第四章异步动机的功率因数与无功补偿
如何提高异步电机的功率因数
如何提高异步电机的功率因数在现代工业和日常生活中，异步电机被广泛应用于各种设备和系统中。
然而，异步电机在运行时往往存在功率因数较低的问题，这不仅会增加电网的无功负担，还会导致电能的浪费和设备运行效率的降低。
因此，提高异步电机的功率因数具有重要的意义。
要提高异步电机的功率因数，首先需要了解功率因数的概念。
功率因数是指交流电路中有用功率与视在功率的比值。
对于异步电机而言，功率因数低主要是由于电机在运行时需要从电网中吸收大量的无功功率来建立磁场。
无功功率虽然不做功，但却会在电网中流动，增加线路损耗和设备容量。
那么，如何才能有效地提高异步电机的功率因数呢？以下是一些常见的方法：合理选择电机容量在选用异步电机时，应根据负载的实际情况合理选择电机的容量。
如果电机容量过大，会导致电机长期处于轻载运行状态，功率因数降低；反之，如果电机容量过小，电机长期过载运行，不仅会影响电机的使用寿命，也会使功率因数下降。
因此，准确地计算负载所需的功率，并选择合适容量的电机，是提高功率因数的基础。
优化电机的运行方式异步电机的运行方式对功率因数也有很大影响。
例如，在轻载运行时，可以采用降压运行的方式，降低电机的励磁电流，从而减少无功功率的消耗，提高功率因数。
此外，对于周期性变化的负载，可以通过采用调速装置，使电机的转速随负载的变化而调整，避免电机在轻载或空载时的功率因数降低。
安装无功补偿装置无功补偿是提高功率因数的有效手段之一。
常见的无功补偿装置有电容器、静止无功发生器（SVG）等。
电容器补偿是一种简单经济的方法，通过在电机附近并联电容器，提供电机所需的无功功率，从而减少电网的无功供应，提高功率因数。
SVG 则是一种更加先进的无功补偿装置，具有响应速度快、补偿精度高等优点，但成本相对较高。
改善电机的绕组设计电机的绕组设计对功率因数也有一定的影响。
通过优化绕组的匝数、线径和节距等参数，可以降低电机的励磁电流，提高功率因数。
此外，采用新型的绕组材料和绝缘材料，也有助于提高电机的性能和功率因数。
功率因数及无功补偿介绍
2.2 提高功率因数的方法
电容补偿无功功率原理
电流在电感元件中作功时，电流滞后于电压90°，而电流在电 容元件中作功时，电流超前电压90°，在同一电路中，电感电 流与电容电流方向相反，互差180°，如果在电感元件电路中有 比例地安装电容元件，使两者的电流相互抵消，使电流的矢量 与电压矢量之间的夹角缩小，相应的功率因数就得到提高。由 于无功补偿设备投资及本身也要消耗一定的能耗，所以说这是 一种折中的提高功率因数的方法。
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1.3 无功功率
无功功率（Q）
在交流电路中，具有电感（电容）的电路里，电感（电容）在 半周期的时间里把电源的能量变成磁场（电场）的能量贮存起 来，在另外半周期的时间里又把贮存的磁场（电场）能量送还 给电源，它们只是与电源进行能量交换，并没有真正消耗能量， 我们把与电源交换能量的振幅值叫做无功功率，以字母 Q 表示， 主要单位乏(var)、千乏(Kvar)，它是在电气设备中建立和维持 磁场和电场的电功率，它与电压、电流间的关系： Q=UIsinφ sinφ=Q/S。测量无功功率的仪表称为无功功率表，简称无功表
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名词解释
静止无功补偿器（SVC） 于20世纪70年代兴起，现在已经发展成为很成熟的FACTS装置， 其被广泛应用于现代电力系统的负荷补偿和输电线路补偿（电 压和无功补偿），在大功率电网中，SVC被用于电压控制或用 于获得其它效益，如提高系统的阻尼和稳定性等；这类装置的 典型代表有：晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器 （TSC）它不再采用大容量的电容器，电感器来产生所需无功 功率，而是通过电力电子器件的高频开关实现对无功补偿，特 别适用于中高压电力系统中的动态无功补偿。静止无功补偿器 是一种没有旋转部件，快速、平滑可控的动态无功功率补偿装 置。它是将可控的电抗器和电力电容器（固定或分组投切）并 联使用。电容器可发出无功功率（容性的），可控电抗器可吸 收无功功率（感性的）。通过对电抗器进行调节，可以使整个 装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率（或反向进 行），并且响应快速。
