Меню

Компенсация реактивной мощности для асинхронного двигателя

О компенсации реактивной мощности электродвигателей переменного тока

Активные и реактивные токи в электродвигателе переменного тока. Концепция компенсации реактивной мощности с использованием векторного анализа.

Компенсация реактивной мощности необходима для любых индуктивных (и емкостных) нагрузок с токами, синусоида которых смещена относительно синусоиды напряжения на углы до π радиан(или до 180°), а в основе коррекции коэффициента мощности лежит принцип компенсации реактивных токов, который наиболее легко понять на примере физических (электрических) процессов, протекающих в электродвигателях переменного тока.

Активные и реактивные токи в электродвигателе переменного тока

Работа электродвигателя переменного тока невозможна без превентивного создания магнитных полей обмоток ротора и статора, взаимодействие между которыми заставляет вал вращаться. На создание этих полей идет ток намагничивания (MagnetizingCurrent на рис. ниже), а работу двигателя с нагрузкой обеспечивает ток нагрузки (LoadCurren на рис. ниже), которые условно можно представить, как две логические цепи (линии) ветвления подаваемого на электродвигатель тока (TotalMotorCurrent на рис. ниже).

Важно: Ветвление подаваемого тока представляет логические, а не физические связи в электродвигателе — это не физическое деление цепи, а условная логическая схема для понимания концепции реактивных и активных токов.

Если условно принять, что на холостом ходу вал двигателя вращается без каких-либо потерь энергии на трение, нагрев подвижных частей, нагрев обмотки и пр., то ток намагничивания (MagnetizingCurrent) остается постоянной величиной, зависит только от конструктивных особенностей двигателя и «опаздывает» по отношению к сетевому напряжению на π радиан или 180° — синусоида тока намагничивания смещена относительно синусоиды напряжения на π радиан или 180° вправо.

Кроме того, ток намагничивания условно не связан с присоединяемыми к двигателю нагрузками и по сути не использует энергию – потребляемая в первой половине периода на создание магнитного поля энергия возвращается в сеть во втором полупериоде.

При подключении нагрузки (исполнительного механизма, компрессора и пр.) электродвигатель начинает потреблять из силовой сети ток нагрузки в объемах, пропорциональных силе сопротивления вращению двигателя. Причем ток нагрузки синфазен сетевому напряжению — увеличивается и уменьшается соответственно нагрузке, но в фазе с напряжением.

Поскольку синусоида тока намагничивания смещена относительно синусоиды напряжения на π радиан или 180° вправо, то результирующая синусоида тока намагничивания и синфазного с напряжением тока нагрузки смещена относительно синусоиды напряжения на угол в пределах от 0 до 90° вправо (опаздывает).
При (условно) равных токах намагничивания и нагрузки результирующая синусоида тока двигателя смещена относительно синусоиды напряжения на 45° вправо (рис. ниже слева), при уменьшении тока нагрузки в сравнении с током намагничивания результирующая кривая тока все больше смещается к синусоиде тока намагничивания (рис. ниже справа).

Источник



Компенсация реактивной мощности в квартире, быту и на производстве

Слишком высокая или как еще её называют, реактивная энергия и мощность, способствуют значительному ухудшению работы электрических сетей и систем. Мы предлагаем рассмотреть в нашей статье как производится автоматическая компенсация реактивной мощности (крм) и перекомпенсация в сетях на предприятиях, в квартире и в быту.

Зачем нужна компенсация реактивной мощности

Чем больше требуется энергии — тем выше становится уровень потребления топлива. И это не всегда оправдано. Компенсация мощности, т.е, её правильный расчет, поможет сэкономить в промышленных распределительных электросетях на производстве до 50 % затрачиваемого топлива, а в некоторых случаях и больше.

Нужно понимать, что тем больше ресурсов затрачено на производство, тем выше будет цена конечного продукта. При возможности снизить стоимость изготовления товара, производитель либо предприниматель, сможет снизить его цену, чем привлечь потенциальных клиентов и потребителей.

