ГЛАВА IX
КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ
§ 9.1. Технико-экономическое значение коэффициента мощности
Как известно, в электрической цепи переменного тока, имеющей чисто активную нагрузку, ток совпадает по фазе с приложенным напряжением.
Если в цепь включены электроприемники, обладающие активным и индуктивным сопротивлениями (например, асинхронные электродвигатели, сварочные и силовые трансформаторы и т. п.), то ток будет отставать от напряжения на некоторый угол φ, называемый углом сдвига фаз. Косинус этого угла (cosφ) называется коэффициентом мощности. Величина коэффициента мощности характеризует степень использования активной мощности источника электроэнергии. Чем выше коэффициент мощности электроприемников, тем лучше используются генераторы электрических станций и их первичные двигатели (турбины и др.), трансформаторы подстанции и электрические сети.
Наоборот, чем ниже cosφ, тем хуже используется электрооборудование электростанций и всех других элементов электроснабжения. Низкие значения cosφ при тех же величинах активной мощности приводят к дополнительным затратам на сооружение более мощных станций, подстанций и сетей, а также к дополнительным эксплуатационным расходам.
Отсюда становится ясным большое народнохозяйственное значение повышения коэффициента мощности в электрических установках.
ПУЭ (1-2-47) установлена минимальная величина cosφ = 0,92—0,95, обязательная для предприятий.
Чтобы создать заинтересованность предприятий в увеличении коэффициента мощности, существует шкала скидок и надбавок к стоимости электроэнергии в зависимости от величины его среднего значения в электрохозяйстве предприятия.
§ 9.2. Определение коэффициента мощности
Действительная мощность электроприемников предприятия непрерывно изменяется с течением времени. Это объясняется тем, что работа отдельных участков или цехов предприятий не совпадает во времени. Кроме того, часть оборудования может работать с неполной загрузкой или даже находиться в состоянии холостого хода.
Изменение активной и реактивной мощностей электроприемников влечет за собой и соответствующие изменения cosφ. Различают следующие понятия коэффициента мощности.
Мгновенный коэффициент мощности — это величина cosφ в данный момент времени.
Значение мгновенного коэффициента мощности можно определить по фазометру или по одновременным указаниям измерительных приборов — амперметра, вольтметра и киловаттметра из выражения
На предприятиях принято средневзвешенный коэффициент мощности определять за месяц.
Энергоснабжающие организации при расчетах с абонентами различают два вида средневзвешенного коэффициента мощности: естественный и общий.
Естественный средневзвешенный коэффициент мощности характеризует электрическую установку без компенсирующих устройств.
Общий средневзвешенный коэффициент мощности определяется с учетом действия компенсирующих устройств.
§ 9.3. Причины, вызывающие снижение коэффициента мощности
Основными потребителями реактивной энергии являются асинхронные электродвигатели, трансформаторы и индуктивные печи, сварочные аппараты, газоразрядные лампы и т. д.
Асинхронный электродвигатель, работающий с нагрузкой, близкой к номинальной, имеет наибольшее значение cosφ. При снижении нагрузки электродвигателя коэффициент мощности уменьшается. Это объясняется тем, что активная мощность на зажимах электродвигателя изменяется пропорционально его загрузке, в то время как реактивная мощность вследствие незначительного изменения намагничивающего тока практически остается постоянной.
При холостом ходе cosφ имеет наименьшую величину, которая в зависимости от типа электродвигателя, мощности и скорости вращения находится в пределах 0,14-0,3.
Силовые трансформаторы, как и асинхронные электродвигатели, при загрузке меньше чем на 75% имеют пониженное значение коэффициента мощности.
Перегруженные асинхронные электродвигатели тоже имеют низкий cosφ, что объясняется увеличением по токов магнитного рассеяния.
Электродвигатели открытого типа, обладающие лучшими условиями охлаждения по сравнению с закрытыми электродвигателями, могут нести большую нагрузку (активную мощность) и будут иметь, следовательно, более высокий cosφ. Электродвигатели с короткозамкнутым ротором вследствие меньших значений индуктивного сопротивления рассеяния имеют cosφ выше, чем электродвигатели с фазным ротором. Значение cosφ у машин одного и того же типа возрастет с ростом номинальной мощности и скорости вращения ротора, так как при этом уменьшается относительная величина намагничивающего тока.
Увеличение напряжения на вторичной стороне силовых трансформаторов вследствие снижения нагрузки (например, во время ночных смен и в часы обеденных перерывов) ведет к повышению напряжения по сравнению с номинальным на зажимах работающих электродвигателей. Это в свою очередь приводит к увеличению намагничивающего тока и реактивной мощности электродвигателей, что влечет за собой уменьшив коэффициента мощности.
Обточка ротора, которую производят при износе подшипников, чтобы ротор не задевал статор, приводит к увеличению воздушного зазора между статором и ротором, что вызывает увеличение намагничивающего тока и понижение cosφ. Уменьшение числа проводников в пазу статора при перемотке вызывает увеличение намагничивающего тока и снижение cosφ асинхронного двигателя.
