Вопросы для самопроверки

1. Как выбрать электродвигатель при постоянной по величине длительной нагрузке?

2. На какой ток и на какое напряжение выбирают электродвигатели для сельскохозяйственного производства?

3. На какие скорости вращения выбирают электродвигатели для сельскохозяйственных машин?

4. Как выбирают электродвигатели по конструктивным особенностям и по условиям окружающей среды?

Глава xlii

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ И СПОСОБЫ ЕГО УЛУЧШЕНИЯ

1. Причины низкого коэффициента мощности в электроустановках

Асинхронные электродвигатели и трансформаторы потребляют реактивную мощность из сети. Коэффициент мощности незагруженного электродвигателя составляет величину порядка 0,1—0,2.

Коэффициент мощности силового трансформатора при холостом ходе снижается примерно до такой же величины. Наиболее резкое снижение коэффициента мощности трансформаторов наблюдается в том случае, когда нагрузка трансформаторов снижается больше чем на 40% номинальной.

Сварочные трансформаторы при работе имеют низкие значения коэффициента мощности, порядка 0,3—0,4, вследствие того, что большое количество времени они находятся в режиме холостого хода.

Как известно из электротехники, линейный ток в трехфазной сети равен

h-

Р10³

уЪи_л ^cos ф

(®).

где: Р — мощность (квтп)\

U_n — линейное напряжение (в).

Как видно из этой формулы, величина тока, забираемого из сети, обратно пропорциональна величине коэффициента мощности (cos ф).

Низкие значения коэффициента мощности в электроустановках приводят к увеличению потерь электроэнергии на нагрев проводов электрических линий, а также

463

обмоток статоров синхронных генераторов и трансформаторов. Вследствие загрузки реактивными токами линий, трансформаторов и генераторов снижается величина коэффициента использования установленной мощности электроустановки и их к. п. д. При этом увеличиваются колебания напряжения у потребителей.

Коэффициент мощности в сельских электроустановках изменяется от 0,6 до 0,9 в зависимости от сезона года и времени суток. Наименьшие значения приходятся на летнее время в дневное время суток, когда величина активной — осветительной нагрузки наименьшая.

§ 2. Способы улучшения коэффициента мощности

Коэффициент мощности повышают естественным способом и искусственной компенсацией. К естественным способам относятся следующие.

1. Правильный выбор асинхронных электродвигателей в соответствии с потребностью рабочих машин и их режимов, не допуская излишних запасов мощности. Асинхронные двигатели работают с наилучшим к. п. д. и коэффициентом мощности при их загрузке на 75—100% их номинальной мощности.

Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором имеют более высокий коэффициент мощности, чем двигатели с фазным ротором. Электродвигатели на шариковых подшипниках имеют более высокие значения коэффициента мощности, чем двигатели на подшипниках скольженйя, так как у них зазор между сталью статора и ротора меньше, чем у двигателей с подшипниками скольжения.

При выборе электродвигателей следует отдавать предпочтение высокооборотным двигателям, так как у них коэффициент мощности выше, чем у двигателей с малым числом оборотов, в связи с тем, что при увеличении числа пар полюсов возрастают магнитные потоки рассеяния.

2. Замена не полностью загруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности. Если нагрузка на электродвигатель составляет около 70% его номинальной мощности, то заменять его двигателем меньшей мощности нецелесообразно.

3. Ограничение холостого хода асинхронных электродвигателей и сварочных трансформаторов. С этой целью предусматривают устройство для автоматического отклю

464

чения электродвигателей и сварочных трансформаторов на период, когда не ведется сварка.

Установка ограничителей холостого хода на станках экономически целесообразна в тех случаях, когда длительность межоперационного периода больше 10 сек.

4. Переключение обмотки статора незагруженного асинхронного электродвигателя с треугольника на звезду, если обмотки нормально соединены в треугольник. Применяют этот способ в том случае, когда нагрузка на электродвигатель меньше 35% его номинальной мощности.

5. Замена неза1руженных трансформаторов трансформаторами меньшей мощности. Такая замена вполне целесообразна в том случае, когда нагрузка на трансформатор составляет меньше 30% его номинальной мощности.

К искусственным способам улучшения коэффициента мощности относятся следующие.

1. Установка статических конденсаторов. Конденсаторы могут быть установлены у электродвигателей или возле щитов в цехах и на подстанциях.

При индивидуальной компенсации, когда конденсаторы устанавливают непосредственно у двигателей, от реактивных токов разгружают всю питающую распределительную сеть и трансформаторы электроустановки. Это самый совершенный способ, но он требует значительных затрат.

В большинстве случаев применяют групповую компенсацию, когда батареи конденсаторов присоединяют к групповому распределительному щиту.

2. Использование синхронных генераторов и синхронных двигателей в качестве компенсаторов. В сельском хозяйстве синхронные компенсаторы непосредственно не применяют, так как они выпускаются на большие мощности (15—30 тыс. квар). Для этих целей используют синхронные генераторы, работающие вхолостую с перевозбуждением, или синхронные двигатели, работающие с перевозбуждением и не несущие нагрузки или нагруженные не на полную мощность.

3. Синхронизация асинхронных двигателей. Для этой цели применяют асинхронные двигатели с фазным ротором. Двигатель пускают в ход, как обычно, пусковым реостатом, а затем переключателем П включают постоянный ток в обмотку фазного ротора (рис. 309), при этом двигатель втягивается в синхронизм и работает как синхронный. Перевозбуждая его, можно добиваться улучшения

465

коэффициента мощности в сети. В качестве источника постоянного тока в большинстве случаев используют твердые выпрямители или машинные возбудители.

Сопротивление обмотки ротора постоянному току равно

уД+Д = |-Д,

где R — сопротивление одной фазы обмотки ротора (ом).

Рис. 309. Схема включения синхронизированного асинхронного двигателя.

Величину допустимого постоянного тока определяют

из условия равенства нагрева обмотки ротора переменным

и постоянным током

Ч/З R — Р А я ⁰¹ пер¹*- •‘ПОСТ 2 ^Jl*

Отсюда

/«><* = V^W (296)

Величину напряжения постоянного тока определяют из формулы q

U_noot = I_mor-tR(e). (297)

Синхронизацию асинхронных двигателей экономично применять при их мощности 100 кет и выше и при активной нагрузке не менее 50% номинальной мощности двигателя.

466