无功功率及其补偿
无功功率将增长得很快，据统计，如果供 电电压高于额定值 １０％时，一 功负荷的主要部分，对于轻负载的配变而言。这部分损耗占供电量的比
般 无功将增加 ３７％左右。当供电电压低于额定值时，无功功率也相应减 例很大，从而导致费用的增加。随器补偿的优点 ：操作简单、易于维护、
少而使它们的功率因数 有所提高。如果供 电电压降低的话会影 响设备 能有效地补偿配变空载无功使该部分无功平衡伎配变利用率得到提高 ，
５．５跟 踪 补 偿 跟 踪 补 偿是 指 控制 保 护 装置 为 无 功 补偿 投 切 装 置 ，在 大用 户 Ｏ．４ｋｖ 母 上以低 压电容器组补偿的方式。ｉ００ｋ、 以下的用户均可使 用，可 以替代随机、随器两种补偿方式，补偿效 果好。跟踪补偿的优 点是运行 方 式 灵 活 ，运 行 维 护 简 单 ，比前 面 两 种 补 偿 方 式 更 加 耐用 、安 全可 靠 。 缺 点是 控 制 保 护装 置 繁 杂、前 期 投资 较 大 。当这 三 种补 偿 方 式 的经 济性 接近时，应优先选用跟踪补偿方式 。
的正 常运 行。所 以 ，应 当尽可 能的 保 持 供 电 电压 的稳 定 。
从而降低无功网损，具有较高的经济性，是 目前补偿无功最有效的手段
２无功功率 的补偿 及原 理
之一 。
２．１无 功功 率 不足 的危 害 两部分能量需要交流电力系统提供 ：建立磁场消耗一部分，用于交 换能量使 用的它 并没有做功，称 ‘无功功率侑 功与无功是相对而言的， 并不是无功就是无用之功，建立磁场就是消耗的这部分功率，因此也是 很有必要的。如果没建立磁场的话，电动机 ，变压器等设备就不能运转。 在物理意义上是 ：电路中电感元件与电容元件正常工作所需要的功率交 换当 无功功率不足时将 给电力系统带来诸如出力不足并且损耗会增加 ，
异步电动机的无功功率补偿技术
由于线路传送 电流小 了， 系统的线路电压损失相应减
约工业生 产的 ５％ ０ 左右的能量．但跟其他负载相 比，其产 生 的功 率因数低得多。 为防止 由此产生的对电 力变压 器和 电力电缆 的损耗．必须要提高功率 因数。
电网 中的电气设备和电动机 、 变压器等属于既有电感
Ｊ ，有利于系统电压的稳定，有利于大电机起动。 Ｊ ＼
释放 能量时， 感性负荷吸收能量， 而感性负荷 释放能量时， 容性 装置 吸收能量 ，能量在相互转换 ． 感性 负荷 所吸 收的 无功功 率可由容性装置 输出的无功功 率中得到 补偿 ， 该电
Ｒｅ ｌ Ｐｏ ｒ ａ ・ ｗｅ
Ｓ Ａ ｐ ａ ｅ ｔ Ｐｏ ｅ ｐ ｒｎ ・ ｗ ｒ
功率因数是大部分人 比较 关心的话题 ， 但是有时却经
用 ，提 高电能质量，符 合我国节约 能源 的国策 ，同时亦给 企 业带来经济效益。
一
电母线上，补偿供电范围 内的无功功率。
（ ）组合就地补偿 二 电容器接在高压配电装置或动 力箱的毋线上 ， 对附近 的电动 机进行无功补偿。 （ ）单独就地补偿 三
将 电容 器装于 箱内， 置在电动机附 近，对电机单独 放
．
也 就是 说电压和 电流在 同一个频率 时二者才是等 同
的。但是实际 上，电气系统 中的 电压和电流 都包含谐波，
收 稿 日期 ：２ ０ ．４０ ０ ７０ ．９ 作者简介 ：王树 恩 （９ ８） 男，汉族 ，呼伦 贝尔学院外 事办 ，助理工程师 。研 究方向：工业 电气自动化 。 １６一
Ｎｏ． ３
Ｖ０ ７ ｂ ｉｈ ｄ ｉ ｕ ｅ ２ ０
异步 电动机 的无功功率补偿技术
王 树 恩
（ 呼伦 贝 尔 学 院 内蒙 古 海拉尔区 ０ １０ ） ２ ０ ８
浅谈功率因数与无功补偿的关系
浅谈功率因数与无功补偿的关系摘要：功率因数的高低关系到输配电线路、设备的供电能力，也影响到其功率损耗。
本文从理论上分析了功率因数与无功补偿关系。
无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。
关键词：功率因数;无功补偿一、前言功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷,功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。
电网中无功功率消耗很大，大约有50％的无功功率消耗在输、变、配电设备上,50％的无功功率消耗于电力用户。
