Рекомендуемая литература

1. Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения. — М.:Высш.шк., 1985. — 391 с.

2. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. — М.:Энергия, 1973. — 584 с.

Лабораторная работа №7 исследование коэффициента мощности асинхронных двигателей

Цель работы: исследовать и уяснить зависимость коэффициента мощности асинхронного двигателя от его нагрузки.

Краткие теоретические сведения

Реактивная мощность, потребляемая промышленным предприятием, распределяется между отдельными видами электроэнергии следующим образом: 65 % приходится на асинхронные двигатели (АД), 20÷25 % - на силовые трансформаторы и около 10 % - на воздушные электрические сети и другие электроприемники (люминесцентные лампы, реакторы и т.п.).

Снизить потребление реактивной мощности, а, следовательно, и потери активной мощности можно двумя способами: без применения (естественный) и с применением (искусственный) компенсирующих устройств (КУ).

Первый способ – выполняются следующие мероприятия:

1. Упорядочивание технологического процесса, ведущее к улучшению энергетического режима работы оборудования, к повышению коэффициента мощности cosφ;

2. Переключение статорных обмоток ад напряжением до 1 кв с треугольника на звезду, если их загрузка составляет менее 40 %;

3. Установка ограничителей холостого хода ад;

4. Замена или отключение силовых трансформаторов, загруженных менее чем на 30 % их номинальной мощности;

5. Замена мало загруженных двигателей двигателями меньшей мощности;

6. Замена ад на синхронные двигатели той же мощности и применение сд для всех новых установок и при реконструкции существующих, где это возможно по технико-экономическим соображениям;

7. Регулирование напряжения, подводимого к двигателю при тиристорном управлении;

8. Повышение качества ремонта двигателей с сохранением их номинальных данных;

9. Правильный выбор электродвигателей по мощности и типу. Мощность электродвигателей необходимо выбирать в соответствии с режимом производственного оборудования, без излишних запасов.

Второй способ – выполняются следующие мероприятия:

1. применение в качестве КУ батарей конденсаторов;

2. применение в качестве КУ синхронных двигателей.

Активная мощность участвует в процессе электромеханического преобразования энергии и за вычетом потерь преобразуется в полезную механическую мощность. Реактивная мощность – намагничивающая мощность – необходима для создания вращающегося магнитного поля. Намагничивающий ток снижает напряжение сети, размагничивает ротор синхронного генератора на электростанции, вызывает дополнительные потери в линиях и т.д.

Реактивная мощность, потребляемая АД, зависит от его технических данных - коэффициента загрузки. При номинальной загрузке и номинальном напряжении АД потребляет реактивную мощность:

где  - коэффициент полезного действия при полной загрузке, о.е.

Реактивная мощность, потребляемая двигателем из сети на холостом ходу, может быть найдена:

где I_Х - ток холостого хода АД, А;

- коэффициент, характеризующий отношение реактивной мощности холостого хода к номинальной, о.е.

Установлено, что для двигателей с номинальным cos=0,91...0,93 реактивная мощность холостого хода составляет около 50 % реактивной мощности при номинальной загрузке двигателя.

Для двигателей с cos=0,77...0,79 она достигает 70 %.

Примерная зависимость коэффициента k_х от номинального cosφ представлена на рис. 7.1:

_{Рис. 7.1. Зависимость коэффициента kХ=QХ/QНОМ от номинального cosφ}

Увеличение потребляемой реактивной мощности при полной загрузке двигателя по сравнению с потреблением на холостом ходу:

При нагрузках АД, меньших номинальной, прирост потребления реактивной мощности по сравнению с приростом на холостом ходу пропорционален квадрату коэффициента загрузки двигателя:

где К_З =Р/Р_НОМ- коэффициент загрузки двигателя, о.е.

Таким образом, реактивная мощность, потребляемая АД при произвольной нагрузке, составляет: .

Коэффициент мощности АД при произвольной загрузке P=К_ЗP_НОМ находится по следующей формуле:

(7.1)

Как следует из выражения (7.1), коэффициент мощности двигателя уменьшается при уменьшении его загрузки.

Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя вариант исходных данных. Данные исследуемых двигателей с синхронной частотой вращения 3000 об/мин представлены в табл. 7.1.

2. Рассчитать номинальную частоту вращения АД:

; .

Частота вращения двигателя зависит от его механической нагрузки на валу, а, следовательно, от потребляемого им полного тока. При первом приближении, что зависимость n_i=f(I_i) электромеханической характеристики АД при нагрузке от 0 до I_HOM изменяется линейно, частота вращения определяется по формуле:

.

3. Построить график функции cosφ=f(I_A). Для этого необходимо произвести расчеты по пунктам 3.1÷3.6.

3.1. Вычислить активный ток двигателя I_A при номинальной нагрузке:

.

3.2. Разбить на 7 равных интервалов промежуток [0; I_A.HOM]. Для каждого значения тока найти потребляемую активную мощность по формуле в предположении линейности КПД АД, что дает погрешность 10÷20%:

.

3.3. Используя рис. 7.1 найти реактивную мощность холостого хода АД по формуле:

.

3.4. Найти увеличение потребляемой реактивной мощности при полной загрузке двигателя по сравнению с потреблением на холостом ходу:

.

3.5. Рассчитать по формуле (7.1) коэффициент мощности АД при произвольной загрузке К_Зi =Р_i/Р_НОМ.

3.6. Построить график функции cosφ=f(I_A). Все полученные данные занести в табл. 7.2.

4. Построить график функции cosφ=f(I). Полный ток I приближенно можно вычислить по формуле:

; .

Данные всех расчетов занести в табл. 7.2.

5. Запустить программу «Исследование коэффициента мощности АД» и ознакомиться с инструкцией. Сравнить свои расчетные зависимости с программной реализацией.

6. Объяснить полученные зависимости и сделать выводы по проделанной работе.

Таблица 7.1