Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Korekcja współczynnika mocy silnika indukcyjnego

-- poniedziałek, 15 maj 2017

Większość menedżerów zakładów produkcyjnych wie, że stosowanie silników indukcyjnych może się wiązać z niską wartością współczynnika mocy i wysokimi rachunkami za prąd. Wiele z tych osób nie wie natomiast, dlaczego tak się dzieje. Najprostsze wytłumaczenie jest takie: niska wartość współczynnika mocy obniża wydajność systemu, jest przyczyną marnotrawienia energii, a także zwiększa koszty konserwacji z powodu podwyższonej temperatury pracy urządzeń.

O mówienie tytułowego zagadnienia zacznijmy od przypomnienia podstawowych wiadomości o mocy w obwodach prądu zmiennego (rys. 1). Moc czynna (P), wyrażana w kilowatach, jest to faktyczna moc wykonująca pracę. Jeśli w obwodzie pracuje silnik indukcyjny, to moc potrzebna do wytworzenia prądu wzbudzającego lub magnesującego jest nazywana mocą bierną (Q) i wyrażana  w kilowarach (kvar). Połączeniem – sumą geometryczną mocy czynnej i biernej – jest moc pozorna, mierzona w kilowolt-amperach (kVA). Jest ona proporcjonalna do napięcia i całkowitego prądu.

Jednak nie cała wartość prądu pobieranego z układu zasilania wnosi swój wkład w moc czynną wykonującą pracę, dlatego operatorzy przemysłowych systemów użytkowych ciągle muszą dbać o sprawność układów zasilających, przesyłu i dystrybucji, by dopasować je do poziomu mocy pozornej i zaspokoić zapotrzebowanie na moc całego systemu.

Współczynnik mocy w obwodzie prądu zmiennego to stosunek mocy czynnej do mocy pozornej.

Moc bierna maleje wraz ze spadkiem prądu w sieci, a razem z nią moc pozorna, której wartość zbliża się do mocy czynnej. W idealnym obwodzie prądu zmiennego, z samymi odbiornikami rezystancyjnymi, współczynnik mocy wynosiłby 1, a moc bierna 0. Dla kontrastu, w obwodzie z samymi urządzeniami indukcyjnymi współczynnik mocy może być bardzo niski lub będzie wynosił 0, wtedy moc czynna zbliża się do 0 lub równa się tej wartości. Ponieważ większość przemysłowych obwodów składa się zarówno z odbiorników rezystancyjnych, jak i indukcyjnych, trzeba w takich układach zwiększyć podaż prądu tak, by sprostać zapotrzebowaniu na moc czynną w fabryce, która ma niską wartość współczynnika mocy ze względu na zasilanie silników indukcyjnych.

Dla operatorów przemysłowych systemów zasilania oznacza to konieczność wytworzenia dodatkowych prądów w celu skompensowania strat, np. cieplnych. Dla klientów oznacza to z kolei wyższe rachunki i/lub problemy z dystrybucją mocy w zakładzie. W przypadku ekstremalnie niskiego współczynnika mocy konieczne może się okazać zwiększenie przekroju przewodów, obciążenia nominalnego przełączników, wyłączników i transformatorów.

Popularne metody i sposoby na zwiększenie wartości współczynnika mocy

Wartość współczynnika mocy zwiększa się zwykle przez wykorzystanie silników synchronicznych lub dodatkowych kondensatorów PFCC. W obu przypadkach moc bierna jest kompensowana lokalnie, tak by zmniejszyć zapotrzebowanie na moc pozorną, bez względu na to, czy chodzi o zmniejszenie rachunków, czy o zwiększenie wydajności systemu zasilania. Najprostszym i najtańszym sposobem poprawy współczynnika mocy w istniejącej instalacji jest zamontowanie w układzie kondensatora lub baterii kondensatorów PFCC, przy zachowaniu szczególnej uwagi co do jego lokalizacji i parametrów.

Lokalizacja kondensatora

Rys. 2 pokazuje trzy możliwe lokalizacje kondensatora PFCC. W pierwszej kondensator pozostaje cały czas pod napięciem. Jeżeli występuje obciążenie od urządzenia indukcyjnego, może się pojawiać prąd udarowy, skutkujący wysokim napięciem w szynie zbiorczej. Mimo to lokalizacja ta jest polecana w przypadkach, gdy występuje impulsowanie lub częste włączanie-wyłączanie, jak to ma miejsce np. w silnikach w dźwigach, windach, silnikach o zmiennej prędkości, przy rozruchu autotransformatorowym, rozruchu z przełącznikiem gwiazda-trójkąt czy rozruchu z częścią uzwojenia.

Lokalizacje 2 i 3 mają tę zaletę, że kondensator pozostaje bez napięcia, jeśli silnik nie pracuje. W przypadku lokalizacji 3 ważne jest uwzględnienie tego, że kondensator zmniejsza prąd w odgałęzieniu, dlatego należy użyć wyłącznika przeciążeniowego o niższych parametrach. W większości wypadków można natomiast polecić lokalizację 2.

Dobór parametrów kondensatora

Podczas selekcji ważne jest, by wybrać kondensator o takich parametrach, które minimalizują ryzyko przekroczenia nie tylko dopuszczalnego napięcia zasilania, ale także prądu przejściowego czy momentu obrotowego. Przy zainstalowanym kondensatorze (rys. 3) moc bierna w szynie zbiorczej (Q1) jest różnicą zapotrzebowania na moc bierną silnika (Q3) i mocy biernej dostarczanej przez kondensator (Q2). By zbalansować wydajność i ryzyko związane z przewzbudzeniem, poleca się zwiększyć wartość współczynnika mocy do 0,90 lub 0,95.