Как наглядный пример – пара диаграмм ниже. Эти векторы визуально передают полный эффект от работы установки.

Читайте также:  Можно ли поставить тэн большей мощности

Кроме этого, мы также избавляемся от потерь в электросетях, от чего эффект следующий:

  • напряжение ровное, без перепадов;
  • увеличивается долговечность проводов (abb – авв, аку) и индукционной обмотки в жилых помещениях и на заводе;
  • значительная экономия на работе домашних трансформаторов и выпрямителей тока;
  • проведенная компенсация мощности и реактивной энергии значительно продлит время работы мощных устройств (асинхронный двигатель трехфазный и однофазный).
  • значительное снижение электрических затрат.

Теория и практика

Чаще всего реактивная энергия и мощность потребляется при использовании трехфазного асинхронного двигателя, здесь и нужна компенсация сильнее всего. Согласно последним данным: 40 % — потребляют двигатели (от 10 кв), 30 – трансформаторы, 10 – преобразователи и выпрямители, 8% — расход освещения

Для того чтобы этот показатель уменьшить, используются конденсаторные устройства или установки. Но существует огромное количество подтипов этих электроприборов. Какие бывают конденсаторные установки и как они работают?

Видео: Что такое компенсация реактивной мощности и для чего она нужна?

Для того чтобы производилась компенсация энергии и реактивной мощности конденсаторными батареями и синхронными двигателями, понадобится установка энергосбережения. Чаще всего используют подобные устройства с реле, хотя вместо него может быть установлен контактор либо тиристор. Дома используются релейные приборы дуговой компенсации. Но если проводится компенсация реактивной энергии и мощности на заводах, у трансформаторов (там, где несимметричная нагрузка), то намного целесообразнее применять тиристорные устройства.

В отдельных случаях возможно использование комбинированных устройств, это приборы, которые одновременно работают и через линейный преобразователь, и через реле.

Чем поможет использование установок:

  • подстанция снизит скачки напряжения;
  • электрические сети станут более безопасными для работы электрических приборов, исчезнут проблемы компенсации электричеста и мощности у холодильных установок и сварочных аппаратов;
  • кроме этого, они очень просты в установке и эксплуатации.

Как установить конденсаторные устройства

Предварительно понадобится схема работы электросети, и документы от ПУЭ, по которым и проводится решение о компенсации энергии и реактивной мощности ДСП. Далее необходим экономический расчет:

  • сумма потребления энергии всеми приборами (это печи, цод, автоматические машины, холодильные установки и прочее);
  • сумма поступления тока в сеть;
  • вычисление потерь в цепях до поступления энергии к приборам, и после этого поступления;
  • частотный анализ.

Далее нужно сгенерировать часть мощности сразу на месте её поступления в сеть при помощи генератора. Это называется централизованная компенсация. Она может проводится также при помощи установки cos, electric, schneider, tg.

Но существует также индивидуальная однофазная компенсация реактивной энергии и мощности (либо поперечная), её цена намного ниже. В этом случае производится установка упорядоченных регулирующих устройств (конденсаторов), непосредственно у каждого потребителя питания. Это оптимальный выход, если регулируется трехфазный двигатель или электропривод. Но у этого типа компенсации есть существенный недостаток – она не регулируется, и поэтому называется еще и нерегулируемой или нелинейной.

Статические компенсаторы или тиристоры работают при помощи взаимоиндукции. В этом случае переключение производят при помощи двух или более тиристоров. Самый простой и безопасный метод, но его существенным недостатком является то, что гармоники генерируются вручную, что значительно усложняет процесс монтажа.

Продольная компенсация

Продольная компенсация производится методом варистора или разрядника.

Сам процесс происходит из-за наличия резонанса, который образуется из-за направления индуктивных зарядов друг другу на встречу. Данная технология и теория компенсации мощности применяется для реактивных и тяговых двигателей, сталеплавильной или станочной техники Гармоники, к примеру, и именуется еще искусственная.

