Коефіцієнт потужності асинхронного двигуна - від чого залежить і як змінюється
На табличці (інформаційної табличці) будь-якого асинхронного двигуна, крім інших робочих параметрів, вказаний такий його параметр як косинус фі - Cos (# 966;). Косинус фі інакше називається коефіцієнтом потужності асинхронного двигуна.
Чому цей параметр називається косинусом фі, і яке відношення він має до потужності? Все досить просто: фі - це різниця фаз між струмом і напругою, і якщо зобразити графічно активну, реактивну і повну потужності, які відбуваються при роботі асинхронного двигуна (трансформатора, індукційної печі і т. Д.), То виявиться, що ставлення активної потужності до повної потужності - це і є косинус фі - Cos (# 966;), або іншими словами - коефіцієнт потужності.
При номінальній напрузі живлення і при номінальному навантаженні на валу асинхронного двигуна, косинус фі або коефіцієнт потужності якраз і буде дорівнює тому значенню, яке зазначено на його етикетці.
Наприклад, для двигуна АІР71А2У2 коефіцієнт потужності буде дорівнює 0,8 при навантаженні на валу 0,75 кВт. Але ККД цього двигуна становить 79%, отже споживана двигуном активна потужність при номінальному навантаженні на валу виявиться більше 0,75 кВт, а саме 0,75 / ККД = 0,75 / 0,79 = 0,95 кВт.
Проте, при номінальному навантаженні на валу, параметр коефіцієнт потужності або Cos (# 966;) пов'язаний саме з споживаної з мережі енергією. Значить повна потужність даного двигуна виявиться дорівнює S = 0,95 / Cos (# 966;) = 1,187 (КВА). Де P = 0,95 - споживана двигуном активна потужність.
При цьому коефіцієнт потужності або Cos (# 966;) пов'язаний з навантаженням на валу двигуна, оскільки при різній механічної потужності на валу - різної буде і активна складова струму статора. Так, в режимі холостого ходу, тобто коли до валу нічого не приєднано, коефіцієнт потужності двигуна не перевищить, як правило, значення 0,2.
Якщо ж навантаження на валу почати збільшувати, то активна складова струму статора також буде рости, отже коефіцієнт потужності зросте, і при близькому до номіналу навантаженні виявиться рівним приблизно 0,8 - 0,9.
Якщо тепер навантаження продовжити збільшувати, тобто навантажувати вал понад номінал, то ротор буде гальмуватися, зросте величина ковзання s. індуктивний опір ротора стане вносити свій вклад, і коефіцієнт потужності почне зменшуватися.
Якщо двигун певну частину робочого часу працює вхолосту, то можна вдатися до зниження напруги, що підводиться, наприклад перемиканням з трикутника на зірку, тоді фазна напруга на обмотках зменшиться в корінь з 3 раз, знизиться индуктивная складова від крутиться вхолосту ротора, а активна складова в обмотках статора трохи зросте. Коефіцієнт потужності таким чином трохи підвищиться.
Взагалі, системи, що харчуються змінним струмом, такі як асинхронні двигуни, завжди мають крім активної ще й індуктивної та ємнісної складовими, тому кожні пів періоду в мережу повертається якась певна частина енергії, яка називається реактивною потужністю Q.
Цей факт викликає у постачальників електроенергії проблеми: генератор змушений поставляти в мережу повну потужність S, яка до генератора повертається, але дроти то все одно потрібні відповідного перетину під цю повну потужність, і, звичайно, виникає паразитний нагрівання проводів від циркулюючого туди-сюди реактивного струму . Виходить, що генератор зобов'язаний поставляти повну потужність, частина якої в принципі є марною.
У чисто активній формі генератор електростанції міг би поставити споживачеві набагато більше електроенергії, а для цього необхідно, щоб коефіцієнт потужності був би близький до одиниці, тобто як при чисто активному навантаженні, у якій Cos (# 966;) = 1.
Для забезпечення таких умов деякі великі підприємства встановлюють у себе на території установки компенсації реактивної потужності. тобто системи з котушок і конденсаторів, які автоматично підключаються паралельно асинхронних двигунів коли коефіцієнт їх потужності знижується.
Виходить, що реактивна енергія циркулює між асинхронним двигуном і цією установкою, а не між асинхронним двигуном і генератором на електростанції. Так коефіцієнт потужності асинхронних двигунів доводять майже до 1.