Косинус фи асинхронного двигателя: Рабочие характеристики асинхронного двигателя – Инструкции по эксплуатации (разное).

Асинхронный двигатель, согласно принципу обратимости электрических машин, может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Для работы асинхронного двигателя в любом режиме требуется источник реактивной мощности.

В двигательном режиме при подключении двигателя к трехфазной сети переменного тока в обмотке статора образуется вращающееся магнитное поле, под действием которого в короткозамкнутой обмотке ротора наводятся токи, образующие электромагнитный момент вращения, стремящийся провернуть ротор вокруг его оси. Ротор преодолевает момент нагрузки на валу и начинает вращаться, достигая подсинхронной скорости (она же и будет номинальной с учетом момента нагрузки на валу двигателя).

В генераторном режиме при наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, асинхронная машина способна генерировать активную мощность.

Режимы работы (подробно)

Пуск — вектор результирующего магнитное поле статора равномерно вращается с частотой питающей сети, деленной на количество отдельных обмоток каждой фазы (в простейшем случае — по одной). Таким образом, через любое сечение ротора проходит магнитный поток, изменяющийся во времени по синусу. Изменение магнитного потока в роторе порождает в его обмотках ЭДС. Так как обмотки замкнуты накоротко и сделаны из проводника большого сечения («беличье колесо»), ток в обмотках ротора достигает значительных величин и, в свою очередь, создает магнитное поле. Так как ЭДС в обмотках пропорциональна скорости изменения магнитного потока (то есть производной по времени от синусной зависимости — косинусу), наведенная ЭДС беличьего колеса и соответственно результирующее магнитное поле (вектор) ротора на 90° «опережает» вектора статора (если смотреть на направления векторов и направление их вращения). Взаимодействие магнитных полей создает вращающий момент ротора.

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме пуска и полного торможения, тратится на перемагничивание ротора и статора, а также на активное сопротивление току в обмотке ротора. (Эквивалентно работе понижающего трансформатора с коротким замыканием вторичной обмотки. )

Холостой ход — после начала движения, с увеличением оборотов ротора, его скорость относительно вектора магнитного поля статора будет уменьшаться. Соответственно будет уменьшаться и скорость изменения магнитного потока через (любое) сечение ротора, соответственно уменьшится наведенная ЭДС и результирующий магнитный момент ротора. В отсутствие сил сопротивления (идеальный холостой ход) угловая скорость ротора будет равна угловой скорости магнитного поля статора, соответственно разница скоростей, наведенная ЭДС и результирующее магнитное поле ротора будут равны нулю.

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме холостого хода, не потребляется (индуктивная нагрузка). Эквивалентно работе понижающего трансформатора на холостом ходу (или короткозамкнутыми вторичными обмотками, расположенными вдоль сердечника).

Двигательный режим — среднее между полным торможением и холостым ходом. Полезная нагрузка и механические потери не позволяют ротору достичь скорости магнитного поля статора, возникающее их относительное скольжение наводит некоторую ЭДС и соответствующее магнитное поле ротора, которое своим взаимодействием с полем статора компенсирует тормозной момент на валу.

Механическая характеристика асинхронного двигателя является «жесткой», то есть при незначительном уменьшении оборотов крутящий момент двигателя возрастает очень сильно — «стремится поддерживать номинальные обороты». Это хорошее свойство для приводов, требующих поддержания заданной скорости независимо от нагрузки (транспортеры, погрузчики, подъемники, вентиляторы).

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в двигательном режиме, потребляется (частью, обозначаемой «косинус фи») на совершение полезной работы и нагрев двигателя, остальная часть возвращается в сеть как индуктивная нагрузка. «Косинус фи» зависит от нагрузки на двигатель, на холостом ходу он близок к нулю. В характеристике двигателя указывается «косинус фи» для номинальной нагрузки.

Генераторный режим возникает при принудительном увеличении оборотов выше «идеального холостого хода». При наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, магнитное поле ротора наводит ЭДС в обмотках статора, и двигатель превращается в источник активной мощности (электрической).

Способы соединения обмоток

• Звезда — начала всех обмоток соединяются вместе и соединяются с «нулем» подводимого напряжения. Концы обмоток подключаются к фазам трехфазной сети. На схеме изображения обмоток напоминают звезду (катушки по радиусу направлены из центра).
• Треугольник — начало одной обмотки соединяется с концом следующей по кругу. Места соединения обмоток подключаются к фазам трехфазного напряжения. «Нулевого» выхода такая схема не имеет. На схеме обмотки соединены в треугольник.

Схемы не имеют особых преимуществ друг перед другом, однако «звезда» требует большего фазового напряжения, чем «треугольник» (для работы в номинальном режиме). Поэтому в характеристике трехфазного двигателя указывают два номинальных напряжения через дробь (как правило, это 220/380 или 127/220 вольт).

Работающие по схеме «треугольник» двигатели можно соединять в «звезду» на время пуска (для снижения пускового тока) посредством специальных пусковых реле.

Начала и концы обмоток выведены на колодку «два на три» вывода так, что:

• для соединения в «звезду» требуется соединить весь один ряд из трех выводов — это будет центр («ноль»), остальные выводы подключаются к фазам.
• для соединения в «треугольник» требуется соединить попарно все три ряда по два провода и подключить их к фазам.

Трёхфазный двигатель – это… Что такое Трёхфазный двигатель?

Трёхфазный двигатель — электродвигатель, который конструктивно предназначен для питания от трехфазной сети переменного тока.

Представляет собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и при подаче трехфазного напряжения образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора — различной конструкции — вращающегося строго со скоростью поля статора (Синхронный двигатель) или несколько медленнее его (Асинхронный двигатель).

Наибольшее распространение в технике и промышленности получил асинхронный трёхфазный электродвигатель с короткозамкнутой обмоткой ротора, также называемой «беличье колесо». Под выражением «трехфазный двигатель» обычно подразумевается именно этот тип двигателя, и именно он описывается далее в статье.

Принцип работы двух и многофазных двигателей был разработан Николой Теслой и запатентован. Доливо-Добровольский усовершенствовал конструкцию электродвигателя и предложил использовать три фазы вместо двух, используемых Н. Теслой. Усовершенствование основано на том, что сумма двух синусоид равной частоты различающихся по фазе дают в сумме синусоиду, это дает возможность использовать три провода (в четвертом «нулевом» проводе ток близок к нулю) при трех фазной системе против четырех необходимых проводов при двухфазной системе токов. Некоторое время усовершенствование Доливо-Добровольского было ограниченно патентом Н.Теслы, который к тому времени успел его продать Д. Вестингаузу.

Режимы работы

Асинхронный двигатель, согласно принципу обратимости электрических машин, может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Для работы асинхронного двигателя в любом режиме требуется источник реактивной мощности.

В двигательном режиме при подключении двигателя к трехфазной сети переменного тока в обмотке статора образуется вращающееся магнитное поле, под действием которого в короткозамкнутой обмотке ротора наводятся токи, образующие электромагнитный момент вращения, стремящийся провернуть ротор вокруг его оси. Ротор преодолевает момент нагрузки на валу и начинает вращаться, достигая подсинхронной скорости (она же и будет номинальной с учетом момента нагрузки на валу двигателя).