Техническая сторона компенсации

Существует огромное количество производителей и типов установок конденсаторных установок:

  • тиристорные;
  • регуляторы на ферросплавном материале (Чехия);
  • резисторные (производятся в Петербурге);
  • низковольтные;
  • реакторы детюнинг (Германия);
  • модульные – самые новые и дорогостоящие на данный момент приборы;
  • контакторы (Украина).
Читайте также:  Как увеличить мощность двигателя рено дастер дизель

Их стоимость разнится в зависимости от организации, для боле точной и исчерпывающей информации посетите форум, где обсуждается компенсаций реактивной мощности.

Источник

Компенсация реактивной мощности в асинхронном электроприводе Текст научной статьи по специальности « Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Фрозинов Н. А., Чернова Т. Ю.

Показано, что асинхронный двигатель является наиболее распространенным видом электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40 % всей вырабатываемой электроэнергии. Выявлена необходимость создания АЭМ с высокими энергетическими характеристиками (с высоким коэффициентом мощности, малыми потерями и др.), что приведет к значительному сбережению электрической энергии и улучшению качества электроснабжения.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Фрозинов Н. А., Чернова Т. Ю.

Indemnification reactive power in the asynchronous electric drive

It is shown that the asynchronous engine (АЭМ) is most widespread kind of the electric machines consuming now about 40 % of all produced electric power. Necessity of creation АЭМ with high power characteristics (with high power factor, small losses, etc.) is revealed that will lead to considerable savings of electric energy and improvement of quality of an electrical supply.

Текст научной работы на тему «Компенсация реактивной мощности в асинхронном электроприводе»

S. Gumilevsky, T. Chernova

Reactive power compensation systems for asynchronous electric A model calculation of the reactive component of load current through the use pq theory is shown.

Keywords: reactive power compensation, asynchronous motor.

Н.А. Фрозинов, асп., (4872) 35-54-50, frozinov kolya@mail.ru, Т.Ю. Чернова, асп., (4872) 35-54-50, chernova ty@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Показано, что асинхронный двигатель является наиболее распространенным видом электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40 % всей вырабатываемой электроэнергии. Выявлена необходимость создания АЭМ с высокими энергетическими характеристиками (с высоким коэффициентом мощности, малыми потерями и др.), что приведет к значительному сбережению электрической энергии и улучшению качества электроснабжения.

Ключевые слова: энергетическая эффективность, реактивная мощность, циркуляция реактивных токов, коэффициент мощности АЭМ.

Известно, что любая индуктивная нагрузка (индуктивный дроссель, трансформатор, электрический двигатель) потребляет индуктивный ток из питающей энергосистемы. Индуктивный ток отстает по фазе от активного тока и нужен только для создания магнитного потока. Асинхронная электрическая машина (АЭМ) не является исключением. В ней также есть и активные токи, и индуктивные токи, как в двигательном, так и в генераторном режимах ее работы. Фактически, индуктивные токи АЭМ снижают ее энергетическую эффективность (т.е. уменьшает коэффициент мощности). Значит, реактивные токи и реактивная мощность в фазах электрической машины не создают активной мощности на валу, а создают только лишь вращающееся магнитное поле. Для повышения коэффициента мощности АЭМ применяют компенсирующие электрические конденсаторы, имеющие опережающую фазу тока по отношению к сетевой синусоиде напряжения. Их присоединяют к статорным индуктивным обмоткам

Идеальным режимом компенсации реактивной составляющей тока АЭМ является резонансный режим в этом многофазном индуктивно — конденсаторном контуре, который достигается подключением к фазным обмоткам электрических конденсаторов определенной емкости. При реализации резонансного режима индуктивности асинхронной машины и

Энерго- и ресурсосбережение средствами электропривода

дополнительной емкости фазовые углы сдвига токов в конденсаторах и индуктивностях равны по величине, а их фазовые сдвиги относительно напряжения сети противоположны.

