三相异步电动机无功就地补偿的应用

陈兆明

(大连国通电气有限公司，辽宁大连116600)

0 引言

中小型异步电动机是制造业中最常用的动力设备，在实际应用中，由于各种原因许多电动机负载率很低，经常处于轻载，甚至空载运行，造成功率因数较低，消耗大量的无功功率，产生较大的电能损耗。这不仅增加了企业的电费支出，同时对电机的运行和各种控制开关设备等产生不良影响。因此对异步电动机进行无功补偿，提高功率因数，对减少供电线路损耗，有着重要意义。

人为地进行无功补偿，按其安装位置和接线方法可分为:集中补偿、分组补偿、就地补偿三种。本文将对就地补偿方式进行介绍分析。

1 电机运行中功率因数较低的原因

电源输送给异步电动机的视在功率包括有功功率和无功功率两部分。无功功率不直接做功，所以电机要向电力系统索取比实际做功更多的电能，使功率因数降低，增加变压器和线路损耗，同时使线路末端的电压降低，影响供电质量。电机运行中功率因数降低的原因有很多。

(1)经过不合理修理的电机，如修理过程中铁心质量遭受损伤，从而引起功率因数降低;

(2)电源电压过高，使铁心过饱和，铁耗增加，空载电流增大，使功率因数降低;电源电压过低，对于恒负载运行的电机，由于电源电压降低，使电机转速下降，转差率上升，使转子铜耗增加，因此转子的功率因数下降，引起电机总功率因数降低;

(3)电机处于轻载运行，使功率因数降低。电机的功率因数随负载大小而变化，当电机处于空载时，空载功率因数很小，一般为0.2 ～0.3;额定负载时电机功率因数较高，一般在0.7 ～0.9 之间;当电机处于轻载时的功率因数要介于空载和负载之间变化。所以，电机轻载运行时，其功率因数在0.7 以下，越是靠近空载，其功率因数越低。

2 就地补偿的理论基础

2.1 电动机无功补偿的原则

无功补偿可以有效地改善电机的功率因数，充分发挥供电设备能力，减少电能在输送和利用过程中的损耗，减小输电导线截面积，减少线损耗，改善电压质量，保证电气设备正常运行，延长相关电气设备的使用寿命，降低维修寿命。无功功率消耗在哪里，就在哪里装补偿设备，这是无功功率补偿的基本原则。所谓电动机无功就地补偿，就是把电容器直接并联在电动机侧，使电动机所需要的大部分无功由并联电容器供给，电动机的有功部分由电源供给，这样就可以减轻电源负担，提高电网输送能力。这种补偿方式方便、投资少、效率高。但不可盲目补偿，如果盲目装入补偿装置后，运行电压会升高，超过额定值造成电容器损坏，如果电容器容量选择不当，也会造成一边补偿，一边浪费电能的现象。

2.2 无功功率补偿的理论计算

理论上，无功功率补偿所需的电容器容量QC可按下式计算

式中，P1—电动机输入功率，kW;cosφ—补偿前功率因数;cosφ'—补偿后功率因数。

由于式(1)中P1和cosφ 在非额定负载情况下测量比较繁琐，所以工程实际中，我们按下式计算

式中，UN—额定电压，V;I0—空载电流，A。

由于电动机就地补偿通常直接连接于电动机侧，其工作状态跟随着电动机通断，因此，在计算电动机补偿容量时，应注意不要过补偿，防止引起自励磁过电压。单台电动机补偿的电容量不宜过大，应保证电动机在额定电源电压下断电时，电容器的放电电流不大于空载电流I0为合适。

2.3 无功功率补偿的理论计算实例

2.3.1 实例计算

2.3.2 无功补偿的经济效益

3 电动机无功就地补偿的工程应用

3.1 电容容量的实际选取

在许多因素难以确定的条件下，利用式(1)和式(2)计算QC时，工程实际中是加入一个防止过补偿的折扣系数0.8 ～0.9。此外，理论计算中认为电动机的负载是稳定的，如果有波动，则应按最小负载计算QC，以防止轻载时过补偿。对于上述的实例，是我们选取0.8 ×12=9 kvar 的电容。

3.2 无功功率就地补偿注意事项

欲提高电机功率因数，首先应考虑在未进行人工补偿之前，对厂内现有的各种电气设备进行检查和调整，使其合理运行，从而提高未补偿前电机的功率因数。当把功率因数提高到一定程度之后，再考虑人工补偿措施，使功率因数进一步提高。工厂内使用的老系列电气设备，由于电机损耗大，性能差，如果经过节能改造，虽然可提高效率3 ～4 个百分点，功率因数也会有提高，但考虑到改造成本和长期的经济效益，还是建议将其替换掉，重新选取高效节能电机。对于在用的电动机，采用就地补偿之前，最好是对有关参数，如电压、空载电流、最大的负载电流、最小的负载电流及相应的功率因数等进行测试，电容量的计算及最终选取，最好以实测参数计算为准。下面的几种情况，是不适合进行无功就地补偿的。

(1)如果电网中高次谐波严重，不适合采用就地补偿的方式;

(2)对于频繁起动、制动或正反转的电动机，不适合采用无功功率就地补偿的;

(3)对于使用Y-D 接线开路转换的减压起动器，也不适合采用无功功率就地补偿。

使用的电容器，应安装有保护功能。

从经济观点看，应优先考虑年运行小时数较多，离供电变压器或配电母线较远的电动机，一般供电长度值大于10m 时，才考虑直接单独就地补偿。对于经常轻载运行、“大马拉小车”状况，首先应考虑更换电动机的可能性，若无更换可能，而实际功率因数有明显偏低时，则可以考虑采取无功功率就地补偿来达到节能目的。

4 结语

在电动机的工厂运行中，应根据电动机的负载率及功率因数实际情况，采取无功功率就地补偿的方式来对功率因数进行改善，从而可以达到改善电能质量、降低损耗、提高效率的目的，在降低用电成本的同时，也为工厂的节能减排做出了贡献。

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