В генераторном режиме при наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, асинхронная машина способна генерировать активную мощность.

Режимы работы (подробно)

Пуск — вектор результирующего магнитное поля статора равномерно вращается с частотой питающей сети, делённой на количество отдельных обмоток каждой фазы (в простейшем случае — по одной). Таким образом, через любое сечение ротора проходит магнитный поток, изменяющийся во времени по синусу. Изменение магнитного потока в роторе порождает в его обмотках ЭДС. Так как обмотки замкнуты накоротко и сделаны из проводника большого сечения («беличье колесо»), ток в обмотках ротора достигает значительных величин и, в свою очередь, создаёт магнитное поле. Так как ЭДС в обмотках пропорциональна скорости изменения магнитного потока (то есть — производной по времени от синусной зависимости — косинусу), наведённая ЭДС беличьего колеса и соответственно результирующее магнитное поле (вектор) ротора на 90 градусов «опережает» вектора статора (если смотреть на направления векторов и направление их вращения). Взаимодействие магнитных полей создаёт вращающий момент ротора.

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме пуска и полного торможения, тратится на перемагничивание ротора и статора, а также на активное сопротивление току в обмотке ротора. (Эквивалентно работе понижающего трансформатора с коротким замыканием вторичной обмотки).

Холостой ход — после начала движения, с увеличением оборотов ротора, его скорость относительно вектора магнитного поля статора будет уменьшаться. Соответственно будет уменьшаться и скорость изменения магнитного потока через (любое) сечение ротора, соответственно уменьшится наведённая ЭДС и результирующий магнитный момент ротора. В отсутствие сил сопротивления (идеальный холостой ход) угловая скорость ротора будет равна угловой скорости магнитного поля статора, соответственно разница скоростей, наведённая ЭДС и результирующее магнитное поле ротора будут равны нулю.

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в режиме холостого хода, не потребляется (индуктивная нагрузка). Эквивалентно работе понижающего трансформатора на холостом ходу (или короткозамкнутыми вторичными обмотками, расположенными вдоль сердечника)

Двигательный режим — среднее между полным торможением и холостым ходом. Полезная нагрузка и механические потери не позволяют ротору достичь скорости магнитного поля статора, возникающее их относительное скольжение наводит некоторую ЭДС и соответствующее магнитное поле ротора, которое своим взаимодействием с полем статора компенсирует тормозной момент на валу.

Механическая характеристика асинхронного двигателя является «жёсткой», то есть при незначительном уменьшении оборотов крутящий момент двигателя возрастает очень сильно — «стремится поддерживать номинальные обороты». Это хорошее свойство для приводов, требующих поддержания заданной скорости независимо от нагрузки (транспортёры, погрузчики, подъёмники, вентиляторы).

Электроэнергия, подводимая к электродвигателю в двигательном режиме, потребляется (частью, обозначаемой «косинус фи») на совершение полезной работы и нагрев двигателя, остальная часть возвращается в сеть как индуктивная нагрузка. «Косинус фи» зависит от нагрузки на двигатель, на холостом ходу он близок к нулю. В характеристике двигателя указывается «косинус фи» для номинальной нагрузки.

Генераторный режим возникает при принудительном увеличении оборотов выше «идеального холостого хода». При наличии источника реактивной мощности, создающего поток возбуждения, магнитное поле ротора наводит ЭДС в обмотках статора и двигатель превращается в источник активной мощности (электрической).

Способы соединения обмоток

• Звезда — начала всех обмоток соединяются вместе и соединяются с «нулем» подводимого напряжения. Концы обмоток подключаются к «фазам» трёхфазной сети. На схеме изображения обмоток напоминают звезду (катушки по радиусу направлены из центра).
• Треугольник — начало одной обмотки соединяется с концом следующей — по кругу. Места соединения обмоток подключаются к «фазам» трёхфазного напряжения. «Нулевого» выхода такая схема не имеет. На схеме обмотки соединены в треугольник.

Схемы не имеют особых преимуществ друг перед другом, однако «звезда» требует большего линейного напряжения, чем «треугольник» (для работы в номинальном режиме). Поэтому в характеристике трёхфазного двигателя указывают два номинальных напряжения через дробь (как правило, это 220/380 или 127/220 вольт).

Работающие по схеме «треугольник» двигатели можно соединять по схеме «звезда» на время пуска (для снижения пускового тока) посредством специальных пусковых реле.

Начала и концы обмоток выведены на колодку «два на три» вывода так, что:

• для соединения в «звезду» требуется соединить весь один ряд из трёх выводов — это будет центр («ноль»), остальные выводы подключаются к фазам.
• для соединения в «треугольник» требуется соединить попарно все три ряда по два провода и подключить их к фазам.

Для смены направления вращения трехфазного электродвигателя необходимо поменять местами любые две фазы из трех в месте подключения питания к двигателю.

Работа в однофазной сети

Может работать в однофазной сети с потерей мощности (не нагруженный на номинальную мощность). При этом для запуска необходим механический сдвиг ротора, либо фазосдвигающая цепь, которая обычно строится или из ёмкости или из индуктивности или из трансформатора.

При однофазном запуске на одну из обмоток подаётся напряжение (ток) через ёмкость или индуктивность, которая сдвигает фазу тока:

• вперёд на 90° — при включении в цепь емкости,
• назад на 90° — и включении в цепь индуктивности,

(без учёта потерь). После запуска напряжение с фазосдвигающей обмотки снимать нельзя. Снятие с фазосдвигающей обмотки напряжения эквивалентно работе трёхфазного двигателя с обрывом одной из фаз, так же при возрастании, даже не очень значительном, тормозного момента на валу двигатель остановится и сгорит.

В некоторых случаях, при питании от однофазной сети, запуск осуществляется вручную проворотом ротора. После проворота ротора двигатель работает самостоятельно.

Трёхфазный двигатель приспособлен к трёхфазной сети, а к однофазной сети лучше подходит двухфазный двигатель со сдвигом фазы во второй обмотке либо через конденсатор (конденсаторные двигатели), либо через индуктивность.

Работа в случае пропадания одной фазы

Запуск возможен только в случае соединения обмоток «звездой» с подключением нулевого провода (что не является обязательным для работы). Если нагрузка не позволит двигателю запуститься и развить номинальные обороты, то из-за увеличения тока в обмотках и уменьшения охлаждения он выйдет из строя через несколько минут (перегрев, пробой изоляции и короткое замыкание).

Продолжение работы будет при любом типе соединения обмоток, но так как при этом перестаёт поступать примерно половина энергии, то продолжительная работа возможна только при загрузке двигателя значительно менее чем на 50 %. При большей (номинальной) нагрузке увеличение тока в работающих фазах неминуемо вызовет перегрев обмоток с дальнейшим пробоем изоляции и коротким замыканием. Это одна из частых причин преждевременного выхода из строя асинхронных двигателей.

