книги из ГПНТБ / Тасбулатов Х.Т. Электропривод в сельском хозяйстве

1. Установки, потребляющие только актив­ ную мощность: электрические лампы нака­ ливания, электронагревательные приборы и установки сопротивлений, применяемые при обогреве почвы, воздуха, воды и для других целей; сушильные устройства с применением инфракрасных лучей и т. п.

2. Установки, потребляющие активную и реактивную (индуктивную) составляющие мощности, асинхронные двигатели, трансфор­ маторы, линии электропередачи и др.

3. Установки, вырабатывающие и отдаю­ щие в сеть емкостную реактивную мощность; конденсаторы и синхронные компенсаторы.

4. Установки, потребляющие активную и вырабатывающие реактивную мощность; синхронные двигатели и асинхронные двигате­ ли с фазокомпенсаторами.

Факторы, влияющие на величину коэффициента мощности

Различные группы потребителей имеют разные по значению коэффициенты мощности.

На величину естественного коэффициента мощности влияют: характер нагрузки электро­ установок, номинальная мощность электро­ двигателя, номинальная скорость вращения двигателя, форма использования двигателя, конструкция ротора, величина механической нагрузки электродвигателя и нагрузка транс­ форматоров. Рассмотрим все эти факторы в от­ дельности.

Характер нагрузки. Электроустановки кол­

7 3 5

хозов и совхозов — одни из потребите­ лей активной и реактивной электрической энергии.

Активная энергия, доставляемая потреби­ телям, преобразуется в другие виды энергии (например, в энергию механическую). Процесс преобразования связан с потерями, на которые идет часть активной энергии.

При безпндукцпонной нагрузке в цепи пе­ ременного тока сдвига фаз (ср) между напря­ жением и током не наблюдается п коэффи­ циент мощности равняется 1. При этом потреб­

возбуждении также работают с коэффициен­ том мощности, равном 1. Асинхронные двига­ тели (а также трансформаторы) являются потребителями реактивной энергии: они обла­ дают значительной индуктивностью и всегда работают с коэффициентом мощности ниже единицы (cos ср< 1).

Асинхронные двигатели потребляют около 70%, трансформаторы — до 20—25% п линии электропередачи — 5—10% всей реактивной мощности системы.

Таким образом, крупными потребителями реактивной энергии в хозяйствах колхозов, совхозов являются асинхронные двигатели и трансформаторы, которые в основном и оп­ ределяют величину естественного коэффициен­ та мощности.

Номинальная мощность электродвигателей. Коэффициент мощности мелких двигателей равен приблизительно 0,7, а двигателей

т .

средних и крупных мощностей — 0,8—0,9. Объясняется это тем, что на величину реактив­ ной мощности влияет в основном воздушный зазор, который у двигателей больших мощно­ стей относительно меньше, чем у двигателей малых мощностей.

В последнем случае отношение реактивной

то маломощные двигатели имеют невысокий коэффициент мощности. Например, асинхрон­ ные электродвигатели типа АО при скорости вращения 950 об/мин и номинальной мощно­ сти 1 кет имеют коэффициент мощности 0,72; при номинальной мощности 20 кет — 0,84.

Номинальная скорость вращения. Асин­ хронные двигатели с меньшей номинальной скоростью вращения имеют большие размеры и большую боковую поверхность ротора по сравнению с двигателями быстроходными и поэтому обладают более низким коэффи­ циентом мощности.

Например, асинхронные электродвигатели типа АО мощностью 7,0 кет при разных номи­ нальных скоростях имеют

при /г= 1440 об/мин cos ср = 0,86, при « = 735 об/мин cos ср = 0,78.

Форма исполнения. Двигатели закрытого типа по сравнению с двигателями открытого или защищенного типа при одинаковой мощ­ ности имеют большие размеры и поэтому так*

135

же обладают более низким коэффициентом мощности.

Конструкция ротора. В двигателях с фаз­ ным ротором благодаря лобовым соединениям обмоток ротора и ответвлениям к кольцам наблюдаются добавочные магнитные потоки рассеяния. Поэтому такие двигатели имеют более низкий коэффициент мощности, чем дви­ гатели с короткозамкнутым ротором.

Нагрузка электродвигателя. В условиях эксплуатации коэффициент мощности в зна­ чительной степени зависит от механической нагрузки двигателей. С уменьшением нагрузки соответственно уменьшается активный ток двигателя, тогда как реактивный ток остается почти постоянным. Но относительная величи­ на реактивного тока возрастает, и коэффи­ циент мощности двигателя уменьшается, а это, в свою очередь, снижает средневзвешенный коэффициент мощности потребителя.

Кривая изменения коэффициента мощно­ сти при изменении нагрузки на валу асинхрон­ ного двигателя показана на рисунке 55; по

трансформаторов, питающих электроустанов­ ки, вызывает снижение коэффициента мощ­ ности.

Так как асинхронные двигатели и транс­ форматоры являются наиболее распространен­ ными установками, их недогрузка является основной причиной низкого коэффициента мощности сетей потребителя.

136

Малая нагрузка двигателя п трансформа­ торов — в большинстве случаев результат их неправильного выбора по мощности (выбора с запасом).

Способы повышения коэффициента мощности

Повышение коэффициента мощности элек­ троустановок может быть достигнуто повыше­ нием естественного cos ср, т. е. снижением реактивной составляющей мощности, отдавае­ мой в сеть, а также рационализацией энерго­ хозяйства без применения специальных ком­ пенсационных устройств.

Повышение коэффициента мощности до­ стигается при правильном выборе мощности электродвигателей и условий их эксплуатации, при повышении качества ремонта электродви­ гателей и замене уже работающих и мало за­ груженных двигателей и трансформаторов установками меньшей мощности.

Известно, что асинхронный электродвига­ тель работает с наилучшими к.п.д. и коэффи­ циентом мощности при загрузке его от 75% до номинальной. Поэтому эксплуатация двигате­ лей, загруженных менее 75%, нерентабельна.

Мало загруженные двигатели следует за­ менить электродвигателями меньшей мощно­ сти или, если возможно, переключить их обмотки с треугольника на звезду при нагруз­ ке не более 35% от номинальной. При таком переключении в 1,73 раза уменьшается напря­ жение, подведенное к каждой обмотке статора

137

(фазное напряжение), в связи с этим умень­ шается магнитный поток и потребление реак­ тивной энергии (рис. 56).

Если обмотки статора двигателя образуют несколько параллельных ветвей, их можно соединить последовательно, при этом к.п.д. и коэффициент мощности повышаются, но так же, как при переключении с треугольника на звезду, уменьшаются мощность и момент дви­ гателя. Например, если обмотка фазы двига­ теля до переключения состояла из трех парал­ лельных ветвей, по две секции в каждой, то после переключения стало две ветви по три секции в каждой. Напряжение секции при этом уменьшилось в 2/3 раза, так как:

и 1с = 1І2^Ф И С = УзѴф

или отношение ^ = Vs: Уз = Уз- (И)

U i C

Момент двигателя уменьшился пропорцио­ нально квадрату фазного напряжения, он со­ ставил примерно половину номинального мо­ мента. Коэффициент мощности при нагрузке, равной 50% от номинальной, должен повы­ ситься примерно с 0,5 до 0,8. Асинхронный двигатель, работая без нагрузки, имеет коэф­ фициент мощности, равный 0,15—0,2, в этом режиме его целесообразно отключать от сети.

Значительный эффект дает интенсифика­ ция технологических процессов, обусловли­ вающая равномерную загрузку оборудования, что, в свою очередь, обусловливает равномер­ ную загрузку соответствующих электродвига­ телей и, следовательно, повышает средневзве­ шенный коэффициент мощности.