为了减少无功功率消耗和由此而造成的电网有功损耗,就必须减少无功功率在电网中的流动，即提高电网负荷的功率因数，从而达到节约电能,降低损耗的目的。
二、影响功率因数的主要因素功率因数的产生主要是因为交流用电设备在其工作过程中，除消耗有功功率外，还需要无功功率.当有功功率P一定时，如减少无功功率Q,则功率因数便能够提高。
提高功率因数问题的实质就是减少用电设备的无功功率需要量。
1）供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响2）电网频率的波动也会对异步电机和变压器的磁化无功功率造成一定的影响3)异步电动机和电力变压器是耗用无功功率的主要设备以上是影响电力系统功率因数的一些主要因素，因此必须要寻求一些行之有效的、能够使电力网功率因数提高的方法。
就是加装无功补偿设备，使电网能够实现无功的就地平衡，达到降损节能的效果。
三、无功补偿的方法提高功率因数的主要方法是采用无功补偿技术，根据我国国情和电网现状，采用并联电容器作为无功补偿设备，是最经济的，同时安装维护最为方便。
现将采用电容器进行无功补偿的几种常用方式简述如下：1）站内集中实偿补偿点位于10～110kV变电站的10kV出线上，补偿设备安装于变电站内的户内或户外，为出线支路上所有负荷提供无功电源,补偿上一级电网的无功损耗。
浅析电力系统中的功率因数及无功补偿方式
要量将单 台或多 台低压 电容器组分散地与用电设 备并接 ， 它与用电设备
共用一套断路器 。通过控制 、保护装置与电机同时投切 。随机补偿适用
于补偿个别大容量且连续运行的无功消耗 ， 以补励磁无功为主。 低压个 别补偿 的优点是 ：用 电设备运行时 ，无功补偿投入 ，用电设备停运 时 ， 补偿设备也退 出，因此不会造成无功倒送 。 ２ ） 低压集中补偿 ， 低压集中补偿是指将低压电容器通过低压开关接在 配电变压器低压母线侧，以无功补偿投切装置作为控制保护装置 ， 根据低 压母线上的无功负荷而直接控制 电容器的投切 。 低压集中补偿的优点 ： 接
备是无功功率的主要消耗者 。 据有关的统计 ， 在Ｔ矿企业所消耗的全部 无功功率 中，异步 电动机 的无功消耗 占了 ６ ０ ％～ ７ ０ ％；而在异步电动 机空载时所消耗 的无功又 占到 电动机总无功消耗 的 ６ ０ ％ ～７ ０ ％。所以
要改善 异步电动机 的功率 因数就要防止 电动 机的空载运行并尽可 能提 高负载率 。
仅为 Ｑ （ Ｑ ＜ Ｑ ） ， 此时虽然系统中的无功功率也能平衡 ， 但平衡条件所
决定的电压水平为 ｕ ，而 ｕ显然低于 Ｕ ｎ 。在这种情况下 ，虽然可 以采 取某些措施 ， 如改变某 台变压器 的变 比来提高局部地 区的 电压水平 ， 但 整个系统的无功功率仍然不足 ， 系统 的电压质量得不到全面改善 。 这种 平衡是系统无功功率不足时达到的平衡 ，是 南于系统的电压水平下降 ， 无功功率负荷本身具有 的电压调节效应 ， 使全 系统 的无功功率需求有所
下降而达到的平衡 ， 是 南于系统 的电压水平下降 ， 无功功率负荷本身具
有 的电压调节效应 ，使全系统 的无功功率需求有所下降而达到的 。
异步电动机无功补偿
摘要本文进行了异步电动机的运行特性分析，通过电路分析和数学推导建立了异步电动机的数学模型及等效电路。
阐述了三相异步电动机就地无功补偿的原理和作用。
最后，以8051单片微型机作为控制主体设计了智能型交流异步电动机就地无功补偿装置。
关键词：异步电动机；单片机；无功补偿；AD654芯片；功率因数AbStraCtBecause Of SUCh adVan土age Ofthe aSynchronous motOr aS Simple St，rUCture，thereliable running，the convenient service and cheap phce，n iS widely applied in alltradeS and occupatiOnS．n iS well known that motOr whiCh iS direct·on Starting haSmany malpracdces．When eleCtriCal machinery 1ight-lOading running，the power 10Seincreases，the e伍Ciency and power faCtors bOth greatly reduce．