Электрозащита

Для защиты двигателей от пропадания и перекоса (разницы напряжений) фаз питающего напряжения применяют реле контроля фаз, которые в этих случаях полностью отключают питание (с автоматическим или ручным дальнейшим включением). Возможна установка одного реле на группу двигателей.

Более грубой и универсальной защитой, обязательной по правилам эксплуатации и обычно достаточной при правильно подобранных параметрах, является установка трёхфазных автоматических выключателей (по одному на двигатель), которые отключают питание в случае длительного (до нескольких минут) превышения номинального тока по любой из фаз, что является следствием перегрузки двигателя, перекоса или обрыва фаз. {3}} {U \ times \ eta \ times cos \ varphi}}}

где

In = номинальное потребление (в амперах)
Pn = номинальная мощность (в кВт)
U = напряжение между фазами для трехфазных двигателей и напряжение между клеммами для однофазных двигателей (в вольтах) .Однофазный двигатель может быть подключен фаза к нейтрали или фаза к фазе.
η = КПД на единицу, т. е. выходная мощность кВт / потребляемая мощность кВт
cos φ = коэффициент мощности, т. е. потребляемая мощность кВт / потребляемая мощность кВА

Сверхпереходный ток и уставка защиты

• Пиковое значение сверхпереходного тока может быть очень высоким; типичное значение примерно в 12–15 раз превышает среднеквадратичное значение In. Иногда это значение может достигать 25-кратного В.
Автоматические выключатели, контакторы и тепловые реле
• Schneider Electric рассчитаны на пуск двигателя с очень высоким сверхпереходным током (пиковое значение сверхпереходного режима может до 19 раз превышать среднеквадратичное номинальное значение In).
• Если во время пуска происходит неожиданное срабатывание защиты от перегрузки по току, это означает, что пусковой ток превышает нормальные пределы. В результате могут быть достигнуты некоторые максимальные выносливости распределительного устройства, может быть сокращен срок службы и даже могут быть разрушены некоторые устройства. Чтобы избежать такой ситуации, необходимо учитывать увеличение размеров распределительного устройства.
Распределительные устройства
• Schneider Electric предназначены для обеспечения защиты пускателей электродвигателей от коротких замыканий. В зависимости от риска в таблицах показано сочетание автоматического выключателя, контактора и теплового реле для получения координации типа 1 или типа 2 (см. главу Характеристики отдельных источников и нагрузок).

Пусковой ток двигателя

Хотя на рынке можно найти высокоэффективные двигатели, на практике их пусковые токи примерно такие же, как у некоторых стандартных двигателей. Использование пускателя треугольником, статического устройства плавного пуска или привода с регулируемой скоростью позволяет уменьшить значение пускового тока (пример: 4 In вместо 7,5 In).

Дополнительную информацию см. также в разделе «Асинхронные двигатели».

Компенсация реактивной мощности (квар), подаваемой на асинхронные двигатели

Обычно по техническим и финансовым причинам выгодно уменьшать ток, подаваемый на асинхронные двигатели.Этого можно добиться, используя конденсаторы, не влияющие на выходную мощность двигателей.

Применение этого принципа к работе асинхронных двигателей обычно называют «улучшением коэффициента мощности» или «коррекцией коэффициента мощности». Как обсуждалось в главе «Коррекция коэффициента мощности», кажущаяся мощность (кВА), подаваемая на асинхронный двигатель, может быть значительно снижена за счет использования параллельно соединенных конденсаторов. Уменьшение входной кВА означает соответствующее уменьшение входного тока (поскольку напряжение остается постоянным). {‘}}}}

где cos φ — коэффициент мощности до компенсации, а cos φ ^‘ — коэффициент мощности после компенсации, In — первоначальный ток.

На рисунке A4 ниже показаны, в зависимости от номинальной мощности двигателя, стандартные значения тока двигателя для нескольких источников напряжения (IEC 60947-4-1 Приложение G).

Рис. A4 – Номинальная рабочая мощность и ток

кВт	л.с.	230В	380 – 415В	400В	440- 480 В	500В	690В
		А	А	А	А	А	А
0.18 0,25 0,37	– – –	1,0 1,5 1,9	– – –	0,6 0,85 1,1	– – –	0,48 0,68 0,88	0,35 0,49 0,64
– 0,55 –	1/2 – 3/4	– 2,6 –	1,3 – 1,8	– 1,5 –	1. 1 – 1.6	– 1,2 –	– 0,87 –
– 0,75 1,1	1 – –	– 3,3 4,7	2,3 – –	– 1,9 2,7	2.1 – –	– 1,5 2,2	– 1,1 1,6
– – 1,5	1-1/2 2 –	– – 6.3	3.3 4,3 –	– – 3,6	3,0 3,4 –	– – 2,9	– – 2.1
2,2 – 3,0	– 3 –	8,5 – 11,3	– 6.1 –	4,9 – 6,5	– 4,8 –	3,9 – 5,2	2,8 – 3,8
4 – 5.5	– 5 –	15 – 20	9,7 9,7 –	8,5 – 11,5	7,6 7,6 –	6,8 – 9,2	4,9 – 6,7
– – 7,5	7-1/2 10 –	– – 27	14,0 18,0 –	– – 15,5	11,0 14,0 –	– – 12. 4	– – 8,9
11 – –	– 15 20	38,0 – –	– 27,0 34,0	22,0 – –	– 21,0 27,0	17,6 – –	12,8 – –
15 18,5 –	– – 25	51 61 –	– – 44	39 35 –	– – 34	23 28 –	17 21 –
22 – –	– 30 40	72 – –	– 51 66	41 – –	– 40 52	33 – –	24 – –
30 37 –	– – 50	96 115 –	– – 83	55 66 –	– – 65	44 53 –	32 39 –
– 45 55	60 – –	– 140 169	103 – –	– 80 97	77 – –	– 64 78	– 47 57
– – 75	75 100 –	– – 230	128 165 –	– – 132	96 124 –	– – 106	– – 77
90 – 110	– 125 –	278 – 340	– 208 –	160 – 195	– 156	128 – 156	93 – 113
– 132 –	150 – 200	– 400 –	240 – 320	– 230 –	180 – 240	– 184 –	– 134 –
150 160 185	– – –	– 487 –	– – –	– 280 –	– – –	– 224 –	– 162 –
– 200 220	250 – –	– 609 –	403 – –	– 350 –	302 – –	– 280 –	– 203 –
– 250 280	300 – –	– 748 –	482 – –	– 430 –	361 – –	– 344 –	– 250 –
– – 300	350 400 –	– – –	560 636 –	– – –	414 474 –	– – –	– – –
315 – 335	– 450 –	940 – –	– – –	540 – –	– 515 –	432 – –	313 – –
355 – 375	– 500 –	1061 – –	– 786 –	610 – –	– 590 –	488 – –	354 – –
400 425 450	– – –	1200 – –	– – –	690 – –	– – –	552 – –	400 – –
475 500 530	– – –	– 1478 –	– – –	– 850 –	– – –	– 680 –	– 493 –
560 600 630	– – –	1652 – 1844	– – –	950 – 1060	– – –	760 – 848	551 – 615
670 710 750	– – –	– 2070 –	– – –	– 1190 –	– – –	– 952 –	– 690 –
800 850 900	– – –	2340 – 2640	– – –	1346 – 1518	– – –	1076 – 1214	780 – 880
950 1000	– –	– 2910	– –	– 1673	– –	– 1339	– 970

(PDF) Оценка коэффициента рабочей мощности асинхронного двигателя на основе измеренного тока и данных производителя

8

VII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для АД рабочий коэффициент мощности является одним из

интересных параметров для мониторинга, который обеспечивает лучшую защиту от недогрузки по сравнению с подходами, основанными на токе двигателя.

