Компенсация реактивной мощности в асинхронном электроприводе

S. Gumilevsky, T. Chernova

Reactive power compensation systems for asynchronous electric A model calculation of the reactive component of load current through the use pq theory is shown.

Keywords: reactive power compensation, asynchronous motor.

Получено 06.07.10

УДК 620.9:502.14:62-83

Н.А. Фрозинов, асп.,

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В АСИНХРОННОМ ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Показано, что асинхронный двигатель является наиболее распространенным видом электрических машин, потребляющих в настоящее время около 40 % всей вырабатываемой электроэнергии. Выявлена необходимость создания АЭМ с высокими энергетическими характеристиками (с высоким коэффициентом мощности, малыми потерями и др.), что приведет к значительному сбережению электрической энергии и улучшению качества электроснабжения.

Ключевые слова: энергетическая эффективность, реактивная мощность, циркуляция реактивных токов, коэффициент мощности АЭМ.

Известно, что любая индуктивная нагрузка (индуктивный дроссель, трансформатор, электрический двигатель) потребляет индуктивный ток из питающей энергосистемы. Индуктивный ток отстает по фазе от активного тока и нужен только для создания магнитного потока. Асинхронная электрическая машина (АЭМ) не является исключением. В ней также есть и активные токи, и индуктивные токи, как в двигательном, так и в генераторном режимах ее работы. Фактически, индуктивные токи АЭМ снижают ее энергетическую эффективность (т.е. уменьшает коэффициент мощности). Значит, реактивные токи и реактивная мощность в фазах электрической машины не создают активной мощности на валу, а создают только лишь вращающееся магнитное поле. Для повышения коэффициента мощности АЭМ применяют компенсирующие электрические конденсаторы, имеющие опережающую фазу тока по отношению к сетевой синусоиде напряжения. Их присоединяют к статорным индуктивным обмоткам

Идеальным режимом компенсации реактивной составляющей тока АЭМ является резонансный режим в этом многофазном индуктивно - конденсаторном контуре, который достигается подключением к фазным обмоткам электрических конденсаторов определенной емкости. При реализации резонансного режима индуктивности асинхронной машины и

Энерго- и ресурсосбережение средствами электропривода

дополнительной емкости фазовые углы сдвига токов в конденсаторах и индуктивностях равны по величине, а их фазовые сдвиги относительно напряжения сети противоположны.

И поэтому в этом режиме остается только активная составляющая тока потребления асинхронного двигателя из сети. Но резонансный режим изменяется и иногда полностью исчезает при изменении нагрузки на валу мотора, и это требует постоянной поднастройки резонансного контура - а это технически весьма сложно.

Существующее конденсаторное устройство экономии электроэнергии в виде управляемых конденсаторных батарей весьма дорогое и громоздкое, и не обеспечивает достаточно полной компенсации реактивной мощности, особенно в динамических режимах изменения коэффициента мощности нагрузки. Кроме того, конденсаторные батареи обладают пониженной надежностью в условиях перенапряжений

В случае индуктивных нагрузок большой мощности, работающих в динамических режимах, конденсаторный компенсатор реактивной мощности весьма дорог и ненадежен в реализации и эксплуатации.

Поэтому конденсаторные батареи как компенсаторы реактивной мощности находят ограниченное применение, особенно в городских и магистральных электросетях, и, как следствие, возникают существенные перерасход электроэнергии ее потребителями и их затраты.

В условиях неуклонного роста цен на электроэнергию данная проблема повышения коэффициента мощности электроустановок становится все острее. Вследствие чего задачей дальнейшего развития, компенсаторов реактивной мощности, является поиск и обоснование высокоэффективного метода улучшения входного коэффициента мощности сети по отношению к данной нагрузке, причем вообще без силовых электрических конденсаторов.

Резонансные режимы работы и конденсаторные схемы компенсации реактивной мощности в индуктивных нагрузках безусловно полезны. Но есть и иной, более прогрессивный метод полной компенсации потребляемой из сети переменного тока реактивной энергии (мощности) - вообще без компенсирующих конденсаторов.

Этот метод называется методом циркуляции реактивных токов. Для его реализации необходимы в фазах индуктивной нагрузки установить полностью управляемые ключи, например, на транзисторах. Отметим, что сумма за период индуктивных фазных токов в фазах трехфазной электрической машины равна нулю. Эта особенность позволяет сделать циркуляцию реактивных токов вообще без компенсирующих конденсаторов, а с помощью полностью управляемых силовых ключей. Этот эффект циркуляции реактивных токов достигается за счёт введения полностью управляемого регулятора напряжения, включенного в цепи фазных обмоток индуктивных нагрузок (трансформаторов, АЭМ), когда посредством

устранения контура обмена реактивной энергии индуктивной нагрузки и электрической сети переменного тока достигается эффект автоматической стабилизации входного коэффициента мощности на уровне, близком к единице, при изменении характера и величины нагрузки в широких пределах вообще без силовых компенсирующих конденсаторов.

N. Frozinov, T. Chernova

Indemnification reactive power in the asynchronous electric drive

It is shown that the asynchronous engine (АЭМ) - is most widespread kind of the electric machines consuming now about 40 % of all produced electric power. Necessity of creation АЭМ with high power characteristics (with high power factor, small losses, etc.) is revealed that will lead to considerable savings of electric energy and improvement of quality of an electrical supply.

Keywords: power efficiency, reactive power, circulation of reactive current, power factor HEA.

Получено 06.07.10

УДК 621.31

В.М. Степанов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-54-50, eists@rambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Ю.И. Горелов, канд. техн. наук, доц.,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КОНСТРУКТИВНОЙ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Рассмотрены вопросы определения уровня и показателей конструктивной надежности в системах электроснабжения с учетом влияния высших гармоник, генерируемых нелинейными элементами системы управления автоматизированного электропривода.

Ключевые слова: система электроснабжения, высшие гармоники, система управления автоматизированным электроприводом, теория надежности.

Для современных систем электроснабжения автоматизированного электропривода характерным является факт наличия высших гармоник в сетевом токе. Этот факт обусловлен использованием в современных системах электропривода импульсных элементов - силовых тиристоров и транзисторов, которые являются существенно нелинейными элементами.

Конструктивные элементы силового трансформатора, входящего в систему электроснабжения автоматизированного электропривода, в частности его обмотки, работают в условиях постоянно изменяющейся, пере-