Повышение коэффициента мощности в промышленных сетях

СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ ЗА СЧЕТ РАЦИОНАЛИЗАЦИИ РАБОТЫ ТОКОПРИЕМНИКОВ

Повышение коэффициента мощности промышленного предприятия сводится в основном к рационализации работы основных потребителей реактивной мощности — асинхронных двигателей и трансформаторов.

Рис.1. Зависимость средних значений к.п.д. от мощности (для асинхронных двигателей открытого и защищенного типов).

Рис. 2. Зависимость средних значений cos φ от мощности (для асинхронных двигателей открытого и защищенного типов).

Ниже приводятся основные мероприятия, направленные к рационализации работы асинхронных двигателей:

1. Замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности или замена на двигатели той же мощности, но с улучшенными характеристиками.

При замене двигателя двигателем меньшей мощности часто потери активной мощности из-за более низкого номинального к. п. д. но­вого двигателя могут остаться неизменными или же увеличиться (рис.1), а потребление реактивной мощности в ряде случаев умень­шиться (рис.2). Поэтому следует проверить целесообразность замены двигателей. Кроме того, следует учесть стоимость монтажных работ при замене двигателя.

Пример. Для привода центробежного наcoca установлен двигатель типа АД-82/2, который имеет следующие данные: Р = 60 кВт; U_н4 = 380 В; η_н = 0,895; cos φ_н = 0,91; Т= 4 000 час/год.
Стоимость электроэнергии 2 pyб/кВтч - k_э = 0,1. Предположим, что фактическая за­грузка двигателя Р = 30 кВт при cosφ₁ = 0,81, η₁ = 0,87 и Q₁ = 24,7 кВАр.
Определить целесообразность замены ука­занного двигателя на двигатель типа АД-72/2, имеющего данные: Р_н = 35 кВт; U_н = 380 В; η_н = 0,89; cosφ_н = 0,90; I₀ = 23,0 а.

Коэффициент загрузки двигателя   АД-72/2 Р

, к.п.д. при этом .

Реактивная мощность, потребляемая дви­гателем, определяется формулой

,

где Q₀ — потребляемая реактивная мощность холостого хода. В данном случае

;

 Следовательно,

Уменьшение потерь активной мощности в самом двигателе при замене находим из выражения

Так как , то замена целесообразна при любом k_э

Общая экономия потерь активной мощности равна:

Годовую экономию получим:

или

Следовательно, в данном случае такая замена двигателей целесообразна и дает значитель­ную годовую экономию.

Рис.3. Принципиальная схема переключения статорной обмотки асинхронного двигателя с трех параллельных ветвей на две.

2. Понижение рабочего напряжения для двигателей, работающих с малыми коэффициентами загрузки, путем:

1) Переключения малозагруженных двигателей (при загрузке 35% и ниже) напряжением 127/220 и 220/380 В с треугольника на звезду с помощью специальных переключателей или постоянной перепайкой статорных обмоток. Для двигателей с часто изменяющейся нагрузкой применяются автоматические переключатели с треугольника на звезду и обратно.

2) Секционирование статорных обмоток двигателей, загруженных до 50% номинальной мощности (рис. 3). Это мероприятие на практике осложняется необходимостью изготовления переключателей и перемотки обмотки с устройством до 18 выводов для их перепайки или их присоединения к переключателю. Коэффициент мощности при этом повышается с 0,5 до 0,8.

3) Понижение напряжения фабрично-заводских силовых сетей путем переключения ответвлений понижающих цеховых трансформаторов для случая, когда все двигатели в цехе мало загружены и питаются от одного и того же трансформатора.

Рис. 4. Диаграмма для нахождения показателя эффективности Э в зависимости от мощности х.х. электропривода.

3. Ограничение времени работы двигателей на х. х., которое осуществляется на практике чаще всего с помощью автоматических ограничителей.

Если межоперационное время превышает 10 сек., применение ограничителей х. х. дает экономию активной и реактивной энергии, которая подсчитывается из выражений

где z — число технологических циклов в час;

Р_н — номинальная мощность двигателя, кВт;

Э — коэффициент эффективности, опреде­ляемый по диаграмме рис. 4 в зави­симости от мощности х. х. двигателя, измеряемой ваттметром;

Э_р — коэффициент эффективности, опреде­ляемый по диаграмме рис. 5 в зави­симости от номинального коэффициента мощности двигателя;

Т_всп — продолжительность вспомогательного времени, сек/цикл.

Рис.5 Диаграмма для нахождения показателя эффективности Эр, определяемого в зависимости от номинального коэффициента мощности асинхронного двигателя.

Пример. Станок револьверный типа Р-136. Двигатель АД-42/4;

Р_н =5,8 кВт; cos φ_н = 0,86; P₀ = 1,25 кВт; режим: Т_всп = 16 сек.;

z = 38 циклов/час;

находим по диаграмме рис. 4 Э = 0,175, тогда

По cos φ_н = 0,86 и

находим из диаграммы рис. 5 Э_р=0,355, тогда

4. Повышение качества ремонта асинхрон­ных двигателей. Выпуск из ремонта двигате­лей с большой неравномерностью загрузки от­дельных фаз с увеличенным током х. х. или с отклонением от заводских обмоточных данных вызывает значительное повышение потребле­ния двигателями реактивной мощности из сети.

5. Рационализация работы трансформато­ров, заключающаяся в замене и перегруппи­ровке их, а также отключении трансформато­ров во время работы на холостом ходу.

     Если при этом потребление реактивной мощности снижается, а потери активной мощ­ности увеличиваются или наоборот, то следует решить целесообразность замены и перегруппировки транс­форматоров.