Традиционно для оценки коэффициента мощности требуется измерение как напряжения, так и

тока, чтобы применить метод перемещения через ноль

. В этой статье мы представили метод

определения рабочего коэффициента мощности АД с использованием только измеренного тока

и данных производителя, которые обычно доступны

на заводской табличке и/или в техническом описании.Из номинальных условий

(из данных паспортной таблички) оценивается реактивная составляющая тока двигателя

, которая остается постоянной для различных условий нагрузки

в соответствии с принципом АД [1],[2]. Затем, используя

измеренный полный ток двигателя и расчетную постоянную

реактивную часть, можно оценить коэффициент мощности при различных нагрузках.

Экспериментальные результаты показаны с использованием реалистичной тестовой установки. PF

оценивается с использованием предложенного метода, наряду с современным

методом смещения напряжения и тока ZC и методом

мгновенной мощности, измеренным с использованием осциллографа высокого разрешения

и синхронизированных измерений напряжения питания

и ток двигателя.Точность предложенного метода

является многообещающей по сравнению с современными методами

для класса (номинальная мощность, пары полюсов и т. д.) используемого двигателя

. Это обеспечило бы более дешевое решение для защиты от недогрузки

, например, в насосных установках с использованием рабочего коэффициента мощности,

, без использования датчиков напряжения. Рабочий коэффициент мощности

также может использоваться для компенсации коэффициента мощности для улучшения качества электроэнергии.

ACK NO WL EDG MEN TS

Авторы хотели бы поблагодарить анонимных рецензентов

за конструктивный обзор, который помог обновить статью.

ССЫЛКИ

[1] MG Say, Машины переменного тока, John Wiley, New York, 1984.

[2] PS Bimbhra, Electrical Machinery, Khanna Publ., New Delhi, 1997.

[3] A. Гастли, «Идентификация параметров эквивалентной схемы асинхронного двигателя

с использованием однофазного теста», IEEE Trans. Преобразование энергии, т. 1, с. 14, нет.

1, стр. 51–56, 1999.

[4] Д. Финни, Системы привода переменного тока с переменной частотой, Peter Peregrinus

Ltd, Лондон, 1991.

[5] Дж. Педра, «Об определении параметров асинхронного двигателя на основе данных производителя

для программ электромагнитных переходных процессов», IEEE Trans.

Энергетические системы, том. 23, нет. 4, стр. 1709–1718, 2008.

[6] М. Х. Хак, «Определение параметров асинхронного двигателя NEMA Design

по данным производителя», IEEE Trans. Преобразование энергии, т. 1, с. 23,

нет. 4, pp. 997–1004, 2008.

[7] T. Phumiphak, C. Chat-uthai, «Оценка параметров асинхронного двигателя

на основе полевых испытаний в сочетании с генетическим алгоритмом», IEEE Int. конф. Мощность

Сист. Тех. PowerCon, стр. 1199–1203, 2002.

[8] Ф. Феррейра, А. де Алмейда, «Соображения относительно методов оценки нагрузки асинхронного двигателя

», IEEE Int. конф. Electrical Machines, 2008.

[9] P. Pillay, R. Nolan, T. Haque, «Применение генетических алгоритмов к определению параметров двигателя

для расчета переходного крутящего момента», IEEE Trans.

Промышленное применение, том. 33, нет. 5, pp. 1273–1282, 1997.

[10] З.Gmyrek, A. Boglietti, A. Cavagnino, «Оценка потерь в железе

в асинхронных двигателях: метод расчета, результаты и анализ», IEEE

Trans. Промышленная электроника, том. 57, нет. 1, pp. 161–171, 2010.

[11] M. Hilairet, F. Auger, C. Darengosse, «Два эффективных фильтра Калмана

для оценки потока и скорости асинхронных двигателей», IEEE Int. Power

Electronics Specialists Conf., PESC, стр. 891–896, 2000.

[12] ABB, «Руководство по низковольтному двигателю», 2009.

Доступно: http://www.abb.com/motors

[13] ABB, «LV Drives, model ACS800», 2010.

Доступно: http://www.abb.com/drives

[ 14] Agilent, «Технический паспорт осциллографа, модель Infiniium 54832D». Доступно:

http://www.home.agilent.com/agilent/product.jspx?pn=54832D

[15] Tektronix, «Усилитель пробника тока, модель TM503B».

[16] Tektronix, «Высоковольтный зонд, модель P6009».

[17] Т. Ахонен, и др. и др., «Контроль работы насоса с применением преобразователя частоты

», IEEE Symp.Power Electronics SPEEDAM, 2008.

[18] П. Г. Кини, Р. К. Бансал, «Влияние изменений напряжения и нагрузки на

КПД системы двигатель-насос», IEEE Trans. Преобразование энергии,

том. 25, нет. 2, стр. 287–292, 2010.

[19] Д. А. Джарк, Д. П. Коннорс, «Преобразователи частоты и коэффициент мощности

», IEEE Trans. Ind Appl., vol. ИА-21, вып. 4, стр. 771–777, 1985.

[20] Л. Юн Вей, М. Панде, Н. Заргари, В. Бин, «Коэффициент входной мощности

Стратегия управления для мощного асинхронного двигателя с источником тока». Диск

с активным внешним интерфейсом», IEEE Trans.Силовая электроника, том. 25, нет. 2,

, стр. 352–359, 2010.

[21] Л. Юн Вей, М. Панде, Н. Заргари, В. Бин, «Компенсация коэффициента мощности

для PWM CSRCSI-Fed High Power Drive Система, использующая регулировку потока —

ment», IEEE Tr. Силовая электроника, том. 24, нет. 12, pp. 3014–3019, 2009.

[22] A. Cavallini, G. Mazzanti, GC Montanari, C. Romagnoli, «Конструкция

цепей шунтирующих конденсаторов для компенсации коэффициента мощности в электрических

системах, питающих нелинейные нагрузки : вероятностный подход», IEEE Trans.

Применение в промышленности, том. 34, нет. 4, стр. 675–681, 1998.

[23] Д. Шарон, «Определения коэффициента мощности и качество передачи мощности в

несинусоидальных ситуациях», IEEE Trans. Приборы и измерения,

том. 45, нет. 3, pp. 728–733, 1996.

