交流异步电动机就补偿及补偿容量的确定

摘要：
       感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备，故对于油田抽油机、矿山提升机、港口卸船机等厂矿企业的较大容量电动机，应该实施就地无功补偿，即随机补偿。与其它补偿方式相比，就地补偿更能体现以下优点：
（1）线损率可减少20%；
（2）改善电压质量，减小电压损失，进而改善用电设备启动和运行条件；
（3）释放系统能量，提高线路供电能力。

一、电动机随机补偿的意义
     随电动机补偿，即随机械负荷和用电设备补偿，将电容器直接并联在电动机上，用以补偿电动机的无功消耗。据统计，县级农网中约有60%的无功功率消耗在电动机上，因此，搞好电动机的无功补偿，使其无功就地平衡，既能减少配电线路的损耗，同时还可以提高电动机的出力。
    无功补偿的主要方式是通过并联电容器以提高供电的功率因数，功率因数对于无功补偿工作来说，是一个相当重要的基本概念。无功补偿的目的，就在于提高功率因数。
[例1-01]在50Hz、380V的电路中，接有电感性负荷，负荷的功率P=20kW，功率因数0.6，试求电路中的电流？
如果负荷两端并联电容器C=374μF，求电路的电流及功率因数？具体接线见图1-01。

解：设未并联电容器时电流为I₁，已知功率因数=0.6
则I₁=P/(Ucosφ₁）=20*10³/（380*0.6）=87.7(A)
φ=arccos0.6=53.1°
I₁=87.8∠-53.1°A
接入电容后，设电容支路上的电流为Ic，则
Ic=2πfCU=2π*50*374*10^-6*380∠90°=44.6∠90°(A)
因为负荷支路的电流不变，故电路总电流I为
I=I₁+Ic=87.7∠-53.1°+44.6∠90°=58.5∠-26°(A)
此时电流滞后于电压的相位为φ₂=26°
所以cosφ₂=cos26°=0.9
即并联电容后，整个电路的功率因数从0.6提高到0.9，电路的电流则从87.7A降为58.5A，降低了33.3%。
[例1-01]形象地说明了当电路的负荷端并联电容器后，功率因数提高，电路的电流减少。总电流变小既减少了对电源电流的需求，又相应地减小线路上的功率损耗。这就是提高功率因数对电路的意义及实质。
[案例1-01]就地补偿实例：
某县某乡某区440户，1560人，配电变压器l00kVA，每月供电量1.3～1.6万kWh，低压线损率近年来一直稳定在12%～12.9%。
该台区三相动力用户多，有面粉加工、电磨、煤球加工、轧油、轧花、电焊、带锯等8户，电动机42台194kW。农网改造以来尽管做了大量努力，低压线损却一直居高不下。
该地供电所将情况反映给县上级部门，上级部门在调查研究的基础上，根据该地区实际情况，决定将其作为局低压降损试点，以就地无功补偿为突破口，把线损降下来。
经过设备调研、补偿规划、技术培训、宣传发动，某年10月底安装自愈式金属化膜并联电容器30台，进行就无功补偿。
运行10天，抄表核算：购电量3200kWh，售电量2920kWh，损失电量280kWh，线损率8.75%，比以前平均值12.5%下降了3.75%，降幅达30%。
二、 电动机就地补偿的容量的确定
（1）电动机的无功补偿一般采用就地补偿方式，电容器随电动机的运行和停止投退。
（2）电动机随机补偿的应由以往的7.5KW扩大到5.5KW及以下。
（3）单台电动机的无功补偿，一般是将电动机空载时的功率因数补偿到1。
因为电动机空载时的无功负荷最小，补偿后在满载时的功率因数仍为滞后状态。否则，如果将电动机满载时功率因数补偿到1，在其空载或轻载时就会使功率因数超前，出现过补偿现象。
如果电动机过补偿，在切断电动机电源后，使仍在旋转着的电动机变成了“异步发电机”，此时绕组中的电压值将高出额定电压几倍，即出现过电压现象，并持续较长时间，这种现象称为电动机的自励磁现象。它将危及电动机及电容器本身绝缘。
（4）电动机无功补偿容量的确定
1）从提高功率因数需要确定补偿容量：如果电力网最大负荷月的平均有功功率为Pav，补偿前的功率因数为cosφ₁，补偿后的功率因数cosφ₁，则补偿容量可用下述公式计算为
（公式1-01）
[例1-02]一台容量为5.5kW的三相交流异步电动机，额定电压380V，频率50Hz，功率因数0.8，若使功率因数提高0.9，试确定其补偿容量？
解：根据公式（公式1-01），补偿容量为

答：功率因数0.8提高到0.9，需要补偿电容器容量为1.463Kvar。
2) 电动机无功补偿容量可以按下列公式确定：
Qc≦1.732UeIo （Kvar）   （公式1-02）
对于惯性小的：Qc=(0.93-0.97)*17.32UeIo （Kvar）
对于惯性大的：Qc=(0.90-0.95)*17.32UeIo （Kvar）
式中：
Qc---电动机的无功补偿容量，（Kvar）
Ue---电动机的额定电压，KV
Io---电动机的空载电流，A.可用钳形电流表测出或查出有关手册，或按电动机额定电流的25%估算。
3）电动机无功补偿容量也可按下式粗略估算：
Qc=（0.3-0.4）Pe （Kvar）       （公式1-03）
式中：
Pe---电动机的额定功率，KW，可从电动机铭牌查出。