Руководство по устройству электроустановок - Повышение коэффициента мощности асинхронных двигателей

7 Повышение коэффициента мощности асинхронных двигателей

Индивидуальная компенсация для двигателя рекомендуется для двигателей большой мощности (КВА) по отношению к заявленной мощности установки
7.1 Подсоединение блока конденсаторов и уставки защиты
Общие замечания
Из-за малого потребления активной мощности коэффициент мощности двигателя крайне низкий при холостом ходе или при малой нагрузке. Реактивный ток двигателя остается практически постоянным при всех нагрузках, так что, на ряд ненагруженных двигателей приходится потребление реактивной мощности, которое лишь негативно сказывается на установке по причинам, описанным в предыдущих разделах.
Поэтому, два хороших правила состоят в том, что ненагруженные двигатели следует выключать, а номинальные значения двигателей не должны завышаться (поскольку это лишь снизит их нагрузку).
Соединение
Блок конденсаторов должен подсоединяться непосредственно к зажимам двигателя. Специальные двигатели
Не рекомендуется применять компенсации для специальных двигателей (шаговые, реверсивные и т.д.).
Влияние на уставки защиты
После применения компенсации для двигателя ток блока двигатель-конденсатор станет меньше, чем до компенсации, при том же режиме нагрузки двигателя. Это вызвано тем, что значительная часть реактивной составляющей тока двигателя подается от конденсатора, как показано на Рис. К23.
Если максимально токовая защита двигателя расположена до соединения двигателя и конденсатора (это всегда так в случае подсоединения конденсаторов к зажимам), уставки реле защиты должны уменьшаться на отношение: cos ф до компенсации/cos ф после компенсации
K18

Рис. К2•: До компенсации трансформатор подает всю реактивную мощность; после компенсации конденсатор подает большую часть реактивной мощности

Рис. К24: Максимальное значение квар компенсации коэффициента мощности, применяемое на зажимах двигателя без риска самовозбуждения

Рис. К21: Коэффициент уменьшения для максимально токовой защиты после компенсации
Для двигателей с компенсацией в соответствии со значениями квар, указываемыми на Рис. К24 (максимальные значения, рекомендуемые для предотвращения самовозбуждения стандартных асинхронных двигателей, как обсуждается в п.7.2), указанное выше отношение будет иметь значение, аналогичное указываемому для соответствующих оборотов на Рис. К25.
Если блок конденсаторов подсоединяется к зажимам асинхронного двигателя, важно проверить что его номинальное значение меньше значения, при котором возможно самовозбуждение

Рис. К2,: Подсоединение блока конденсаторов к двигателю
7.2 Методы предотвращения самовозбуждения асинхронного двигателя
Двигатель с высокоинерционной нагрузкой будет продолжать вращаться (если специально не затормаживается) после выключения его питания.
«Магнитная инерция» цепи ротора означает создание ЭДС в обмотке статора на короткий период времени после выключения, которая уменьшиться до нуля через 1 или 2 периода в случае двигателя без компенсации.
Однако, конденсаторы компенсации коэффициента мощности составляют 3-х фазную «безваттную» нагрузку для такой затухающей ЭДС, которая вызывает емкостные токи в обмотке статора. Такие токи в статоре создают вращающееся магнитное поле в роторе, которое действует точно по той же оси и в том же направлении, что и затухающее электромагнитное поле.
Как следствие, поток ротора увеличивается; токи статора увеличиваются; и напряжение на зажимах двигателя повышается; иногда до опасно высокого уровня. Это явление известно как самовозбуждение и является одной из причин того, почему генераторы переменного тока, как правило, не работают при опережающих коэффициентах мощности, т.е., имеется тенденция к спонтанному (и неконтролируемому) самовозбуждению. Примечания:
Характеристики двигателя, приводимого в движение инерцией нагрузки, не являются строго идентичными его характеристикам холостого хода. Однако, данное предположение является достаточно точным с практической точки зрения.
В двигателе, действующем в качестве генератора, циркулирующие токи являются в основном реактивными, так что, эффект торможения (замедления) двигателя вызван главным образом только нагрузкой, представленной его охлаждающим вентилятором.
Ток (угол отставания почти 90°), потребляемый от источника питания ненагруженным двигателем в нормальных условиях, и ток (угол опережения почти 90°), подаваемый на конденсаторы двигателем, выступающим в качестве генератора, имеют одинаковое фазовое соотношение с напряжением на зажимах. Именно поэтому две характеристики могут налагаться на один график.
Для предотвращения самовозбуждения, как описывается выше, номинальная мощность (квар) блока конденсаторов должна ограничиваться следующим максимальным значением: Qc У 0.9 х !о х Un х 3, где Io = ток холостого хода двигателя и Un = межфазное номинальное напряжение двигателя (в кВ). На Рис. К26 приводятся значения Qc, соответствующие данному критерию.
Пример:
3-хфазный двигатель, 75 кВт, 3000 об/мин, 400В, может иметь блок конденсаторов не выше 17 квар согласно Рис. К24. Табличные значения, как правило, слишком малы для соответствующей компенсации двигателя до нормально требуемого уровня cos ф (Рис. К27). Однако, дополнительная компенсация может применяться для системы, например, общий блок конденсаторов, установленный для централизованной компенсации ряда небольших единиц оборудования.
Высокоинерционные двигатели и/или нагрузки
В любой установке с высокоинерционными нагрузками, приводимыми в действие
двигателями, выключатели или контакторы, управляющие такими двигателями, должны
быстро выключаться в случае полной потери электропитания.
Если не принять такой меры предосторожности, высока вероятность возникновения крайне
высоких напряжений (из-за самовозбуждения), поскольку все другие блоки конденсаторов
системы расположены параллельно с блоками конденсаторов высокоинерционных
двигателей.
Поэтому, схема защиты таких двигателей должна включать реле отключения по максимальному напряжению вместе с реле контроля обратной мощности (двигатель подает питание на остальное оборудование до рассеяния полученной инерциальной энергии). Если блок конденсаторов, связанный с высокоинерционным двигателем, больше, чем рекомендованный на Рис. К24, он должен управляться отдельно с помощью выключателя или контактора, который осуществляет выключение вместе с главным выключателем или контактором двигателя, как показано на Рис. К26.

7 Повышение коэффициента мощности двигателей
Включение главного контактора осуществляется после включения конденсаторов.

8 Пример установки до и после компенсации коэффициента мощности

Установка до компенсации коэффициента мощности
Установка после компенсации коэффициента мощности

Примечание: Фактически, cos ф цеха остается равным 0,75, но cos ф всей установки до блока конденсаторов на низковольтных терминалах трансформатора, - 0,928. Как указывается в п.6.2, cos ф на стороне высокого напряжения трансформатора немного ниже (2) из-за потерь реактивной мощности в трансформаторе.

Рис. К2!: Технико-экономическое сравнение установки до и после компенсации коэффициента мощности
Стрелки указывают векторные величины
Тем более в случае до компенсации