75 |
| 298,28 | 65 | 80 |
| 335,56 | 67,5 | 90 |
| 372,85 | 72,5 | 120 |
Вычисление коэффициента мощности
Для примера, приведенного в параграфе «цена низкого коэффициента мощности», величина емкостного сопротивления, необходимого для того, чтобы поднять коэффициент мощности до 90 %, определяется с помощью рис. 6.3.
| До установки конденсатора (В) 3000 кВт | После установки конденсатора (А) 3000 кВт |
Коэффициент мощности равен 
соs.
| сosВ= 0,8 | сosА= 0,9 |
| В= 36,9о | А= 25,8о |
| кВАрВ=tgВ = tg36,9о | кВАрА=tgА = tg25,8о |
| [2250 – 1450 ] ∙ кВАр = 800 кВАр |
Рис. 6.3. Расчет коэффициента мощности
Можно видеть, что мощность емкостного сопротивления составляет 800 кВ∙Ар. Соответствующие таблицы изготовителей дадут возможность подобрать необходимый конденсатор.
studfiles.net
В паспорте двигателя СК энергетические показатели η и cosφ (КПД и коэффициент мощности) указываются для номинального режима для длительной постоянной по величине номинальной нагрузки. Однако даже при идеальном уравновешивании станка-качалки график нагрузки двигателя остается неравномерным, так как не уничтожаются пульсации нагрузки, определяемые законом изменения скорости точки подвеса штанг. Из-за этого КПД и коэффициент мощности АД снижаются против номинальных значений. Это обусловлено тем, что при ухудшении уравновешивания станка-качалки увеличивается коэффициент формы Кф нагрузочного графика.
Коэффициент формы Кф равен отношению эффективной мощности Рэ к средней мощности Рср:
.
КПД и коэффициент мощности зависят также от коэффициента загрузки двигателя Кз.
Снижение энергетических показателей двигателя приводит к росту непроизводительных потерь мощности и энергии.
Графики изменения КПД () и коэффициента мощности (cos) в функции нагрузки на валу двигателя называют рабочими характеристиками двигателя станка-качалки. Средние значения параметров за цикл качания называют циклическим КПД (ц) и циклическим коэффициентом мощности cosц. Для их вычисления существуют специальные формулы.
Степень снижения циклических (эксплуатационных) и cos при различных Кз и Кф показана на рис. 24.
Рис. 24. Зависимость КПД и cos от коэффициента формы Кф и коэффициента загрузки двигателя Кз.
При плохом уравновешивании Кф≥ 4 и низкой загрузке (Кз≤ 0,3) происходит резкое увеличение потерь электрической энергии в 3 и более раз.
Поэтому при эксплуатации СК очень важно обеспечение выравнивания графика нагрузки двигателя и правильный подбор его мощности.
Большая часть СК относится ко II категории надежности электроснабжения, так как прекращение электропитания не вызывает серьезных осложнений при их дальнейшей эксплуатации.
Подача электропитания к станкам-качалкам обычно осуществляется по схеме глубокого ввода, т.е. повышенное напряжение 6 кВ подается по одной воздушной линии непосредственно к станку-качалке и трансформируется до 0,4 кВ. Для повышения надежности электроснабжения станков-качалок вводят автоматическое повторное включение линий, их кольцевание по схеме разомкнутого кольца. Имеющиеся линии целесообразно реконструировать так, чтобы длина одного плеча воздушной линии 6 кВ не превышала 6…8 км.
Для обеспечения электроснабжения станков-качалок применяют комплектные трансформаторные подстанции КТПСК мощностью 25-250 кВА трех модификаций: первая модификация предназначена для питания одной скважины; подстанции 2-ой и 3-ей модификации – служат для питания двух или трех скважин.
а)
б)
Рис. 25 Схемы питания глубиннонасосных установок при напряжениях распределительной сети 6 (а) и 0,38 (б) кВ.
Для привода станков-качалок наибольшее применение получили асинхронные короткозамкнутые двигатели в закрытом обдуваемом исполнении серии 4А с синхронной частотой вращения вала 1500 об/мин с повышенным пусковым моментом (
от 2 до 2,2). Повышенный пусковой момент достигается за счет специальной конструкции обмотки ротора.
Научно-производственным объединением «Элмаш» разработана специальная модифицированная серия асинхронных двигателей для привода станков-качалок серии 5А, АИР и др. с синхронной частотой вращения ротора от 500 до 1000 об/мин.
Отличительными особенностями этой модификации двигателей являются:
низкооборотные асинхронные двигатели для привода низкодебитных нефтяных скважин;
двухскоростные асинхронные двигатели повышенной мощности, позволяющие применять станки-качалки при любой дебитности скважин;
увеличенные пусковые моменты при невысоких кратностях пусковых токов;
усиленный подшипниковый узел со стороны свободного конца вала, позволяющий выдерживать повышенные шкивовые нагрузки;
климатические исполнения У1 и ХЛ1;
встроенная температурная защита.
С целью повышения коэффициента мощности на подстанциях, питающих СК, начали эксплуатировать на СК электроприводы с синхронными двигателями СДБ и СДБПК мощностью от 1,5 до 20 кВт и с частотой вращения 1500 об/мин.
Кратность пускового момента Кп=1,2÷1,8, кратность максимального момента Кmax ≥ 1,7, пусковой ток Iп=(3,5-5)Iн.
Несмотря на небольшую кратность входного момента, двигатели СДБ привода станка-качалки надежно втягиваются в синхронизм в период минимума нагрузки (при ходе плунжера вниз).
Эти двигатели при номинальной нагрузке работают с cosφ=1, а при снижении нагрузки генерируют реактивную мощность, отдавая ее в сеть, повышая результирующий коэффициент мощности сети.
studfiles.net
Коэффициент мощности двигателя просмотров - 348
cos φ1 = I1a/ I1 (14.42)
Потребляемая двигателем мощность (Вт)
P1 = m1U1I1a (14.43)
Электрические потери статора Рэ1 определяют по (13.2), электромагнитную мощность Рэм — по (13.6), электромагнитный момент М — по (13.11), электрические потери в роторе Рэ2 — по (13.5), добавочные потери Рдоб — по (13.7) и (13.8).
Полезная мощность двигателя (Вт)
Р2 = Рэм – Рэ2 – Рмех – Рдоб, (14.44)
где Рмех — механические потери, Вт; их определяют из опыта холостого хода (см. рис. 14.2).
Коэффициент полезного действия двигателя определяют по (13.10), частоту вращения ротора — по (10.2). Полезный момент (момент на валу) двигателя (Н м)
М2 = 9,55Р2/ n2. (14.45)
Результаты расчета сводят в таблицу (см. табл. 14.1), а затем строят рабочие характеристики двигателя (см. рис. 13.7).
Пример 14.1.Трехфазный асинхронный двигатель имеет паспортные данные: Рном =3,0 кВт, Uном = 220/380 В, I1ном = 6,3 А, nном = 1430 об/мин. Активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре r1 = 1,70 Ом. Характеристики х.х. двигателя приведены на рис. 14.2 (I0ном = 1,83 А, Рном= 300 Вт, Р/0ном= 283 Вт, Рмех = 200 Вт, соs φ0ном = 0,24, обмотка статора соединена звездой). Характеристики к.з. приведены на рис. 14.3 (Рк.ном = 418 Вт, Uк.ном = 59,5 В, Iк.ном = 6,3 А, cos φк.ном =0,372).
Требуется рассчитать данные и построить рабочие характеристики двигателя и определить перегрузочную его способность.
Решение. Активная и реактивная составляющие тока х.х.
I0a = I0 cos φ0ном = 1,83 • 0,24 = 0,44 А,
I0p = I0 sin φ0ном = 1,83 • 0,97 = 1,77 А.
Полное сопротивление кз. по (14.10)
zк = Uк.ном/ Iк.ном = 59,5/6,3 = 9,45 Ом,
его активная и реактивная составляющие по (14.11) и (14.12)
rк = zк соs φк.ном = 9,45 • 0,372 = 3,5 Ом,
xк = =
=8,8 Ом.
Приведенное активное сопротивление ротора по (14.30)
r/2 = rк – r1 = 3,5 - 1,7 = 1,8 Ом.
Критическое скольжение по (14.31)
sкр = r/2/ xк = 1,8/ 8,8 = 0,20.
Номинальное скольжение по (14.32)
sном = (n1 - n2ном)/ n1 = (1500 - 1430)/ 1500 = 0,046.
Магнитные потери по (14.8)
Рм = Р/0 - Рмех = 283 - 200 = 83 Вт.
Задаемся следующими значениями скольжения: 0,01, 0,02, 0,03, 0,046, 0,06 и 0,20. Результаты расчета приведены в табл. 14.1. Рабочие характеристики двигателя представлены на рис. 13.7.
Перегрузочная способность двигателя λ = Мmax/ Mном = 38,7/ 21,4 = 1,81.