TherefOre 讧haSextremely V讧a1 Signincance tO implement efieCUve COntrOl on aSyncbronous motOr，guaran“ng the secur讧y Ofthe eleCthCal machinery， avoiding th云eleCtriCal networkimpact，enabling讧economyrunninS．ThiS paper analyZe the model and equiValent Circun Ofthe aSynchronous motOLAnerdepic“ngthetheoryOftheaSynchronousmotOrreacdvepowercompensatiOno nthe spot，we deSignathe aSynchronousmotOrreacdvepowercompensatiOndeviCe ontheSpOtbasedon 8051 SingleChipMiCrocomputer．KeywordS：ASynchrOllOUS motOr； MiCrocompUter；AD654Chip；Power factOrReacUvepowercompensatiOn；引言随着我国工农业生产的迅速发展，电能的需求量越来越大，开发和节约能源已成当务之急。
浅析功率因数及无功功率补偿之间的关系
第 ７卷
第 ４期
鸡 西 大 学 学 报
Ｊ ＵＲ Ｏ ＮＡＬ ＯＦ ＪＸＩＵＮＩ ＲＳＴ Ｉ ＶＥ Ｉ Ｙ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １７ ４
２０ ０ ７年 ８月
Ａｕ ． ０ ７ ｇ２０
文章 编 号 ：６ ２ ７８ ２ ０ ）４— ０ ５—１ １７ —６ ５ （０ ７ ０ ０ ６
ＡＰ＝ １ ３２ Ｒ×１ 一 ＝ＩＲ／ Ｕ×Ｃ Ｓ １ ×１ 一 ０ ＞ （ ２ Ｏｆ ） ０ （） ５
提高功率因数前后线路的有功功率损耗可以分别表示为：
ＡＰ ｌ １ ＝３ Ｒ×１ 一 ＝１Ｒ／ Ｕ× ｃ ｓ １ ｌ ０ ， （ ２ ｏ４ ） ×１ 一 （ ） ０ ６ ＡＰ ２ ３ Ｒ×１ 一 ， ／（ ＝ １ ２ ０ ＝１Ｒ Ｕ× ｃｓ ２ ２ ｏ４ ） ０ （） ×１ 一 ７
功功率是用其空载时 的无功功率 和一定 负载下无 功功率 增 加值 两部分组成 ，所 以改善异步 电动 机的功率 因数 就 要 防止 电动机的空载运行并尽可能提高负载率 。变压器 消耗 的无 功主要是空载无功功率 ，因而变压器不应空 载 运行或长期处于负载状态 。
２低 压 配 电网 无 功 补偿 的方 法
３无功 补 偿 的 合 理 配置 原 则
式 中ＡＰ ＡＰ。 ＡＰ 线 路的有功功率损耗 ， 高功 、 、 ： 提 率因素前后的有功功率损耗 （ｗ 。 ｋ ） Ｉ线路输送 的电流 （ ） ： Ａ。 Ｕ： 路 的额 定 电压 （ｖ 。 线 ｋ ） ＣＳ 。ＣＳ 线路 增 加 无 功 补 偿 前后 的功 率 因数 ； Ｏｆ 、Ｏｆ ： Ｐ 线 路 输 送 的 有 功 功率 （ｗ 。 ： ｋ ） Ｒ 线路的电阻 （ 。由 （） （ ） ： ｎ） ６ 、７ 可知， 功率因数提高 后 ， 路有功功率损耗下降。 线 ③异步 电动 机和电力度压器 是耗用无功功率 的主要 设备。 异 步 电动 机 的定 子 与 转 子 间 的 气 隙 是 决 定 异 步 电 动 机需要较多无功 的主要 因素 ，而异步电动机所耗用 的无
功率因数与无功补偿-PPT课件
通合知识培训教材
概念 介绍 无功 补偿 校正 技术 功率因数提高的好处
谐波电流使变压器的铜损耗增加，引起 局部过热、振动、噪音增大、绕组附加发热 等。 谐波污染也会增加电缆等输电线路的损 耗。而且谐波污染对通讯质量有影响。当电 流谐波分量较高时，可能会引起继电保护的 过电压保护、过电流保护的误动作。 因此，如果系统量测出谐波含量过高时， 除了电容器端需要串联适宜的调谐（detuned） 电抗外，并需针对负载特性专案研讨加装谐 波改善装置。
通合知识培训教材
概念 介绍 无功 补偿 校正 技术 对于功率因数改善