[24] E. Garcia-Canseco, R. Grino, R. Ortega, M. Salichs, AM Stankovic,

«Компенсация коэффициента мощности электрических цепей», IEEE Control Системы

Журнал, том. 27, нет. 2, с.46–59, 2007.

Абхисек Укил (S’05-M’06–SM’10) получил степень бакалавра электротехники

в Университете Джадавпур

, Калькутта, Индия, в 2000 г. и

. Магистр наук степень в области электронных систем и инженерии

управления Univ. Болтона, Болтон, Великобритания

в 2004 году. Он получил докторскую степень. от Тшване

Univ. Технологии, Претория, Южная Африка, 2006 г.

После прихода в компанию в 2006 г. в настоящее время он является главным научным сотрудником группы «Интегрированные сенсорные системы», ABB

Корпоративные исследования, Баден-Деттвиль, Швейцария.

Автор/соавтор более 40 опубликованных

научных работ, в том числе монографии Intelligent Systems and Signal

Processing in Power Engineering (Springer, Heidelberg, 2007), изобретатель/соавтор

6 патентов. Его исследовательские интересы включают обработку сигналов, машинное обучение, энергосистемы и встроенные системы.

Ричард Блох получил диплом инженера-электрика

профессионального колледжа ABB,

Баден, Швейцария, в 1974 году.С 1974 года он разрабатывал измерительные системы для различных внутренних

компаний ABB. После прихода в 1989 году в ABB

Corporate Research, Баден-Деттвиль, Швейцария,

, в настоящее время он является техническим экспертом в группе «Integrated

Sensor Systems». Его текущие исследовательские интересы включают технику измерения, разработку

аналоговых, цифровых и маломощных схем с защитой от ЭМС.

Андреа Анденна (M’02) получила M.наук

степень инженера в области промышленной автоматизации и управления

системы Миланского технического университета

(Миланский политехнический университет), Милан, Италия в 1998 году.

Группа систем корпоративных исследований АББ,

Баден-Детвиль, Швейцария. Группа специализируется на электронике

и обработке сигналов для полевых устройств,

аналитических приборах и датчиках в целом.Он является автором более 20 публикаций и патентов в области промышленной автоматизации и датчиков.

Важность исследований запуска двигателя

Двигатели являются основными нагрузками в системе электроснабжения как на коммерческом, так и на промышленном уровне. Некоторые области применения двигателей включают вентиляторы, транспортные средства, электроинструменты, турбины, воздуходувки, корабли и компрессоры.Наряду с простотой существуют вопросы, которые необходимо решить для обеспечения надежной работы энергосистемы. При запуске двигателя возникают следующие проблемы:

Мы обсудим проблемы, возникающие при запуске двигателя, и связанные с ними сложности. Затем мы обсудим исследования запуска двигателей, их важность и результаты, а также методы смягчения проблем, возникающих из-за методов запуска двигателей.

Проблемы со стартером

Сначала следует обсудить проблемы, с которыми мы сталкиваемся при запуске двигателя.

Высокий пусковой ток

Пусковой ток — это максимальный мгновенный ток, потребляемый двигателем в момент его запуска. Чтобы лучше понять, сначала мы должны посмотреть на модель двигателя, которая приведена ниже:

Как видно из модели, двигатель подобен трансформатору с короткозамкнутой вторичной обмоткой.

Статор двигателя ➜ Первичная обмотка трансформатора

Ротор двигателя ➜ Закороченная вторичная обмотка трансформатора

Как и в трансформаторах, в двигателях возникает взаимная индукция.ЭДС, индуцируемая в роторе двигателя, зависит от скольжения ротора. Скольжение — это разница между скоростью вращения ротора и статора, определяемая по формуле:

Где,

N _S : Скорость вращения статора с магнитным полем

N _R : Скорость вращения ротора

Ротор неподвижен при запуске двигателя, поэтому

С _Р = 0

Подставив это в вышеприведенное уравнение, мы получим

с = 1

Означает, что скольжение максимальное при пуске двигателя. Мы также знаем, что

E _R = sE _s

Где,

E _R = ЭДС индукции в роторе

E _s = Напряжение статора

с = скольжение

Получаем,

Е _Р = Е _с

Приведенное выше уравнение показывает, что индуцируемая ЭДС максимальна при запуске двигателя. Чтобы обеспечить протекание тока в роторе, будь то индуцированный ток или ток возбуждения, ротор замыкается накоротко.Из-за короткого замыкания ротор имеет минимальное сопротивление, что приводит к высокому значению тока.

Высокое значение тока подразумевает высокий первичный ток из-за сходства двигателя с трансформатором. Это высокое значение тока в первичной обмотке является пусковым током. Пусковой ток может вызвать такие осложнения, как:

1. Каждое оборудование имеет определенное значение тока, которое оно может выдержать. В случае пускового тока значение тока настолько велико, что это может привести к перегреву и повреждению оборудования.
2. Точно так же изоляция, присутствующая в системе, также имеет определенное значение стойкости, после которого изоляция выйдет из строя, что приведет к дополнительным осложнениям.

На графике выше мы видим высокий пусковой ток (пусковой ток), который постепенно снижается до номинального значения тока. Но мы можем ограничить пусковой ток, чтобы защитить нашу систему от любых повреждений.

Низкий коэффициент мощности

Во время запуска двигателя должно быть создано магнитное поле.Для этого двигатель потребляет большой ток намагничивания, чтобы преодолеть высокое сопротивление, создаваемое воздухом, присутствующим между статором и ротором. Поскольку ток намагничивания носит индуктивный характер, он вызывает уменьшение коэффициента мощности.

Коэффициент мощности — это мера полезного использования мощности. Низкая мощность указывает на то, что передаваемая мощность не используется должным образом. Это также указывало на большую потерю мощности.

1. Продолжительное воздействие таких условий также может повредить другое оборудование, присутствующее в системе.Кроме того, потеря мощности может привести к перегреву оборудования, что приведет к его повреждению.
2. Низкий коэффициент мощности указывает на большой ток, соответствующий уменьшенной передаче мощности.

После создания магнитного поля двигатель начинает работать и потребляет ток нагрузки, который имеет резистивный характер. Это уравновешивает снижение коэффициента мощности и его значение увеличивается. Количественно говоря, пусковой коэффициент мощности двигателя варьируется от 0,3 до 0,5 и увеличивается до единицы по мере того, как двигатель разгоняется и его потребность в кВА снижается.

Падение напряжения

Пусковой ток является причиной падения напряжения при пуске двигателя. По закону Ома

В = ИК

Когда R постоянно, увеличение тока приведет к увеличению напряжения.

В случае энергосистемы высокий пусковой ток вызывает падение напряжения на сопротивлении кабеля и любых других компонентах, находящихся между ними, прежде чем достигнет двигателя. Это вызывает снижение напряжения, которое достигает двигателя, или падение напряжения.

Термин «падение напряжения» указывает на то, что двигатель получает пониженное напряжение во время его запуска. Это переходное состояние напряжения влияет на двигатель, а также на другие нагрузки, присутствующие в системе. Тяжесть этого эффекта зависит от величины и продолжительности провала напряжения.

