Коэффициент мощности асинхронного двигателя: значения и нормы

Асинхронные двигатели — самая массовая группа потребителей реактивной мощности на промышленном объекте. Именно они в первую очередь определяют, каким получится коэффициент мощности предприятия в целом, и именно из-за них чаще всего возникает необходимость в установке компенсации.

Почему двигатель потребляет реактивную мощность

Асинхронный двигатель работает за счёт вращающегося магнитного поля, которое создаётся обмоткой статора. На создание этого поля и на рассеяние магнитного потока расходуется реактивная мощность. Она не превращается в полезную работу на валу, но ток, который её переносит, греет обмотки и кабели, занимает мощность трансформатора и создаёт падение напряжения.

Активная мощность, снимаемая с вала, зависит от нагрузки на механизм. Реактивная мощность, необходимая для магнитного поля, от нагрузки почти не зависит: она определяется конструкцией двигателя и остаётся примерно постоянной. Из этого следует главный практический вывод: чем меньше загружен двигатель, тем ниже его коэффициент мощности.

От чего зависит коэффициент мощности двигателя

Типовые значения по группам оборудования

Для инженерных расчётов удобно пользоваться справочными средними значениями по группам электроприёмников, где двигатель является приводом механизма.

Источник значений: средние значения коэффициента мощности для характерных групп электроприёмников, приложение 2, таблица П.2.1 — учебное пособие Томского политехнического университета (portal.tpu.ru).

Обратите внимание на разброс: от 0,35 у сварочного оборудования до 0,8 у насосов и компрессоров. Именно поэтому состав нагрузки определяет, какая мощность компенсации понадобится.

Что делать с недогруженными двигателями

Первый шаг — найти их. Данные даёт анализ графика нагрузки и замеры токов: двигатель, работающий с загрузкой в четверть номинала, имеет заметно худший коэффициент мощности, чем при полной загрузке.

Второй шаг — устранить недогрузку организационно. Типовые мероприятия: замена двигателя, работающего с малой загрузкой, на двигатель меньшей мощности; отключение оборудования, работающего вхолостую; перераспределение нагрузки между агрегатами. Эти меры дают эффект без капитальных затрат, но их возможности ограничены.

Третий шаг — компенсация. Когда организационные меры исчерпаны, реактивную мощность вырабатывают на месте: устанавливают конденсаторные установки. Мощность компенсации считается по формуле:

Q = P × (tg φ1 − tg φ2)

где P — активная мощность нагрузки, tg φ1 соответствует текущему коэффициенту мощности, tg φ2 — требуемому. Расчёт можно выполнить в онлайн-калькуляторе.

Когда компенсировать отдельный двигатель, а когда всю сеть

Индивидуальная компенсация — конденсаторы устанавливаются непосредственно у крупного двигателя. Плюсы: компенсация работает точно в точке потребления, разгружаются кабели и аппараты защиты этого присоединения. Минусы: дороже в расчёте на единицу мощности, требуется отключать конденсаторы вместе с двигателем, чтобы не возникало самовозбуждения.

Групповая и централизованная компенсация — установка обслуживает группу потребителей или весь объект. Дешевле, проще в обслуживании, но не разгружает внутренние сети до места установки.

Подробнее о выборе способа — в статье виды и способы компенсации реактивной мощности.

Частые вопросы

Какой коэффициент мощности у асинхронного двигателя считается нормальным

Значение определяется паспортом конкретного двигателя и фактической загрузкой. Для приводов насосов и компрессоров справочное среднее значение — около 0,8. У недогруженных двигателей показатель ниже паспортного.

Почему коэффициент мощности падает при недогрузке

Реактивная мощность, необходимая для магнитного поля, почти не зависит от нагрузки на вал, а активная снижается вместе с ней. Отношение активной мощности к полной, то есть коэффициент мощности, уменьшается.

Нужно ли компенсировать каждый двигатель отдельно

Только крупные двигатели с длительным режимом работы. Для остальных выгоднее групповая или централизованная компенсация.

---