三相異步電動機無功就地補償的應用

陳兆明

(大連國通電氣有限公司，遼寧大連116600)

0 引言

中小型異步電動機是制造業中最常用的動力設備，在實際應用中，由于各種原因許多電動機負載率很低，經常處于輕載，甚至空載運行，造成功率因數較低，消耗大量的無功功率，產生較大的電能損耗。這不僅增加了企業的電費支出，同時對電機的運行和各種控制開關設備等產生不良影響。因此對異步電動機進行無功補償，提高功率因數，對減少供電線路損耗，有著重要意義。

人為地進行無功補償，按其安裝位置和接線方法可分為:集中補償、分組補償、就地補償三種。本文將對就地補償方式進行介紹分析。

1 電機運行中功率因數較低的原因

電源輸送給異步電動機的視在功率包括有功功率和無功功率兩部分。無功功率不直接做功，所以電機要向電力系統索取比實際做功更多的電能，使功率因數降低，增加變壓器和線路損耗，同時使線路末端的電壓降低，影響供電質量。電機運行中功率因數降低的原因有很多。

(1)經過不合理修理的電機，如修理過程中鐵心質量遭受損傷，從而引起功率因數降低;

(2)電源電壓過高，使鐵心過飽和，鐵耗增加，空載電流增大，使功率因數降低;電源電壓過低，對于恒負載運行的電機，由于電源電壓降低，使電機轉速下降，轉差率上升，使轉子銅耗增加，因此轉子的功率因數下降，引起電機總功率因數降低;

(3)電機處于輕載運行，使功率因數降低。電機的功率因數隨負載大小而變化，當電機處于空載時，空載功率因數很小，一般為0.2 ～0.3;額定負載時電機功率因數較高，一般在0.7 ～0.9 之間;當電機處于輕載時的功率因數要介于空載和負載之間變化。所以，電機輕載運行時，其功率因數在0.7 以下，越是靠近空載，其功率因數越低。

2 就地補償的理論基礎

2.1 電動機無功補償的原則

無功補償可以有效地改善電機的功率因數，充分發揮供電設備能力，減少電能在輸送和利用過程中的損耗，減小輸電導線截面積，減少線損耗，改善電壓質量，保證電氣設備正常運行，延長相關電氣設備的使用壽命，降低維修壽命。無功功率消耗在哪里，就在哪里裝補償設備，這是無功功率補償的基本原則。所謂電動機無功就地補償，就是把電容器直接并聯在電動機側，使電動機所需要的大部分無功由并聯電容器供給，電動機的有功部分由電源供給，這樣就可以減輕電源負擔，提高電網輸送能力。這種補償方式方便、投資少、效率高。但不可盲目補償，如果盲目裝入補償裝置后，運行電壓會升高，超過額定值造成電容器損壞，如果電容器容量選擇不當，也會造成一邊補償，一邊浪費電能的現象。

2.2 無功功率補償的理論計算

理論上，無功功率補償所需的電容器容量QC可按下式計算

式中，P1—電動機輸入功率，kW;cosφ—補償前功率因數;cosφ'—補償后功率因數。

由于式(1)中P1和cosφ 在非額定負載情況下測量比較繁瑣，所以工程實際中，我們按下式計算

式中，UN—額定電壓，V;I0—空載電流，A。

由于電動機就地補償通常直接連接于電動機側，其工作狀態跟隨著電動機通斷，因此，在計算電動機補償容量時，應注意不要過補償，防止引起自勵磁過電壓。單臺電動機補償的電容量不宜過大，應保證電動機在額定電源電壓下斷電時，電容器的放電電流不大于空載電流I0為合適。

2.3 無功功率補償的理論計算實例

2.3.1 實例計算

2.3.2 無功補償的經濟效益

3 電動機無功就地補償的工程應用

3.1 電容容量的實際選取

在許多因素難以確定的條件下，利用式(1)和式(2)計算QC時，工程實際中是加入一個防止過補償的折扣系數0.8 ～0.9。此外，理論計算中認為電動機的負載是穩定的，如果有波動，則應按最小負載計算QC，以防止輕載時過補償。對于上述的實例，是我們選取0.8 ×12=9 kvar 的電容。

3.2 無功功率就地補償注意事項

欲提高電機功率因數，首先應考慮在未進行人工補償之前，對廠內現有的各種電氣設備進行檢查和調整，使其合理運行，從而提高未補償前電機的功率因數。當把功率因數提高到一定程度之后，再考慮人工補償措施，使功率因數進一步提高。工廠內使用的老系列電氣設備，由于電機損耗大，性能差，如果經過節能改造，雖然可提高效率3 ～4 個百分點，功率因數也會有提高，但考慮到改造成本和長期的經濟效益，還是建議將其替換掉，重新選取高效節能電機。對于在用的電動機，采用就地補償之前，最好是對有關參數，如電壓、空載電流、最大的負載電流、最小的負載電流及相應的功率因數等進行測試，電容量的計算及最終選取，最好以實測參數計算為準。下面的幾種情況，是不適合進行無功就地補償的。

(1)如果電網中高次諧波嚴重，不適合采用就地補償的方式;

(2)對于頻繁起動、制動或正反轉的電動機，不適合采用無功功率就地補償的;

(3)對于使用Y-D 接線開路轉換的減壓起動器，也不適合采用無功功率就地補償。

使用的電容器，應安裝有保護功能。

從經濟觀點看，應優先考慮年運行小時數較多，離供電變壓器或配電母線較遠的電動機，一般供電長度值大于10m 時，才考慮直接單獨就地補償。對于經常輕載運行、“大馬拉小車”狀況，首先應考慮更換電動機的可能性，若無更換可能，而實際功率因數有明顯偏低時，則可以考慮采取無功功率就地補償來達到節能目的。

4 結語

在電動機的工廠運行中，應根據電動機的負載率及功率因數實際情況，采取無功功率就地補償的方式來對功率因數進行改善，從而可以達到改善電能質量、降低損耗、提高效率的目的，在降低用電成本的同時，也為工廠的節能減排做出了貢獻。

［1］ 劉利軍.節電技術及其工程應用［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［2］ 周勝，趙凱.電機系統節能實用指南［M］.北京:機械工業出版社，2009.

［3］ 許實章.電機學［M］第3 版.北京:機械工業出版社，2011.

［4］ 上海電器科學研究所《中小型電機設計手冊》編寫組.中小型電機設計手冊［M］.北京:機械工業出版社，1994.

［5］ 劉介才.工廠供電［M］第5 版.北京:機械工業出版社，2010.