140

Коэффициент мощности электродвигателей н трансформаторов при холостом ходе дости­ гает максимальных значений. В связи с этим существенных результатов в повышении коэф­ фициента мощности можно добиться ограни­ чением холостых ходов электродвигателей и трансформаторов. Весьма эффективным мероприятием является также массовое внед­ рение ограничителей холостого хода, автома­ тически отключающих электродвигатели при

связываются с рычагами педального управле­ ния станком или рычагами фрикционной муф­ ты. Тогда при включении фрикциона контакты

фрикциона контакты А размыкаются и двига­ тель останавливается. Кнопка С служит для отключения двигателя по окончании работы.

Практика показывает, что вследствие не­ правильного и неудовлетворительного ремонта электродвигателей в ряде случаев ток холо­ стого хода (намагничивающий) значительно возрастает, что приводит к снижению номи­ нального коэффициента мощности. Поэтому не следует допускать обточку ротора асин­ хронных двигателей при сработанных под­ шипниках, изменение числа проводников в па­ зу или распиливание последних для облегче­ ния укладок обмотки. Все это ведет к увеличе­ нию воздушного зазора, а следовательно, и к уменьшению номинального коэффициента мощ­ ности.

141

ЁнеДрейие асинхронных Двигателей йа 1470 об/мин содействует повышению коэффи­ циента мощности, так как эти двигатели по сравнению с двигателями на 930 и 735 об/мин имеют более высокий коэффициент мощности.

Улучшение коэффициента мощности дает возможность:

увеличить пропускную способность элек­ трических сетей и, следовательно, экономить цветные металлы;

снизить установленную мощность транс­ форматоров;

снизить потери электрической энергии в электрических сетях и трансформаторах;

снизить потерн напряжения в электросетях, питающих электроустановки предприятия;

снизить стоимость электроэнергии, расхо­ дуемой сельским потребителем.

Кроме того, повышения коэффициента мощности добиваются снижением реактивной составляющей мощности, отдаваемой в сеть,

атакже установкой специальных устройств, вырабатывающих емкостную составляющую мощность. Так как реактивная составляющая мощность потребителя является индуктивной,

акомпенсатор создает емкостную составляю­ щую, в сеть отдается разность этих мощностей.

При этом методе повышения коэффициента

мощности используются следующие компенси­ рующие установки: с т а т и ч е с к и е к о н ­ д е н с а т о р ы , с и н х р о н н ы е к о м п е н с а ­ т о р ы и п е р е в о з б у ж д е н н ы е с и н ­ х р о н н ы е д в и г а т е л и . Все они вырабаты­ вают реактивную мощность, потребляемую некоторыми приемниками. Поэтому при вклю-

142

Ченин в сеть эти установки разгружают энер­ гетическую систему (в частности, генераторы на электростанции) от реактивной мощности и соответственно повышают коэффициент, мощности системы или сети.

Ниже рассматриваются условия работы и характеристика компенсирующих устройств.

Статическими конденсаторами называются приборы, применяемые для получения значи­ тельной электрической емкости. Они состоят из двух проводящих поверхностей (электро­ дов), разделенных диэлектриком. В технике широко применяются плоские бумажные кон­ денсаторы, у которых электроды выполняются из алюминиевой фольги.

При значительном числе часов использова­ ния электродвигателей конденсаторные бата­ реи включаются либо непосредственно на за­ жимы двигателей, либо на групповом распре­ делительном щите, либо на стороне низкого (высокого) напряжения трансформаторной подстанции потребителя.

В первом случае от реактивных токов раз­ гружается вся сеть, во втором — только сети низкого напряжения и трансформатор, в тре­ тьем — от реактивных токов сети низкого на­ пряжения не разгружаются, а при установке конденсаторов на стороне высокого напряже­ ния от реактивных токов не разгружается и трансформатор.

Для повышения емкости трехфазные кон­ денсаторы соединяются параллельно, одно­ фазные то же. Кроме того, для включения в трехфазную сеть они включаются треуголь­ ником.

143