Коефициентът на мощност на асинхронния двигател — от какво зависи и как се променя
На табелката (информационната табела) на всеки асинхронен двигател, в допълнение към други работни параметри, неговият параметър е посочен като косинус фи — косфи… Косинус фи се нарича още фактор на мощността на асинхронния двигател.
Защо този параметър се нарича cos phi и как е свързан с мощността? Всичко е съвсем просто: phi е фазовата разлика между ток и напрежение и ако графично изобразявате активната, реактивната и общата мощност, която възниква по време на работа на асинхронен двигател (трансформатор, индукционна пещ и т.н.), се оказва, че съотношението на активна мощност към пълна мощност — това е косинус фи — Cosphi или с други думи — фактор на мощността.
При номинално захранващо напрежение и при номинално натоварване на вала на асинхронен двигател, косинус фи или коефициент на мощност ще бъде просто равен на стойността, посочена на табелката му.
Например за двигателя AIR71A2U2 коефициентът на мощност ще бъде 0,8 с натоварване на вала от 0,75 kW. Но ефективността на този двигател е 79%, следователно активната мощност, консумирана от двигателя при номиналното натоварване на вала, ще бъде повече от 0,75 kW, а именно 0,75 / КПД = 0,75 / 0,79 = 0,95 kW.
Независимо от това, при номинално натоварване на вала параметърът на мощността на параметъра или Cosphi е свързан именно с енергията, консумирана от мрежата. Това означава, че общата мощност на този двигател ще бъде равна на S = 0,95 / Cosfi = 1,187 (KVA). Където P = 0,95 е активната мощност, консумирана от двигателя.
В този случай коефициентът на мощност или Cosphi е свързан с натоварването на вала на двигателя, тъй като при различна механична мощност на вала активният компонент на тока на статора също ще бъде различен. Така че, в режим на празен ход, тоест когато нищо не е свързано към вала, коефициентът на мощност на двигателя няма да надвишава, като правило, 0,2.
Ако натоварването на вала започне да се увеличава, тогава активният компонент на тока на статора също ще се увеличи, следователно коефициентът на мощност ще се увеличи, а при натоварване, близко до номиналното, ще бъде приблизително 0,8 — 0,9.
Ако сега натоварването продължава да се увеличава, тоест да се натоварва валът над номиналната стойност, тогава роторът ще се забави, ще се увеличи фиш s, индуктивното съпротивление на ротора ще започне да допринася и коефициентът на мощност ще започне да намалява.
Ако двигателят работи на празен ход за определена част от работното време, тогава можете да прибегнете до намаляване на приложеното напрежение, например преминаване от триъгълник към звезда, тогава фазовото напрежение на намотките ще намалее с корен с 3 пъти , индуктивният компонент от празния ротор ще намалее, а активният компонент в намотките на статора ще се увеличи леко. Така коефициентът на мощност ще се увеличи леко.
По принцип системите, задвижвани от променлив ток, като асинхронни двигатели, винаги имат освен активните, индуктивните и капацитивните компоненти, следователно на всеки половин период, определена част от енергията се връща в мрежата, т.нар. реактивна мощност Q.
Този факт създава проблеми за доставчиците на електроенергия: генераторът е принуден да подава пълна мощност S към мрежата, която се връща към генератора, но проводниците все още се нуждаят от подходящо напречно сечение за тази пълна мощност и, разбира се, има паразитно нагряване на проводниците от реактивния ток, циркулиращ напред -назад … Оказва се, че генераторът е длъжен да подава пълна мощност, някои от които по принцип са безполезни.
В чисто активна форма генераторът на електроцентрала би могъл да доставя на потребителя много повече електроенергия и за това е необходимо коефициентът на мощност да бъде близо до единица, тоест както при чисто активен товар, при който Cosphi = 1.
За да се осигурят такива условия, някои големи предприятия инсталират блокове за компенсация на реактивна мощност, тоест системи от намотки и кондензатори, които автоматично се свързват паралелно с асинхронни двигатели, когато техният коефициент на мощност намалява.
Оказва се, че реактивната енергия циркулира между асинхронния двигател и дадената инсталация, а не между асинхронния двигател и генератора в електроцентралата. Така коефициентът на мощност на асинхронните двигатели се довежда до почти 1.