Степенью этого влияния может быть отказ всей системы. Это связано с тем, что каждая система, как и нагрузка, функционирует в определенном диапазоне напряжения и тока. Если на него подается напряжение ниже или выше диапазона, система будет повреждена.

Как обсуждалось выше, запуск двигателя вызывает много проблем. Эти проблемы нельзя оставлять как есть, и их необходимо решать. Это связано с тем, что повреждение из-за состояния двигателя может быть фатальным для нашей системы.

Важность исследований запуска двигателя

Необходимость избежать проблем, связанных с запуском двигателя, приводит к необходимости процедуры, которая может обнаружить небольшие изменения или признаки, ведущие к осложнениям. Знакомство с ними или поведением нашей системы при столкновении с такими сложностями может помочь нам понять методы предотвращения таких проблем.

Это понимание может помочь нам в восприятии последствий падения напряжения, больших токов, падения напряжения, колебаний напряжения, ложных срабатываний и ряда других вещей, которые вызваны запуском двигателя. Эти знания до начала работы системы могут защитить нашу систему от любого вреда, применяя методы смягчения последствий.

При запуске двигателя необходимо учитывать множество моментов, чтобы обеспечить безопасность системы. Эти соображения снизят риск и проблемы, связанные с запуском двигателя.

Исследование пуска двигателя используется для поиска причины провалов напряжения, а затем предлагает решения, позволяющие избежать падений и пульсаций напряжения наряду с контролируемым протеканием тока.

Наряду с пониманием влияния пуска двигателя на систему, исследования пуска двигателя могут помочь нам следующим образом:

• Проведение исследований по запуску двигателя может помочь нам в разработке схемы защиты для нашей системы
• Исследования по запуску двигателя помогают нам прогнозировать неопределенности, которые могут возникнуть в системе при запуске двигателя.

Как выполнить исследования запуска двигателя?

Методология проведения исследований запуска двигателей и принятия решения о том, какие методы смягчения последствий следует использовать, в зависимости от результатов исследований, очень важны.

«Мы в AllumiaX также проводим исследования по запуску двигателя, следуя надлежащим процедурам и в соответствии с некоторыми указанными стандартами. У нас есть команда очень талантливых и профессиональных инженеров, которые помогают нам в выполнении этих процедур.”

Сначала выполняется процедура сбора данных в соответствии со стандартом NEC. Затем в программном обеспечении разрабатывается комплексная модель системы, которая помогает нам проводить исследования по запуску двигателя. Некоторыми из этих программ являются ETAP, SKM и CYME. Инженеры AllumiaX используют ETAP и SKM. После этого выполняются расчеты по расчету падения напряжения на фидерных ветвях и шинах, а также рассчитывается прогнозируемый переток мощности. Наконец, когда все эти расчеты выполнены, результаты анализируются для проверки значений в соответствии с NFPA 70E, IEEE 3002.7-2018 и IEEE 493-1997. Значения, выходящие за указанные пределы, затем помечаются, и предоставляются рекомендации по устранению этих проблем.

Методы устранения проблем со стартером

Проблемы, вызванные запуском двигателя, могут быть решены с помощью многих методов, некоторые из них приведены ниже:

Автотрансформатор

Автотрансформатор подключен к двигателю для ограничения пускового тока. Трансформаторы пропускают ток в определенном диапазоне, потому что сердечник трансформатора имеет тенденцию к насыщению. Когда сердечник трансформатора насыщен, большое увеличение тока на первичной обмотке вызовет лишь незначительное увеличение тока на вторичной обмотке. Это предотвращает протекание пускового тока и любые другие осложнения, вызванные им.

Устройства плавного пуска

Устройства плавного пуска регулируют ток и крутящий момент двигателя с помощью напряжения. Они обеспечивают постепенное повышение напряжения, вызывая снижение пускового тока и крутящего момента, что позволяет избежать проблем с пусковым током и падением напряжения.

Источник изображения

Пускатели звезда-треугольник

Когда двигатель запускается, он имеет соединение звездой, что вызывает низкое фазное напряжение при пуске.Затем постепенно, когда двигатель запускается, он подключается в треугольник, что увеличивает фазное напряжение, но уменьшает ток, обеспечивая правильный запуск двигателя.

Источник изображения

Пускатели прямого пуска

В пускателях DOL двигатель подключается непосредственно к линии питания. Они используются в системах, на которые не влияет падение напряжения. DOL имеет автоматический выключатель/предохранитель, контактор и реле перегрузки для защиты. Он имеет два переключателя для запуска и остановки двигателя.

Сравнение различных методов смягчения последствий

Результаты исследований запуска двигателей

Существуют определенные результаты исследований по запуску двигателя, которые мы можем использовать при разработке нашей системы таким образом, чтобы уменьшить проблемы, возникающие в системе из-за запуска двигателя. Результаты проведения исследований по запуску двигателя следующие:

1. Мы можем определить точки падения напряжения и минимизировать их влияние на нагрузку нашей системы и двигатель.
2. Могут быть выделены области, вызывающие ложное срабатывание, и могут быть приняты меры предосторожности.
3. Мы также можем выяснить влияние изменения нагрузки двигателя на систему и устранить его.
4. Эти исследования помогают нам повысить надежность нашей системы.
5. Это также помогает нам снизить значение пускового тока с помощью различных схем защиты.
6. Благодаря этим исследованиям мы можем значительно снизить вероятность остановки двигателя.

Для изучения запуска двигателя вы можете связаться с нами через allumiax.com/motor-starting-study. Наша команда сертифицированных специалистов поможет вам в проведении исследований по запуску двигателя и предоставит решение для разработки надежной схемы защиты для ваших систем.

• ---

  Об авторе

  Абдур Рехман — профессиональный инженер-электрик с более чем восьмилетним опытом работы с оборудованием от 208 В до 115 кВ как в сфере коммунального хозяйства, так и в промышленной и коммерческой сфере.Он уделяет особое внимание защите энергетических систем и инженерным исследованиям.

Понимание коэффициента мощности | Electriceasy.com

Везде, где используется мощность переменного тока, сам собой возникает вопрос коэффициента мощности.

Коэффициент мощности

• Определяется как ‘ косинус угла между напряжением и током ‘.
• В цепи переменного тока напряжение и ток идеально совпадают по фазе.
• Но на практике между ними существует разность фаз.
• Косинус этой разности фаз называется коэффициентом мощности.
• Его можно определить и математически представить следующим образом:

Рис. (b) называется треугольником мощности
Здесь VI sinɸ = реактивная мощность (в ВАр)
          VI cosɸ = активная мощность (в ваттах)
          VI = полная мощность (в ВА)
PF = cosɸ = активная мощность ( Вт) / Полная мощность (ВА)

На рис. (c) называется Треугольник импеданса
Здесь R = сопротивление, X = реактивное сопротивление, Z = импеданс
Z ² = R ² + X ²
PF = cosɸ = R/Z
3

Коэффициент мощности может быть отстающим, опережающим или равным единице.