电网中的电力负荷如电动机、变压器、日光灯及电弧炉等， 大多属于电感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需 要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此在电 网中安装并联电容器无功补偿设备后，将可以提供补偿感性负 荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由 线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动， 因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成 的电能损耗，这就是无功补偿的效益。 无功补偿的主要目的就 是提升补偿系统的功率因数。因为供电局发出来的电是以KVA 或者MVA来计算的，但是收费却是以KW，也就是实际所做的 有用功来收费，两者之间有一个无效功率的差值，一般而言就 是以KVAR为单位的无功功率。大部分的无效功都是电感性，也 就是一般所谓的电动机、变压器、日光灯……，几乎所有的无 效功都是电感性，电容性的非常少见，例如：变频器就是容性 的，在变频器电源端加入电抗器可提高功率因数。
功率因数与无功补偿
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通合知识培训教材
概念 介绍 无功 补偿 校正 技术 组件 功能 典型
1
功率因数的概念
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
三相交流异步电动机的无功补偿
三相异步交流电动机的无功补偿邵宗岐北京时代集团公司摘要：三相交流异步电动机在工矿企业中应用广泛，无论高压还是低压电动机，采取就地无功补偿对电动机运行节能降损具有重要意义。
根据工程项目的实施，对电动机无功补偿容量的计算方法做了归纳总结，多项工程实践证明是切实可行的，实际应用也取得了良好的效果。
关键词：无功补偿; 空载电流; 负载率; 电动机效率Three Phases AC Asynchronous Motor’sReactive Power CompensationSHAO Zong-qiTime Group Incorporation Beijing ChinaAbstract：Three phase AC asynchronous motors are widely used in factories.Whether for high voltage motors or low voltage motors, it’s important to effectively spread individual correction of the power factor. According to the project in practical experience,the design method of the the reactive power correction is summarized.It has been proved by many projects and gained good purpose in practical applications.Keywords: reactive power compensation；no-load current； load factor； motor’s efficiency 概述在我国，三相异步电机用电量占全国发电总量的60∽70%,是主要用电负荷。
能量回收机组中异步电动／发电机对系统功率因数的影响及无功补偿
子转 ” 实 际 上 ， 子 旋 转 磁 场 的 速 率 是 固 定 的 ， ・ ９ 定 并
有阻 止 转 子加 速 的 趋 势 ， 时 转 子 上 的 机 械 能 转 此 换 成 电 能 回送 至 电 网 。
收 稿 口期 ：ｏ １ ２— １ ， ２０ —１ ９ 作 者 简 介 ： 级 工 程 师 ，９ ２年 毕 业 于 华 南 工 学 院 电 力 系 电 高 １８ 气专业 ， 长期 从 事 石 油 化 工 行 业 的 电 气设 计 和 电 气 软 件 开 发 ， 任 该公 司仪 电室 主任 。 现
由上 所 述 ， 步 发 电 的 基 本 要 素 是 ： 子 旋 转 异 转 速 率 必 须 大 于 定 子 磁 场 的旋 转 速 率 ， 大 于 同 步 即
转 速 ； 子 磁 场 或 合 成 的气 隙 磁 场 必 须 由定 子 提 转
供 的 激 磁 电流 来 建 立 ， 就 是 要 由 电 网供 给 无 功 也
维普资讯
２０ ０２年 ８月
