3.5. Заходи щодо зменшення споживання реактивної потужності

Зменшення споживання реактивної потужності споживачами може бути досягнуто за рахунок організаційних та технічних заходів. Організаційні заходи слід розглядати та застосовувати в першу чергу, оскільки вони не вимагають витрат значних коштів. Зважаючи на те, що основними споживачами реактивної потужності є асинхронні двигуни, трансформатори та вентильні перетворювачі, в першу чергу слід проаналізувати їх роботу та схеми в наступних аспектах:

1. заміна малозавантажених асинхронних двигунів двигунами меншої потужності;

2. можливість зниження напруги на двигунах з систематичним недовантаженням;

3. обмеження тривалості неробочого ходу двигунів та зварювальних трансформаторів;

4. застосування синхронних двигунів замість асинхронних;

5. заміна малозавантажених трансформаторів на менш потужні;

6. застосування оптимальних силових схем та систем керування перетворювачів;

7. оптимізація технологічних процесів із збільшенням коефіцієнтів використання основного обладнання.

Заміна малозавантажених асинхронних двигунів та трансформаторів завжди доцільна, якщо коефіцієнт використання менший від 0,45. При завантаженні з коефіцієнтом використання більшим від 0,7 заміна не доцільна. При завантаженні в межах від 0,45 – 0,7 доцільність заміни необхідно обґрунтувати спеціальним розрахунком. Цей розрахунок враховує не тільки зменшення втрат активної потужності, але і вартість двигунів, роботи щодо їх заміни, витрати на компенсацію реактивної потужності тощо.

Зниження напруги на двигуні на практиці здійснити досить важко, тому що ця операція потребує відповідних пристроїв. Але якщо двигун завантажений менше 30% від номінальної потужності, доцільно переєднати обмотки з „трикутника” на „зірку”, якщо це можливо. Споживання реактивної потужності при цьому зменшиться майже в 3 рази.

Обмеження тривалості неробочого ходу двигунів та зварювальних трансформаторів зменшує відносне споживання реактивної потужності, його застосовують на підприємствах з нестабільним технологічним процесом, коли можливі тривалі режими неробочого ходу обладнання.

Застосування синхронних двигунів замість асинхронних завжди зменшує споживання реактивної потужності, але далеко не завжди можливе за технічними умовами, особливо за умовами пуску. Крім того, слід зважати на те, що синхронний двигун значно дорожчий. Тому така заміна може бути доцільною лише тоді, коли одночасно досягається збільшення продуктивності агрегату за рахунок збільшення швидкості приводного механізму на величину ковзання або це надає інші переваги.

Регульовані перетворювачі постійного струму споживають реактивну потужність із мережі, що характеризується кутом зсуву фази  між першими гармоніками напруги U та струму I, який визначається кутами регулювання  та комутації  із виразу

. (3.19)

З достатньою для практики точністю можна вважати, що коефіцієнт потужності за основними гармоніками струму та напруги дорівнює

, (3.20)

де U_в – середнє значення випрямленої напруги;

U_во – напруга ідеального неробочого ходу випрямляча. Похибка у визначенні кута ₁ за цією формулою не перевищує 1.

Більш точно з врахуванням спотворень форм кривих струмів і напруг коефіцієнт потужності перетворювача визначається співвідношенням потужностей

, (3.21)

де S₁ – повна потужність, що визначається основними гармоніками напруги і струму з боку шин живлення.

З врахуванням того, що , отримуємо

, (3.22)

де  = S₁/S – коефіцієнт спотворення, який характеризує відхилення кривих струму і напруги від синусоїдної форми.

Тобто, на коефіцієнт потужності перетворювача впливає не тільки величина кута зсуву фаз перших гармонік напруги та струму ₁, а ще і коефіцієнт спотворення . Таким чином, з метою зменшення споживання реактивної потужності керовані перетворювачі в тривалих режимах бажано експлуатувати з мінімальним кутом керування  [3,4].