И поэтому в этом режиме остается только активная составляющая тока потребления асинхронного двигателя из сети. Но резонансный режим изменяется и иногда полностью исчезает при изменении нагрузки на валу мотора, и это требует постоянной поднастройки резонансного контура — а это технически весьма сложно.

Читайте также:  Сварочный аппарат ресанта 200 мощность

Существующее конденсаторное устройство экономии электроэнергии в виде управляемых конденсаторных батарей весьма дорогое и громоздкое, и не обеспечивает достаточно полной компенсации реактивной мощности, особенно в динамических режимах изменения коэффициента мощности нагрузки. Кроме того, конденсаторные батареи обладают пониженной надежностью в условиях перенапряжений

В случае индуктивных нагрузок большой мощности, работающих в динамических режимах, конденсаторный компенсатор реактивной мощности весьма дорог и ненадежен в реализации и эксплуатации.

Поэтому конденсаторные батареи как компенсаторы реактивной мощности находят ограниченное применение, особенно в городских и магистральных электросетях, и, как следствие, возникают существенные перерасход электроэнергии ее потребителями и их затраты.

В условиях неуклонного роста цен на электроэнергию данная проблема повышения коэффициента мощности электроустановок становится все острее. Вследствие чего задачей дальнейшего развития, компенсаторов реактивной мощности, является поиск и обоснование высокоэффективного метода улучшения входного коэффициента мощности сети по отношению к данной нагрузке, причем вообще без силовых электрических конденсаторов.

Резонансные режимы работы и конденсаторные схемы компенсации реактивной мощности в индуктивных нагрузках безусловно полезны. Но есть и иной, более прогрессивный метод полной компенсации потребляемой из сети переменного тока реактивной энергии (мощности) — вообще без компенсирующих конденсаторов.

Этот метод называется методом циркуляции реактивных токов. Для его реализации необходимы в фазах индуктивной нагрузки установить полностью управляемые ключи, например, на транзисторах. Отметим, что сумма за период индуктивных фазных токов в фазах трехфазной электрической машины равна нулю. Эта особенность позволяет сделать циркуляцию реактивных токов вообще без компенсирующих конденсаторов, а с помощью полностью управляемых силовых ключей. Этот эффект циркуляции реактивных токов достигается за счёт введения полностью управляемого регулятора напряжения, включенного в цепи фазных обмоток индуктивных нагрузок (трансформаторов, АЭМ), когда посредством

устранения контура обмена реактивной энергии индуктивной нагрузки и электрической сети переменного тока достигается эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах вообще без силовых компенсирующих конденсаторов.

N. Frozinov, T. Chernova

Indemnification reactive power in the asynchronous electric drive

It is shown that the asynchronous engine (АЭМ) — is most widespread kind of the electric machines consuming now about 40 % of all produced electric power. Necessity of creation АЭМ with high power characteristics (with high power factor, small losses, etc.) is revealed that will lead to considerable savings of electric energy and improvement of quality of an electrical supply.

Keywords: power efficiency, reactive power, circulation of reactive current, power factor HEA.

В.М. Степанов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-54-50, eists@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Ю.И. Горелов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-54-50, gor tula@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНСТРУКТИВНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Рассмотрены вопросы определения уровня и показателей конструктивной надежности в системах электроснабжения с учетом влияния высших гармоник, генерируемых нелинейными элементами системы управления автоматизированного электропривода.

Ключевые слова: система электроснабжения, высшие гармоники, система управления автоматизированным электроприводом, теория надежности.

Для современных систем электроснабжения автоматизированного электропривода характерным является факт наличия высших гармоник в сетевом токе. Этот факт обусловлен использованием в современных системах электропривода импульсных элементов — силовых тиристоров и транзисторов, которые являются существенно нелинейными элементами.

Конструктивные элементы силового трансформатора, входящего в систему электроснабжения автоматизированного электропривода, в частности его обмотки, работают в условиях постоянно изменяющейся, пере-

Источник