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

GT85 Polska z pokazami myjni TARRA Compact 100 podczas Automotive Production Support
Już 24 kwietnia we Wrocławiu odbędzie się kolejna edycja Automotive Production Support (APS), spotkania branżowego dedykowanego kadrze zarządzającej firm oraz grona specjalistów z branży Automotive.... więcej »
Wiedza i doświadczenie w pigułce? ifmnovation!
Najnowsze technologie w automatyce przemysłowej, prace przy 6 dedykowanych stanowiskach i dyskusje branżowe z Przemysłem 4.0 w roli głównej. To tylko część oferty warsztatów marki ifm electronic,... więcej »
Ochrona przed zaburzeniami elektrycznymi i elektromagnetycznymi
Zaburzenia elektromagnetyczne EMI oraz radioelektryczne RFI mogą mieć negatywny wpływ na pracę zautomatyzowanego parku maszynowego, jednak istnieją sposoby ich ograniczania lub nawet... więcej »
Kalibracja przepływomierza
Jest istotnym elementem każdego dobrze kontrolowanego procesu. Jednak dokładna kalibracja przepływomierzy wymaga nie tylko precyzyjnego kalibratora, ale również dokładnej metody pomiaru lepkości... więcej »
Dobór przepływomierza do aplikacji
Objętościowe natężenie przepływu płynu jest jednym z najważniejszych parametrów przy monitorowaniu procesów technologicznych i sterowaniu ich przebiegiem w wielu gałęziach przemysłu.... więcej »
Od horror vacui do amor vacui w… przemyśle
Chociaż możliwość praktycznego wykorzystania próżni zademonstrowano na świecie dopiero w XVII wieku, wiele lat ktoś docenił „nicość” w swojej filozofii. Był to twórca taoizmu – Laozi (Lao Tse),... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

Hannover Messe
2018-04-23 - 2018-04-27
Miejsce: Niemcy
EXPOPOWER - Międzynarodowe Targi Energetyki
2018-04-23 - 2018-04-26
Miejsce: Poznań
Polskie Forum Hartownicze
2018-04-25 - 2018-04-26
Miejsce: Wrocław
Polskie Forum Hartownicze
2018-04-25 - 2018-04-26
Miejsce: Wrocław

Katalog

NACHI EUROPE GmbH
NACHI EUROPE GmbH
Bischofstrasse 99
D-47809 Krefeld, Niemcy
tel. +48-502 49 52 89

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 © 2003-2018 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