异步电动机的无功补偿

概 述 异步电动机使用广泛，在农村及工矿企业中所占的比重较大。异步电动机多为感性负 载，因此其功率因素总小于 1，是电网的主要无功负荷。由于无功功率的存在，增加了电网 的视在功率，降低了电网的功率因数。在大中型工矿企业大都装有集中无功补偿装置来提高 功率因数，减少电网线损，保证电压水平；但在农村及小型工矿企业，电动机用量大且较分 散，集中补偿难度大且不能达到理想的效果。特别是在用电紧张期，错峰用电时还要自发电， 自发电时由于柴油机功率相对偏小，网络已趋于过载，因此有赖于功率因数的提高，减少输 送的无功电流，使系统不致于过载运行，从而充分挖掘设备输送功率的潜力。 2 三相低压异步电动机就地无功补偿的分析
2.1 提高设备利用率 在设备容量不变的条件下，提高功率因素，可少送无功功率而多送有功功率。可多送的 有功功率：ΔP=S（COSφ 2-COSφ 1 ） ； 式中 COSφ 1 和 COSφ 2 分别为补偿前后功率因数， S 为供电设备容量。 对于原有供电设备来讲，特别是变压器和柴油发电机都是依据几年前的用电量选购的， 随着用电量的增加，原网络已趋于饱和。在同样有功功率下，功率因数的提高，发电机就可 少发无功功率，多发有功功率，并使负荷电流减少。因此向负荷传送功率所经过的变压器、 开关和导线等供配电设备都增加了功率储备，从而满足了负荷增长的需要。 2.2 减少输电线路损耗 设异步电动机在补偿前后向电网吸收的有功功率 P 和电网电压 U 为定值，补偿前后输电 线路电流分别为 I1、I2，功率因数角分别为φ 1、φ 2，则有： P=UI1COSφ 1=U I2COSφ 2 设 R 为系统总电阻，COSφ 1 和 COSφ 2 为补偿前后功率因数，ΔP1 和 ΔP2 为补偿前后线 路损耗，则线路损耗的减少量 ΔP 可通过下式计算： ΔP1=I12R ΔP2=I22R=I12（COSφ 1/ COSφ 2 ）2R ΔP=ΔP2-ΔP1=I12R-I22R=I12 [1-（COSφ 1/ COSφ 2 ）2 ]R 这样线损减少的百分数为：ΔP/ΔP1= [1-（COSφ 1/ COSφ 2 ）2 ]×100% （1） 当功率因数从 0.70～0.85 提高到 0.95 时， 由(1)式可求得有功线路损耗将降低 20%～45%。 2.3 改善电压质量
以线路末端只有一个集中负荷为例定量说明提高功率因素对电压质量的改善，假设线路 电阻 R、电抗为 X、有功功率为 P、无功功率为 Q，则电压损失 ΔU 为： ΔU=（PR+QX）/U （2） 从(2)式可以看出，若减少无功功率 Q，则 ΔU 减小，即有利于线路末端电压的稳定，有 利于大电动机的起动。因此，无功补偿能改善电压质量。但只追求改善电压质量来装设电容 器是很不经济的，对于无功补偿应用的主要目的是改善功率因数、减少线损，电压质量只是 一个附带作用。 3 无功功率补偿容量及电容器的选择 3.1 无功功率补偿容量的选择 无功功率补偿容量的计算方法较多，由于农村和工矿企业用户的电机大部分是几十千瓦 以内的中小容量的异步电动机，其 Io / Ie（即空载电流与额定电流之比）较高，可采用下述简 单公式计算： QC= 3 KUIo （3） 式中：QC 为补偿电容器容量，K 为空载时要达到的功率因素，Io 为空载电流。 实际中，一般把电动机空载时的功率因素补偿到接近 1，这是因为空载时电动机消耗的 无功功率最小，补偿后满载时功率因素仍滞后；若以额定负载下功率因素补偿到 1,则空载或 轻载时电动机必然要过补偿，这样既影响电压，又会使电动机在断电后由于电容的放电供给 电动机励磁电流，使仍在旋转着的电动机成为异步发电机，从而使电压超过额定电压，对电 动机的绝缘和电容器都不利。采用公式（3）计算的补偿容量不会产生过度补偿问题。 在无功补偿时还须注意电动机会产生高次谐波，用电容器进行无功补偿时，有可能会产 生谐波放大现象，所以对于容易形成谐波源的线路应考虑增设电抗器等，使谐波影响不致造 成电容器损坏。 3.2 无功功率补偿电容器的选择 三相低压异步电动机就地无功补偿电容器可选用低压自愈式金属化膜电容器，该电容器 以金属化聚丙烯薄膜作电极和介质，具有自愈性，并有重量轻、体积小、损耗低以及价格低 廉等优点。考虑到电压的波动，加上无功补偿后电压要相应提高，电容器的额定电压宜选用 常规的 400V 产品。但要求电容器接线端子、引线等带电体不能外露，以保安全。 4 应用举例
图 1 电动机就地补偿电路图QC= 3 KUIo=1.732×0.95×380×56.9=36（kvar） (1) 补偿后空载时的功率因素 COSφ 2： 由 QC=P0（tgφ 0- tgφ 2）= 3 UIo COSφ 0 （tgφ 0- tgφ 2） 即 36（kvar）=1.732×380×56.9×0.17（5.8- tgφ 2） 得 tgφ 2=0.145 COSφ 2=0.989 (2)补偿后额定功率时的功率因素 COSφ 2： 由 QC=Pe（tgφ e- tgφ 2）= 3 UIe COSφ e （tgφ e- tgφ 2） 即 36（kvar）=1.732×380×102.5×0.81（0.724- tgφ 2） 得 tgφ 2=0.065 COSφ 2=0.998 所以取 QC=36kvar，补偿后空载时功率因素为 0.989，额定负载时的功率因素为 0.998， 满足了实际的要求。 5 结 论 本文讨论了异步电动机就地无功补偿的一些问题，并给出了无功补偿的一些简单可行的 计算公式。 异步电动机就地无功补偿是一种投资少、收效快、高效可靠的节能措施，并联补偿电容 器原理简单、使用方便、可以分组保证电压合格率和合理的功率因素。适于广大农村和中小 工矿企业大力推广。 参考文献 [1] 苏文成.工厂供电[M].济南：山东科技出版社，1992 [2] 陈丕璋，周明定，俞鑫昌. 电动机节能技术［M］.北京： 科学出版社，1989.
一台 Y250M-4 三相异步电动机额定电压 380V， 额定电流 Ie 为 102.5A， 额定功率因素 COS φ e 为 0.81，额定输出功率为 55kW，三角形接法；空载电流 Io 为 56.9A，空载功率因素 COS φ 0 为 0.17。 图 1 为电动机就地补偿电路图。 由于异步电动机 本身就是很好的放电线圈， 所以在异步电动机外加电 源电压失去时， 三相低压异步电动机无功补偿电容器 可以向异步电动机放电， 使电容器端电压很快下降到 零， 在重新起动电动机时， 就不会出现过电压。 因此， 须在电机接线盒输入端子前并联电容，异步电动机与 电容器并联之间不能加装熔断器保护或开关，异步电 动机与电容器应同时投入或断开。 电容量的计算。根据公式（3） ，要使电动机的功 率因素提高到 0.95，则无功电容补偿量为：
异步电动机的无功补偿
罗裕强
广州市第一水泵厂 (广州， 510300)
摘 要：异步电动机广泛使用于农村及中小工矿企业。为提高功率因数，对异步电动机 就地无功补偿是一种投资少、收效快、高效可靠的节能措施。本文介绍了就地补偿的相关计 算方法和实例，认为并联补偿电容器原理简单、使用方便、可以保证电压合格率和合理的功 率因素，适于广大农村和中小工矿企业大力推广。 关键词：异步电动机；功率补偿；并联补偿电容器 中图分类号：TM306 1 文件标识码：A