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。

232232222332210101010L LP LQ

S R P Q P R U U P Q R R U U P P ----⨯+==⨯=⨯+⨯=+22

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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