炼 油 设 计 Ｐ Ｔ Ｏ Ｅ Ｍ Ｅ Ｅ Ｙ Ｅ Ｇ Ｅ ｉ Ｅ Ｒ Ｌ Ｕ Ｒ ｎＮ Ｒ Ｎ Ｒ Ｇ
第 ３ ２卷第 ８期
能 量 回 收 机 组 中 异 步 电 动 ／ 电 机 发 对 系统 功 率 因 数 的 影 响 及 无 功 补 偿
ห้องสมุดไป่ตู้
功 功 率 。那 么 ， 为 电 力 用 户 因 为 有 了 一 台 异 步 作 发 电机 ， 会 减 少 对 电 网 有 功 功 率 的需 求 ， 对 电 将 但 网 无 功 功 率 的需 求 没 有 减 少 ， 对 有 功 功 率 而 言 相
旋 转 磁 场 ， 者 相 差 一 个 “ 差 ” 率 。 异 步 电 动 二 滑 速
异步电动机的无功补偿
晶闸管投切电容器（ Ｔ Ｓ Ｃ ） 是静止无功补偿技术的发展方向。 根据本 负荷侧无功电流幅值作为电力电容器的投切判据。基原理如下 ： 图２ 是 电容器 无功 补偿 系统示 意 图 。设 节点 电压 为 文提出的一种 Ｔ Ｓ Ｃ无功补偿装置 ， 分析了 Ｔ Ｓ Ｃ装置常用的主电路的特 点， 介绍了电容器投切判据与信号检测 、 零电压投入 以及晶闸管触发电 ｕ ｎ （ ｔ ） ＝ 、 ／ Ｕ ｓ ｉ ｎ ｗ ｔ （ ３ ） 路等关键问题的解决方案。 本文着重介绍设计方案中主电路选择 、 信号 ｉ （ ｔ ） ＝ 、 ／ Ｉ ｓ ｉ ｎ （ ｗ ｔ ＋ ｑ ￣ ） （ ４ｌ 检测、 投切判据 、 零电压投切 、 晶闸管触发电路等 Ｔ Ｓ Ｃ装置的关键技术 负荷电流为 ， 即
・
３１ ０・
科 技 论 坛
异步 电动机 的无功补偿
孙 成
（ 大庆 油 田 电力 集 团油 田 热 电厂 发 电二 分 厂 ， 黑龙 江 大 庆 １ ６ ３ ０ ０ ０ ）
摘 要： 以下 对 三相 低 压 异 步 电动 机 就 地 无 功补 偿 进 行 了分 析 。 关键词 ： 电动机 ； 无 功 补偿 ； 设 计
件建 立磁 场 占用 的 电能 ， 电容器 建立 电场所 占的 电能 ． 电流 在 电感元 件
一
次） 。
中作功时， 电流超前于电压 ９ ０ ￣ Ｃ 。而电流在 电容元件中作功时， 电流滞 后 电压 ９ ０ห้องสมุดไป่ตู้￣ Ｃ 。在同一 电路中，电感电流与 电容电流方 向相反 ，互差 １ ８ ０ ％。如果在 电磁元件电路中有比例地安装 电容元件， 使两者 的电流 相互抵消 ， 使电流的矢量与电压矢量之间的夹角缩小， 从而提高电能作 图３ — ３无 功 电流 幅值 检测 原理 电路框 图 功的能力， 这就是无功补偿的道理 。 基于上述原理的无功电流幅值检测原理电路框图如图 ３所示 。来 ２ 自动无功 补偿 装置 的设计 经过低通滤波 ２ ． １主电路的选择。无功补偿装置 由若干组电容器构成 ， 电容器组 自电压互感器的电压信号 ｕ和电流互感器的电流信号 ｉ 器（ Ｌ Ｐ Ｆ ） 滤波后由过零脉冲发生电路产生电压正 向过零脉冲信号 ， 作为 常用 的主 电路方 案如 图 １ 所示 。 采样保持器的采样开关信号，于是采样保持器的输出就是无功电流幅
三相交流异步电动机的无功补偿
1. 3 无功补偿后 10 kV 线路电压升高值计算 已知 : 10 kV 架空线路 LGJ - 185,距离 10 km。 由于 2台高压电动机由同一真空断路器柜控
制 ,电动机实施就地补偿后电压升高值按照全部 补偿电容器投入后计算 。
= 294 kva r 根据 (1)式求得电动机带负载运行时目标功 率因数为 : cosφ = 0. 97,容性补偿电流为 16. 96 A。 考虑用户要求及实际生产状况 ,确定取 238 kvar为 基波补偿安装容量 。
1 000 kW 电动机补偿容量计算 : Qc = Pηnβ( tanφ1 - tanφ2 )
如要空载补偿后功率因数达到 0. 95,则计算 补偿容量应为 : Qc = 46. 62 ×( tana rcco s0. 11 - tana rcco s0. 95)
= 406 kva r 根据 (1)式求得电动机带负载运行时目标功 率 因 数 为 : cosφ = 0. 97, 容 性 补 偿 电 流 为 : 23. 45 A。考虑用户要求及实际生产状况 ,确定取 349 kvar为基波补偿安装容量 。