Jako przykład rozważmy trójfazowy, czteropolowy silnik indukcyjny o mocy znamionowej PN = 186,5 kW przy 460 V i 277 A, skuteczności η = 96,2% oraz współczynniku mocy cos(ϕ) = 0,88. Aby obliczyć parametry kondensatora potrzebne do podniesienia współczynnika mocy do wartości 0,95, najpierw obliczamy moc czynną:

Następnie, jeżeli obecny współczynnik wynosi cos(ϕ1) = 0,88, a nowy cos(ϕ) = 0,95,

znajdujemy kąty fazowe ϕ1 = 28,36° i ϕ1=18,19°. Szukany parametr kondensatora PFCC będzie równy lokalnej mocy biernej (Q2), potrzebnej do podniesienia wartości współczynnika mocy do 0,95:

Dla każdego kąta fazowego ϕ1 wartość tan(φ1) to stosunek mocy biernej do czynnej. Stąd, mnożąc moc czynną P przez ten stosunek, otrzymujemy moc bierną Q.

Efekt zwiększenia wartości współczynnika mocy

By określić, jaki efekt dało podniesienie wartości współczynnika mocy, obliczymy całkowity prąd w układzie przed korekcją i po jej dokonaniu:

W tym przykładzie widać, że natężenie prądu zmalało o 21 A, czyli 7,6%. Należy zauważyć, że współczynnik mocy zmienia się wraz z obciążeniem, więc obliczone wartości będą obowiązywały tylko dla obciążenia tutaj przyjętego.

Podsumowanie

Rozważając wprowadzenie korekcji współczynnika mocy, warto się skonsultować z producentem silnika lub firmą doświadczoną w tego typu modyfikacjach. Daje to pewność właściwej implementacji, odpowiedniego doboru parametrów kondensatora i odpowiedniej jego lokalizacji.

Autor: Mike Howell jest ekspertem ds. wsparcia technicznego w Electrical Apparatus Service Association Inc. (EASA). EASA jest międzynarodowym stowarzyszeniem zrzeszającym ponad 1900 firm z 62 krajów sprzedających i serwisujących sprzęt elektryczny, elektroniczny i elektromechaniczny.

Tekst pochodzi ze specjalnego wydania “Sterowanie Silniki & Napędy“. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.


Przeczytaj także

Rozszerzona rzeczywistość w produkcji i aplikacjach związanych ze sterowaniem procesami technologicznymi
Producenci poszukujący sposobów na szybkie rozwiązywanie złożonych problemów, występujących w fabrykach, budynkach i aplikacjach sterowania procesami technologicznymi, wykorzystują obecnie coraz... więcej »
„Robotech”: Robotics Technology Conference
Robotech to jedna z najważniejszych konferencji w Polsce w dziedzinie robotyki i nowych technologii. Na konferencji zorganizowanej we Wrocławiu przez czasopismo „Control Engineering Polska” i... więcej »
Elektromobilność w perspektywie najbliższych lat, czyli trzecia edycja konferencji AUTOMOTIVE
Elektromobilność w perspektywie najbliższych lat to jeden z głównych tematów trzeciej edycji konferencji AUTOMOTIVE, która odbyła się w dniach 5-6.09.2017 r. w Krakowie. Udział w konferencji wzięło... więcej »
Jak wypełnić lukę między strategią firmy a funkcjonowaniem i wykorzystaniem jej zasobów?
Aby zmaksymalizować dochodowość w konkurującym ze sobą środowisku gospodarki globalnej, oczekuje się od organizacji, aby konsekwentnie spełniała popyt na produkcję, jednocześnie utrzymując optymalne... więcej »
Liderzy branży energetycznej łączą siły by zwiększyć bezpieczeństwo
Przy Krajowej Izbie Gospodarczej Elektroniki i Telekomunikacji (KIGEiT) powstała Sekcja Producentów Aparatury Elektrycznej (SPAE). Należą do niej firmy: ABB Sp. z o.o., Dehn Polska Sp. z o.o., Eaton... więcej »
Prawidłowa konserwacja łożysk – 7 zasadniczych kwestii
Łożyska są ważnymi komponentami układów mechanicznych, które pomagają w utrzymywaniu prawidłowego ruchu liniowego i obrotowego maszyn, zaś ich prawidłowa konserwacja zapewnia długi czas... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Europejski Kongres Lean Manufacturing
2017-09-28 - 2017-09-29
Miejsce: Katowice
OILexpo 2017
2017-10-03 - 2017-10-05
Miejsce: Sosnowiec
Targi 4INSULATION
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków
EFE 2. Targi Efektywności Energetycznej
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków
Targi Kompozyt Expo 2017
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków

Katalog

LUQAM Sp. z o.o. Sp.k.
LUQAM Sp. z o.o. Sp.k.
Kamieńskiego 47
30-644 Kraków
tel. 12 296 49 31

UE Systems Europe
UE Systems Europe
ul. Kordeckiego 30B
60-144 Poznań
tel. +48 510 518 832

zobacz wszystkie




SONDA

Czy inwestycje na rzecz energooszczędności się opłacają?

Oddanych głosów: 16

50% 50 %
tak 8 głos(ów)

31.3% 31.3 %
nie 5 głos(ów)

18.8% 18.8 %
nie potrafię wyliczyć 3 głos(ów)


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce