6.4.Коэффициент мощности электропривода.

ЭП, подключенный к сети переменного тока, потребляет из нее активную Ра и реактивную Q мощности. Активная мощность расходуется на полезную работу ЭП и покрытие потерь в нем, а реактивная мощность обеспечивает создание электромагнитных полей двигателя и других его элементов и непосредственно полез­ной работы не совершает.

ЭП, потребляя реактивную мощность, нагружает ею систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии в ее элементах. По этой причине всегда следует стре­миться к обеспечению максимально возможногоcosф ЭП.

Работа ЭП в цикле характеризуется средневзвешенным, или цикловым, коэффициентом мощности, который определяется от­ношением потребленной активной энергии за цикл А_ак полной или кажущейся энергии А_пв соответствии с формулой

cosф =А_а/А_п =ΣP_ait_i/ΣS_it_i (9.34)

где S_i— полная или кажущаяся мощность на i-м участке цикла,

— соответственно активная и реактивная мощности на i-м участке цикла).

При работе ЭП в установившемся режиме с постоянной ско­ростью коэффициент мощности рассчитывается как

Cosф= P_a/S (9.35)

Коэффициентом мощности характеризуется работа ЭП с дви­гателями переменного тока, а также ЭП постоянного тока, вы­полненного по системе «управляемый выпрямитель—двигатель постоянного тока».

Коэффициент мощности асинхронного двигателя. Входящие в формулы (9.34) и (9.35) активная Р_аи реактивная Qмощности применительно к трехфазному асинхронному двигателю могут быть рассчитаны для установившегося режима его работы по следу­ющим формулам:

Pa=P₁=3U_1ФI₁cosф= Р_мех+∆Р=Mw+K+V₁+V₂ (9.36)

Q=3I²_µx_µ+3I²₁x₁+3I^/2₂x^/₂ (9.37) или Q=3I_µU_ф+Mw₀sx_k/R^/₂

Для большинства асинхронных двигателей coscф_HOM = 0,8...0,9. Для этих значений Q= (0,5...0,75)Р_нт.е. асинхронный двигатель на каждый киловатт активной мощности потребляет из сети (0,5...0,75) квар реактивной мощности. Чем ниже cosф, тем боль­шую реактивную мощность потребляет асинхронный двигатель из сети, загружая ее дополнительным током и вызывая в ней допол­нительные потери.

Коэффициент мощности асинхронного двигателя зависит от его нагрузки. При холостом ходе коэффициент мощности двигате­ля невелик, так как относительно велика доля реактивной мощ­ности по сравнению с активной. По мере увеличения нагрузки возрастает и cosф, достигая своего максимального значения примерно в области номинальной нагрузки асинхронного двига­теля.

Асинхронные двигатели являются основными потребителями реактивной мощности в системах электроснабжения, поэтому повышение коэффициента их мощности представляет собой важ­ную технико-экономическую задачу. Перечислим основные ме­роприятия по повышению cosфасинхронных двигателей.

Замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности.

Ограничение времени работы двигателей на холостом ходу.

Снижение подводимого к двигателю напряжения

Применение устройств компенсации реактивной мощности. Для компенсации реактивной мощности и повышения тем самым coscp электроприводов могут использоваться различные средства компенсации. К их числу относятся:

фильтрокомпенсирующие и фильтросимметрирующие устрой­ства, обеспечивающие одновременно компенсацию реактивной мощности, фильтрацию высших гармоник и уменьшение откло­нений напряжения по фазам;

синхронные двигатели, использование которых в качестве ком­пенсаторов реактивной мощности

синхронные компенсаторы, представляющие собой синхрон­ные двигатели, работающие без нагрузки;

конденсаторные установки;

тиристорные источники реактивной мощности.

Реактивная мощность компенсирующей установки Q_K y опре­деляется как

Q_K y=αP(tgф₁-tgф₂) где Р— потребляемая электроприводом активная мощность; tg₁,, tg₂— тангенсы угла ф до и после компенсации.

Коэффициент мощности системы «управляемый выпрямитель — двигатель постоянного тока» (УВ—ДПТ). Система УВ—ДПТ пита­ется от сети переменного тока и потребляет при этом реактивную мощность. Это определяется тем, что регулирование напряжения на якоре двигателя происходит за счет задержки открытия тири­сторов управляемого выпрямителя. Вследствие этого происходит сдвиг фазы потребляемого ЭП тока по отношению к напряжению сети и ЭП начинает потреблять реактивную мощность из сети. Кроме того, работа системы УВ—ДПТ вызывает искажение си­нусоидальной формы напряжения системы электроснабжения. Это оказывает вредное воздействие на другие ЭП, что выражается в повышенном нагреве электродвигателей, снижении их мощности и КПД, усилении вибрации и шума при их работе.

Повышение коэффициента мощности и уменьшение несину­соидальности напряжения сети при работе системы УВ—ДПТ может быть достигнуто рассмотренными ранее средствами ком­пенсации реактивной мощности. Кроме того, повышение коэф­фициента мощности можно получить путем использования спе­циальных законов управления УВ и способов коммутации их вен­тилей. К их числу относятся поочередное и несимметричное уп­равление преобразователями, а также искусственная коммутация вентилей преобразователей.

Коэффициент мощности системы УВ—ДПТ определяется двумя факторами: углом сдвига ф₁ основной первой гармоники потреб­ляемого из сети тока относительно напряжения сети и коэффи­циентом искажения ν этого тока.