Таблица 14.1
| Значения параметров при скольжении s | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,046 | 0,06 | 0,20 |
| r/2/s, Ом | 39,1 | 10,1 | ||||
| rэк = r1 + r/2/ s, Ом | 181,7 | 91,7 | 61,7 | 40,8 | 31,7 | 11,8 |
| zэк = | 62,5 | 33,2 | 15,5 | |||
| cos φ2 = rэк/ zэк | 0,998 | 0,996 | 0,987 | 0,971 | 0,955 | 0,760 |
| I/2 = U1/ zэк, А | 1,21 | 2,39 | 3,52 | 5,24 | 6,63 | 14,20 |
| I/2a = I/2 cos φ2, А | 1,21 | 2,38 | 3,47 | 5,09 | 6,33 | 10,7 |
| I/2p = I/2 sin φ2, А | 0,08 | 0,19 | 0,57 | 1,25 | 1,95 | 9,20 |
| I1a = I0a + I/2a, А | 1,65 | 2,82 | 3,91 | 5,54 | 6,77 | 11,10 |
| I1p = I0p + I/2p, А | 1,85 | 1,96 | 2,34 | 3,02 | 3,72 | 10,9 |
| I1 = | 2,48 | 3,43 | 4,55 | 6,30 | 7,70 | 15,5 |
| cos φ1 = I1a/ I1 | 0,66 | 0,82 | 0,86 | 0,88 | 0,88 | 0,71 |
| P1 = m1U1I1a, Вт | ||||||
| Рэ1 = m1I12r1, Вт | 31,0 | 60,0 | ||||
| Рэм = Р1 – Рэ1 – Рм,Вт | ||||||
| М = Рэм/ ω1, Н | 6,2 | 10,9 | 15,3 | 21,4 | 26,0 | 38,7 |
| Рэ2 = s Рэм, Вт | — | |||||
| β2 =(I1/ I1ном)2 | 0,15 | 0,29 | 0,52 | 1,0 | 1,44 | — |
| Р/доб = β2 Рдоб.ном, Вт | 2,7 | 5,2 | 9,4 | — | ||
| Р2 = Рэм – Рэ2 – —Рмех – Рдоб, Вт | — | |||||
| η = Р2/ Р1 | 0,70 | 0,79 | 0,82 | 0,82 | 0,81 | — |
| n2 = n1(1-s), об/мин | — | |||||
| М2 = 9,55Р2/ n2, Н | 4,9 | 9,6 | 13,8 | 20,0 | 24,5 | — |
Контрольные вопросы
1.Какие существуют методы получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей?
2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки?
3.Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам х.х.?
ГЛАВА 15
cos &... [читать подробенее]
oplib.ru
Cтраница 1
Коэффициенты мощности двигателей одинаковы. [1]
Коэффициент мощности двигателей переменного тока при этом считается независящим от нагрузки. [2]
Определить коэффициент мощности двигателя без емкости, если он работает при напряжении 500 в, частоте 50 гц и имеет активную мощность 1.10 кет. [3]
Зависимость коэффициента мощности двигателей от степени их загрузки изображена на рис. 10.99. Зависимость КПД двигателей от степени их загрузки изображена на рис. 10.97. Указать неправильный ответ. [4]
Следовательно, коэффициент мощности двигателя уменьшается при уменьшении его загрузки. Отсюда следует, что замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности способствует повышению коэффициента мощности электроустановки. [5]
При этом коэффициент мощности двигателя улучшается. При номинальной нагрузке понижение напряжения на зажимах двигателя вызывает перегрузку обмоток статора двигателя током, а при очень малой нагрузке ток статора даже уменьшается из-за снижения тока холостого хода. Вращающий момент двигателя уменьшается, так как М U. Скольжение ротора увеличивается, что вызывает усиление тока в роторе. [6]
Нужно определить коэффициент мощности двигателя cos cp, реактивный ток и емкость конденсатора, который выравнивает cos ф до единицы. [7]
Гч 7 влияют на коэффициент мощности двигателя I и снижают его. [9]
Все это способствует повышению коэффициента мощности двигателя. [10]
Далее необходимо проверить величину коэффициента мощности двигателя при нагрузке, которая фактически получается при установленных расчетом размерах машины и числе витков обмоток якоря и возбуждения. [11]
Как следует из (11.12), коэффициент мощности двигателя уменьшается при уменьшении его загрузки. Отсюда следует, что замена систематически малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности способствует повышению коэффициента мощности промышленных электроустановок. [12]
Снижение намагничивающего тока позволяет повысить коэффициент мощности двигателя. [14]
Как определить среднецикловые КПД и коэффициент мощности двигателя станка-качалки. [15]
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
, Ом
, A
м
м
кВтВ=
3000 = 2250
кВтА=
3000 = 1450