Отстающий коэффициент мощности

• Когда ток отстает от напряжения, коэффициент мощности цепи называется «отстающим»
• Когда цепь индуктивная, коэффициент мощности отстает.
• Нагрузки, такие как асинхронные двигатели, катушки, лампы и т. д., являются индуктивными и имеют запаздывание pf.

Опережающий коэффициент мощности

• Когда ток опережает напряжение (или напряжение отстает от тока), коэффициент мощности цепи называется опережающим.
• Если цепь емкостная, коэффициент мощности опережает.
• Емкостные нагрузки, такие как синхронные конденсаторы, конденсаторные батареи и т. д., потребляют опережающий ток. Такие схемы имеют опережающий коэффициент мощности.

Единый коэффициент мощности

• Коэффициент мощности равен единице (т.е. 1) для идеальных схем.
• Когда ток и напряжение совпадают по фазе, PF = 1
• Коэффициент мощности не может быть больше единицы.
• На практике оно должно быть как можно ближе к единице.

Если коэффициент мощности низкий, возникают следующие проблемы:

Влияние низкого коэффициента мощности

1. Ток нагрузки
   Мощность в цепи переменного тока может быть определена как: P = VI cosɸ
   Следовательно, cosɸ = P / VI
   I ∝ 1 / cosɸ
   Аналогичное соотношение может быть получено и для 3-фазной цепи.Мы видим, что ток обратно пропорционален pf.

   Например, предположим, что мы хотим передать мощность 10 кВА при 100 В
   Если PF = 1,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 1) = 100 А
   Если PF = 0,8 ,
   I = P / (V cosɸ) = 10000 / (100 x 0,8) = 125 A
   Следовательно, потребляемый ток выше при низком коэффициенте мощности.

2. Потери: Как сказано выше, при низком коэффициенте мощности потребляемый ток большой. Следовательно, потери в меди (потери I ² R) также будут высокими.Это снижает эффективность оборудования.
3. Перегрев оборудования: I ² R потери выделяют тепло (закон Джоуля). Следовательно, повышение температуры будет относительно большим при низком коэффициенте мощности, что еще больше увеличит нагрузку на изоляцию.
4. Сечение проводника: Низкий коэффициент мощности приводит к более высокому току нагрузки. Если ток нагрузки увеличивается, размер требуемого проводника также увеличивается. Это еще больше увеличит стоимость проводника.
5. кВА мощность машины: Машины не рассчитываются в кВт при производстве, потому что коэффициент мощности источника неизвестен. Вместо этого они оцениваются в кВА.
   Согласно определению, Cosɸ = Активная мощность (кВт) / Полная мощность (кВА)
   Следовательно, номинальная мощность в кВА = 1 / cosɸ
   Следовательно, для низкого коэффициента мощности необходимо оборудование с большей номинальной мощностью в кВА. Но больший рейтинг кВА означает больший размер оборудования. Если размер увеличивается, стоимость также увеличивается.
6. Регулирование напряжения: Определяется как разница между передающим и принимающим конечным напряжением на единицу передающего конечного напряжения.Когда мощность передается от одного конца к другому, напряжение падает по нескольким причинам. Это падение напряжения должно находиться в допустимых пределах.
   P = VI cosɸ , поэтому I ∝ 1 / V
   При низком коэффициенте мощности ток будет больше и, следовательно, падение напряжения будет больше. Следовательно, регулирование напряжения при низком коэффициенте мощности плохое.
7. Активная и реактивная мощность (мощность передачи мощности): Активная и реактивная мощности передаются по линии вместе. Активная мощность необходима для питания нагрузки.Реактивная мощность необходима для поддержания напряжения в линии. Но если реактивная мощность больше, то передаваемая активная мощность уменьшается. При низком коэффициенте мощности активная мощность мала, поскольку cosɸ = активная мощность (Вт) / полная мощность (ВА). Это приводит к неэкономичной эксплуатации.

Это результат низкого коэффициента мощности. Для оптимальной работы коэффициент мощности должен быть как можно ближе к единице. Для этого используются устройства коррекции коэффициента мощности.

[Также читайте: Сравнение различных силовых установок]

---

Автор: Маной Арора — студент электротехнического факультета и писатель из Гуджарата, Индия.Он пишет стихи и рассказы, когда не погружен в книгу.
Кредиты для Graphics: Kiran Daware.

Почему асинхронные двигатели всегда работают с отстающим коэффициентом мощности?

Чтобы понять эту тайну, я думаю, вам будет полезен этот краткий обзор коэффициента мощности. Коэффициент мощности — это отношение «действительной мощности» к «кажущейся мощности», также указанное как косинус (тета) угла между реальной мощностью и кажущейся мощностью треугольника мощности, где гипотенуза — это кажущаяся мощность, а горизонталь — это реальная мощность, а по вертикали реактивная мощность. Этот тета-угол также является тем же углом между формами напряжения и тока в любой момент времени.

В системе постоянного тока легко понять, что передача энергии. Это просто произведение напряжения на ток, потребляемый нагрузкой. Однако в системах переменного тока это не так просто, потому что, в отличие от системы постоянного тока, разность фаз между формами напряжения и тока сильно влияет на потребляемую и передаваемую мощность. Давайте проанализируем эти три сценария и вычислим мгновенную мощность, просто перемножив формы сигналов напряжения и тока.

1. Ток и напряжение синхронизированы. Мгновенная мощность будет колебаться между максимумом и нулем, таким образом, имея положительное среднее значение за заданное время. Если нагрузка, подключенная к источнику напряжения, демонстрирует такое поведение, говорят, что она работает с коэффициентом мощности, равным единице. Идеальные резисторы при подключении к источнику переменного тока будут иметь такое поведение, и ток, протекающий через резистор, будет выделять тепло (реальную мощность). В этом случае реальная мощность равна полной мощности.

2. Ток отстает от напряжения на 90 градусов.– В этом случае мгновенная мощность будет колебаться между положительным и отрицательным максимумом и минимумом. Однако в этом случае средняя мощность за период времени будет равна нулю. Если средняя мощность равна нулю, это означает, что мощность не потребляется. Идеальные катушки индуктивности демонстрируют такое поведение, другими словами, они сохраняют электрическую энергию в магнитном поле, не потребляя ее. В этом случае реальная мощность равна нулю и коэффициент мощности тоже равен нулю.

3. Текущее опережающее напряжение на 90 градусов – Аналогично (2), в этом случае мгновенная мощность будет колебаться между положительным и отрицательным максимумом и минимумом.А также в этом случае средняя потребляемая мощность за данный период времени будет равна нулю. Это означает, что реальная мощность не потребляется. Идеальные конденсаторы демонстрируют такое поведение, другими словами, они хранят электрическую энергию в виде электрических полей, не потребляя ее. В этом случае реальная мощность равна нулю и коэффициент мощности тоже равен нулю.

Теперь любой реальный компонент, будь то катушка индуктивности или конденсатор, не идеален и имеет комбинацию сопротивления, индуктивности и емкости. Эта нелинейность создаст некоторую разность фаз в потребляемом токе при подключении к источнику переменного напряжения.

