УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. ПРИ СОЗДАНИИ РЕЗОНАНСА ТОКОВ В ЕГО ЦЕПИ

Аннотация. В статье представлен однофазный двигатель переменного тока, в котором мы повысили коэффициент мощности двигателя до 1 для усовершенствования его характеристик.

Ключевые слова: Коэффициент мощности, резонанс токов, коррекция коэффициента мощности.

Цель исследования: Понять, что произошло с однофазным двигателем переменного тока при повышении коэффициента мощности до 1.

Задачи исследования:  Изучить теоретический и практический материал усовершенствования однофазного двигателя переменного тока, при создании резонанса токов в его цепи.

Глава 1.

Коэффициент мощности – это отношение активной мощности к кажущейся мощности, потребляемой электроустановкой или электрооборудованием объекта. Является мерой эффективности преобразования электрической энергии в полезную работу. Идеальное значение коэффициента мощности ровняется единице. Любая величина, меньшая, чем единица, означает, что для получения желаемого результата необходима дополнительная мощность.

Резонанс токов – это режим, при котором в цепи с параллельным соединением ток конденсатора I_C численно равен индуктивной составляющей тока I_L двигателя. Низкий коэффициент мощности двигателя из-за индуктивных нагрузок может быть улучшен с помощью коррекции коэффициента мощности.
Коррекция коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности) – это технология, которая используется для восстановления значения коэффициента мощности до значения, как можно ближе к единице. Это обычно достигается с подключением к сети конденсаторов, которые подключаются параллельно и компенсируют потребления реактивной мощности индуктивными нагрузками и таким образом снижают нагрузку на источник. При этом не должно быть никакого влияния на работу оборудования.

При повышении коэффициента мощности до единицы, у нас появляются следующие преимущества:

• Уменьшения расходов на электрическую энергию;
• Получения большей мощности  от имеющегося источника;
• Уменьшения потерь напряжения ;
• Снижение тепловых потерь в трансформаторах;
• Увеличение срока службы оборудования в связи со снижением электрической нагрузки на кабели и другие электрические компоненты.

Глава 2.

Схема замещение двигателя переменного тока (рис. 2.1) включает активное  и индуктивное сопротивления, активная мощность двигателя  P (таб. 2.1).

Рисунок 2.1. Схема замещение двигателя переменного тока

Таблица 2.1

Значения

Решение:

1. Рассчитаем параметры двигателя в номинальном режиме.

1.1. Полное сопротивление и проводимости цепи с двигателем:

 = 

= 

1.2.  Номинальный ток двигателя определить из формулы активной мощности :

1.3. Номинальное напряжение двигателя:

1.4. Коэффициент мощности двигателя:

1.5. На диаграмме (рис. 2.2) вектор тока отстает от вектора напряжения на угол .

 А;

Рисунок 2.2. Диаграмма

2. Для повышения  цепи (т. е. уменьшение угла сдвига фаз ) параллельно двигателю подключен конденсатор емкостью C (рис. 2.3).

Рисунок 2.3. Схема                                              Рисунок. 2.4 Схема

2.1. Из векторной диаграммы для этой цепи (рис. 2.4) видно, что для уменьшения  до 0 ( т. е. повышение  до 1) необходимо, чтобы ток конденсатора  был численно равен индуктивной составляющей  тока двигателя , т. е. 

В цепи на рис. 2.3 , т. е. равенство токов  будет при равенстве проводимостей  .

Таким образом, равенство  реактивных проводимостей   является условием повышения  до 1 , условием резонанса токов.

Из этого условия можно определить сопротивление и емкость компенсирующего конденсатора:

;

Проверка. Сдвиг фаз тока в линии  и напряжения :

,

Где ; ;

;

.

2.2 Общий ток, потребляемый из сети после подключения конденсатора, уменьшился и равен активной составляющей тока двигателя:

.

При этом по обмотке двигателя протекает прежний ток , обеспечивая номинальную активную мощность  .

3. Данный двигатель находится на удалении от питающего трансформатора и соединен с ним линией электропередачи с сопротивлением  (рис. 2.5).

Рисунок 2.5. Схема

Определяем падение напряжение, потери мощности  в линии, полную мощность питающего трансформатора в заданном режиме работы двигателя при подключении компенсирующего конденсатора (). Полученные результаты свести в таблицу 3.1, сравниваем и сделаем выводы.

3.1. Падение напряжение в линии электропередачи

3.2. Напряжение в начале линии ( на выводах трансформатора)

3.3 Мощность потерь в линии электропередачи

3.4 Полная мощность питающего трансформатора (без учета потерь в трансформаторе)

Таблица 3.1

Полученные результаты

Вывод: С помощью 1 конденсатора мы смогли вызвать резонанс токов, по которому нам удалось повысить коэффициент мощности однофазного двигателя переменного тока. Можно сделать выводы, что такой двигатель значительно лучше и экономнее, чем двигатель, у которого коэффициент мощности меньше чем единицы.