2007年 12月中旬时代集团公司承接吉林省 梅河口市某管业公司的 2台 10 kV 高压三相交流 异步电动机及低压 400 V 穿管机生产线的无功补 偿及谐波治理项目工程 ,用户电力系统由变电所 通过 10 kV 架空线路 LGJ - 185 约 10 km 到达用 户的 10 kV 真空断路器进线柜 。笔者仅对该用户 高压电动机的无功功率补偿计算及设备投入运行 后的状况做分析比较 ,进一步说明对电动机无功 补偿节约电能的意义 。用户高压电动机为某公司 生产的 YR 系列 10 kV 4极 710 kW、1 000 kW 三 相异步电动机各 1 台 , 2 台电动机位于同一高压
异步电机的功率因数
异步电机的功率因数异步电机的功率因数是指电机在运行过程中所消耗的有功功率与视在功率之比，用来衡量电机的电能利用效果和运行质量。
功率因数是一个无量纲的数值，介于-1到1之间。
功率因数越接近1，表示电机有更高的电能利用效率，反之则表示电机有较大的无效功率损耗。
异步电机的功率因数受到多种因素的影响，包括电机的设计、负载特性和电网条件等。
下面将从不同角度分析影响异步电机功率因数的因素，以及提高功率因数的方法。
1.电机设计因素：电机的设计参数对功率因数有着直接的影响。
设计中应合理选择电机的电压、频率、磁场和定子绕组等参数，以减小铁损和电流损耗，提高功率因数。
2.负载特性：电机的负载特性也会对功率因数产生影响。
负载越重，电机的功率因数越低。
若负载过轻或过重，都会导致功率因数下降。
因此，正确选择合适的负载，是提高功率因数的关键。
3.电网条件：电网电压的波动、谐波和不平衡会对电机功率因数产生影响。
电网电压的波动会使电机的功率因数发生变化，通过电压稳定装置可以提高功率因数。
同时，电网谐波也会对异步电机的功率因数产生影响，合理配置滤波器可以降低谐波对功率因数的影响。
另外，如果电网电压不平衡，也会导致电机功率因数下降，因此需要进行电网电压平衡处理。
在实际应用中，为了提高异步电机的功率因数，可以采取以下措施：1.优化电机设计：合理选择电机的设计参数，减小电机的铁损和电流损耗，提高电机的效率和功率因数。
2.优化负载选取：选择合适的负载工况，使电机的负载适中，避免过轻或过重负载，从而提高功率因数。
3.安装电压稳定装置：电压稳定装置可以在电网电压波动时调整电机的输入电压，保持电机的额定工作电压，从而提高功率因数。
4.安装滤波器：适当配置滤波器可以减小电网谐波对电机功率因数的影响，使电机运行更稳定。
综上所述，异步电机的功率因数受到电机设计、负载特性和电网条件等多种因素的影响。
通过优化电机设计、合理选择负载、安装电压稳定装置和滤波器等措施，可以提高异步电机的功率因数，提高电机的电能利用效率和运行质量。
无功补偿与电力系统的功率因数关系
无功补偿与电力系统的功率因数关系无功补偿是一种在电力系统中常用的措施，用于改善功率因数，提高电力系统的效率和稳定性。
在本文中，我们将探讨无功补偿与电力系统功率因数之间的关系，并介绍一些常见的无功补偿设备。
一、功率因数的定义和意义功率因数是指电力系统中有功功率与视在功率之比，通常用符号cosφ或PF表示。
在理想情况下，我们希望功率因数接近于1，这意味着系统中的有功功率和视在功率几乎相等，电能得到最有效的利用。
然而，在实际电力系统中，存在着大量的电感性负载，如电机、变压器等，这些设备会产生无功功率。
无功功率对于电力系统来说是一种浪费，会导致电流、电压的失真，影响系统的稳定性和效率。
因此，通过无功补偿来减少无功功率，提高功率因数是至关重要的。
二、无功补偿技术无功补偿技术是指通过采用适当的电气设备来减少或抵消电力系统中的无功功率，以提高功率因数的方法。
常见的无功补偿设备包括静态无功补偿装置（STATCOM）、电容器组、静态无功自动补偿装置（SVC）等。
1. 静态无功补偿装置（STATCOM）STATCOM是一种通过控制无功电流来实现电力系统无功补偿的设备。
它采用功率电子器件，能够快速响应系统的需求，并能够根据电压、电流变化自动调节无功功率的输出。
通过使用STATCOM，可以减少或消除电力系统中的无功功率，从而提高功率因数。
2. 电容器组电容器是一种电气设备，可以储存和释放电能，用于补偿电力系统中的无功功率。
当电力系统中存在电感性负载时，通过连接适当的电容器组，可以提供负载所需的无功功率，从而抵消电感性负载产生的无功功率，改善功率因数。
3. 静态无功自动补偿装置（SVC）SVC是一种通过调节电力系统电流的相位和振幅来实现无功补偿的设备。
它采用多级电压型逆变器和电容器组，可以快速调节无功功率的大小和相位，用于控制电流和电压的波形，以达到提高功率因数的目的。
三、无功补偿与功率因数的关系无功补偿对于提高功率因数具有重要作用。