Сейчас статор любой электрической машины содержит обмотки, представляющие собой катушки индуктивности с некоторой индуктивностью и сопротивлением. Таким образом, концептуально они будут потреблять ток с отстающим коэффициентом мощности, потому что потребляемый ток всегда будет отставать от напряжения. Теперь следующий вопрос, над которым можно задуматься, заключается в том, как тогда какие-либо машины говорят, что синхронная машина сможет работать с любым другим коэффициентом мощности, кроме отстающего? Синхронные машины, в отличие от асинхронных машин, имеют катушки и схемы на роторе, которыми можно напрямую управлять для регулировки магнитного поля. Такое управление магнитным полем позволяет эксплуатировать синхронную машину при любом коэффициенте мощности. Подробнее о том, как делать, можно прочитать в учебниках. Асинхронная машина не имеет такого управления и, следовательно, не может работать ни с чем, кроме как с отстающим коэффициентом мощности по законам физики.

Что можно сделать, чтобы индукционная машина работала при любом другом коэффициенте мощности?

Однако, если конденсаторы подключены параллельно к клеммам машины, сопротивление сети не будет таким же, как когда-то, когда была подключена только асинхронная машина.Этот комбинированный импеданс двигателя и конденсатора отражается на сетку и изменяет фазовый угол тока относительно. к напряжению, когда оно берется из источника напряжения коммунальной сети и, следовательно, изменяет чистый коэффициент мощности, измеренный счетчиком коммунальных услуг. Здесь следует отметить, что сама асинхронная машина в этом случае все еще работает с отстающим коэффициентом мощности, но коммунальное предприятие или сеть не смогут этого почувствовать.

Оценка коэффициента мощности асинхронных двигателей при любых условиях нагрузки с использованием регрессии опорных векторов (SVR)

Теория SVR была разработана Вапником в 1997 году и известна как один из важных методов с точки зрения решения задачи регрессии.{n} } \справа. \) где \(x_{\text{i}} \) — входной вектор, \(t_{i} \) — целевой вывод, а n — количество выборок данных. Таким образом, функция регрессии может быть выражена в уравнении. (15).

$$ Y = f\left( x \right) = w\phi \left( x \right) + b $$

(15)

где \( \phi \left( x \right) \) — гиперплоскость в многомерном пространстве. X – это м -мерное пространство признаков. \(w\) и \(b\) – коэффициенты SVR, решающие задачу регрессии.{\text{T}} w \) – член регуляризации или плоскостность функции, которую необходимо минимизировать для упрощения модели. \( L_{\varepsilon } \left( {t_{i} – y_{i} } \right) \) — интенсивная функция потерь. {\text{T}} w\).{ + } \quad i = 1, \ldots n \), так как \( \varepsilon \)-нечувствительная потеря равна слабым переменным. На рисунке 4 показаны \( \varepsilon \) и пределы \( \xi \) в ε-нечувствительной функции.

Рис. 4

(Воспроизведено с разрешения из [25])

Ошибка \( \varepsilon \) и пределы \( \xi \) в ε -нечувствительной функции.

Параметры C и \( \varepsilon \) будут установлены разработчиком на этапе обучения для оптимизации резервных переменных [25].{-} = C \hfill \\ \end{align}$$

(19)

При этом для получения значения b необходимы два основных параметра. Один из них w , который рассчитывается по уравнению. (19) и еще один S (опорный вектор), который можно рассмотреть из уравнения. (20). Поэтому, учитывая оба уравнения. (19) и (20), b будет определено в уравнении. (21). Таким образом, функция регрессии в уравнении. (22) решает нелинейную задачу.{ – } \), которые являются заданными опорными векторами. Путем умножения опорных векторов на ядро ​​\(K\left({X_{i}, X} \right) \) на выходе получаются ошибки, равные, меньшие или большие, чем ε. Функция ядра равна векторам \( X_{i} \) и \( X_{j} \) в пространстве признаков как \( \phi \left( {X_{i} } \right) \) и \( \ phi \left( {X_{j} } \right) \) где \( K\left( {X_{i} ,X_{j} } \right) = \phi \left( {X_{i} } \right )*\phi \left( {X_{j} } \right) \). Следовательно, обучение СВР может решить задачу квадратичной и выпуклой оптимизации [25].

Работа асинхронного двигателя с низким коэффициентом мощности

Асинхронные двигатели находят различные применения в промышленности и бытовом оборудовании. Такая машина требует магнитных полей для своего функционирования, следовательно, она получает намагничивающий ток от источника. Ток намагничивания — это ток, который создает поток в воздушном зазоре асинхронного двигателя и не зависит от нагрузки на двигатель. Обычно он составляет от 20% до 60% от тока полной нагрузки двигателя. Ток намагничивания не влияет на выходную мощность двигателя, так как его роль заключается в обеспечении среды (магнитного поля), необходимой для обмена энергией между статором и ротором по принципу индукции.Как правило, асинхронные двигатели работают с низким коэффициентом мощности (примерно pf от 0,2 до 0,4) при малой нагрузке или без нагрузки и при полной нагрузке (приблизительно pf от 0,8 до 0,9). В условиях низкой нагрузки или без нагрузки из-за наличия только тока намагничивания в обмотках статора приводит к работе энергосистемы с низким коэффициентом мощности, поскольку ток намагничивания носит сильно индуктивный характер.

Работа с низким коэффициентом мощности приводит к избыточной нагрузке на генераторы (увеличение потребности в кВА) и при той же выходной мощности при постоянном напряжении значение тока увеличивается, что приводит к увеличению размера проводника, следовательно, дополнительно увеличивает стоимость линий электропередачи из-за чрезмерно высокой ток в проводниках передачи увеличивает потери в меди, что приводит к низкой эффективности передачи и плохому регулированию напряжения из-за большого падения напряжения, поэтому рекомендуется эксплуатировать асинхронные двигатели при полной нагрузке.
Чтобы уменьшить потери из-за работы асинхронных двигателей с низким коэффициентом мощности , особенно в трансформаторах и распределительном оборудовании, требуются корректоры коэффициента мощности, такие как конденсаторная батарея, синхронные фазовые модификаторы и т. д., их роль заключается в компенсации потребности в реактивной мощности асинхронных двигателей и восстановить коэффициент мощности настолько близко к единице, насколько это экономически целесообразно.

Коррекция коэффициента мощности достигается подключением конденсатора (скажем) либо параллельно двигателю, либо может применяться на распределительном щите оборудования или на стороне источника.Как правило, поправки размещаются в цепях контактора «Сеть» или «Треугольник». Необходимо соблюдать осторожность при подключении статического компенсатора (скажем, конденсатора), так как реактивная реактивная мощность, требуемая двигателем, постоянно изменяется из-за изменения нагрузки, существует вероятность чрезмерной или недостаточной компенсации, обеспечиваемой компенсаторами, поскольку это источник постоянного реактивной мощности, что может привести к аварийному срабатыванию двигателей.