С высоким коэффициентом мощности

Некоторое оборудование, как, например, специальная осветительная аппаратура, всегда имеет высокий коэффициент мощности. Коэффициент мощности другого оборудования зависит от режима работы – особенно для асинхронных двигателей.

Значительно улучшается коэффициент мощности асинхронного двигателя в том случае, если он работает с нагрузкой, близкой к номинальной. Дело в том, что реактивная компонента, которая обеспечивает силу намагничивания, остается фактически постоянной независимо от нагрузки, в то время как активная составляющая является функцией нагрузки.

Коэффициент мощности при номинальной нагрузке двигателя. В табл. 6.4 приведены коэффициенты мощности двигателей переменного тока при типичных нагрузках. Коэффициент мощности при полной нагрузке Т-серии двигателей со скоростью 1800 об./мин меняется при номинальном напряжении в зависимости от мощности так, что составляет 70 % при мощности 0,746 кВт; 82 % – при 7,46 кВт; 86 % при 74,6 кВт и 87,5 % – при нагрузке свыше 160 кВт.

Таблица 6.4

Коэффициент мощности (приблизительные значения)

типичных потребителей переменного тока,

близкий к единице
Лампы накаливания	1,0
Лампы дневного света (со встроенным конденсатором)	0,95–0,97
Нагревательные приборы	1,0
Синхронные двигатели (в том числе с регулируемым коэффициентом мощности основной нагрузки)	1,0
Электромашинные преобразователи	1,0
«запаздывающий»
Асинхронный двигатель при номинальной нагрузке
однофазный, до 0,746 кВт	0,55–0,75
однофазный, 0,746–7,46 кВт	0,75–0,85
трехфазный, типа беличьей клетки
высокоскоростной, до 0,746 кВт	0,75–0,90
высокоскоростной, 0,746–7,46 кВт	0,85–0,92
низкоскоростной	0,70–0,85
коллекторный	0,80–0,90
Группы асинхронных двигателей	0,50–0,85
Сварочные машины
сварочные генераторы	0,50–0,60
сварочные трансформаторы	0,50–0,70
Электродуговые печи	0,80–0,90
Индукционные печи	0,60–0,70
«опережающий»
Синхронные двигатели	0,9; 0,8; 0,7 и т. д., в зависимости от того, на какой номинальный коэффициент двигатель рассчитан
Синхронные компенсаторы	Близок к нулю (практически вся мощность потребляется реактивной нагрузкой)
Конденсаторы (статические)	Нуль (практически вся мощность потребляется реактивной нагрузкой)

Эффект слишком мощных двигателей. Недогруженные двигатели имеют слишком низкие коэффициенты мощности. Уменьшение коэффициента мощности при нагрузке ниже номинальной существенно гораздо больше, чем снижение КПД при такой же нагрузке (см. рис. 6.1). Индикатором того, что мощность двигателей превышает потребности, является коэффициент мощности предприятия ниже 80 %.

Коэффициент мощности последовательно снижается при уменьшении нагрузки по отношению к номинальной полной нагрузке (принимаемой за 100 %) – на 25 %, если нагрузка составляет 50 %, на 45 % – при 30%-ной и на 60 % – при 10%-ной нагрузке. Такое быстрое уменьшение коэффициента мощности вносит вклад в низкий общий коэффициент мощности для данного предприятия, что значительно увеличивает дополнительные расходы при оплате счетов за электроэнергию.

Коэффициент мощности можно поднять, если двигатель будет работать с нагрузками, по возможности близкими к номинальным, хотя даже 90 % от номинала все еще дают уменьшение коэффициента мощности на 5 % по сравнению с коэффициентом мощности при номинальной нагрузке. Если это невозможно, то можно использовать конденсаторы, подключенные к линии или присоединенные непосредственно к двигателю. Они потребляют «опережающий» ток из сети (пропорциональный активной мощности), «зануляя» соответствующий «запаздывающий» ток, связанный с возбуждением двигателя.

Влияние скорости электродвигателя. Как уже отмечалось, коэффициент мощности для большинства двигателей со скоростью 1800 об./мин ниже 90 % и быстро уменьшается с уменьшением скорости. При скорости 1200 об./мин коэффициент мощности отличается от 90 % в полтора с лишним раза больше, чем при скорости 1800 об./мин; при скорости 900 об./мин – более чем в два раза.

Например, при мощности 149 кВт двигатель со скоростью 1800 об./мин имеет коэффициент мощности 87,5 % (на 2,5 % ниже 90 %). Для двигателя того же размера со скоростью 900 об./мин коэффициент мощности равен 85 % (отличие от 90 % равно 5 %).

Влияние перенапряжения. Превышение питающего напряжения уменьшает коэффициент мощности, поскольку в этом случае возрастает ток, чтобы намагнитить сердечник. Двигатели, сделанные в США до 1965 г. (серии U), рассчитывались на напряжения 220, 440, 550 В и т. д., т. е. кратные 110 В. Когда эти двигатели оказывались под напряжением на 10 % больше, что стало типичным начиная с 50-х гг. прошлого века, их коэффициент мощности уменьшался примерно на 10 % из-за сильного увеличения сдвинутого по фазе тока намагничивания, связанного с насыщением стальных пластин сердечника.

Двигатели серии Т рассчитываются для работы при напряжении 230, 460, 575 В и т. д., т. е. кратном 115 В. При этом они снижают коэффициент мощности несколько меньше (около 1,5 %), чем двигатели серии U при том же напряжении.