第四章异步动机的功率因数与无功补偿
第四章异步动机的功率因数与⽆功补偿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1 kvar（或增加1 kvar 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：安装⽆功补偿容量Q bch 后，有功功率损耗值为：减少的有功功率损耗为：⽆功补偿的经济当量为：其中C y 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；Q bch /Q 为⽆功功率的相对降低值，称为补偿度。
当补偿度很低，即Q bch <""当补偿容量很⼤，即Q bch >>Q 时， C bch ＝C y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。
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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1 kvar（或增加1 kvar 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：安装无功补偿容量Q bch 后，有功功率损耗值为：减少的有功功率损耗为：无功补偿的经济当量为：其中C y 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；Q bch /Q 为无功功率的相对降低值，称为补偿度。
当补偿度很低，即Q bch <<Q 时， C bch ＝2C y ;当补偿容量很大，即Q bch >>Q 时， C bch ＝C y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。
232232222332210101010L LP LQS R P Q P R U U P Q R R U U P P ----⨯+==⨯=⨯+⨯=+22'3322()1010bch L Q Q P P R R U U ---=⨯+⨯'32(2)10bch bch L L Q Q Q P P P R U --∆=-=⨯32232(2)10(2)10(2)(2)bch L bch bch bch LQ bch bch y Q Q P C R Q U Q QQ R QU P Q Q C Q Q Q---∆==⨯-=⨯=-=-§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(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。
也可以采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1 kvar容量所带来的经济效益，恰好等于增加这1 kvar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；KD为电源频率变化系数，取值为0．98-1．02。
如电动机容量在7.35 kW 以下时补偿容量计算公式Q >0.68Pn电动机容量大于7.35 kW 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、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，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。
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。
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15~20%左右,即能有效地减少电动机供电线路的电压损失及电力损耗，节约有功功率；3、采用交-交变频与微机控制技术真正做到无环流系统,使设备本身的能耗降低到最小；4、采用智能化技术，能自动进相与自动退相，具有故障自动诊断与自动修复功能；5、全部采用电子元器件,使用寿命长,安全可靠,维护费用极低；6、采用的接线方式可以保证安装与调试或者维护过程中不会影响到生产过程的正常运行。
五、应用示例（缺）。