异步电动机无功补偿
电动机就地无功补偿
电动机就地无功补偿
工矿企业消耗的无功功率中,异步电动机约占70％,因此对于异步电动机采用就地无功功率补偿以提高供电系统的功率因数,节约电能,减少运行费用以及提高电能质量,就有重要的意义;
电动机无功功率就地补偿的作用
就地补偿是在异步电动机附近设置电容器,对异步电动机进行无功功率补偿,这是最有效的补偿方法;其作用：
可减少供电网,配电变压器,低压配电线路的负荷电流;
可减少配电线路的导线截面和企业配电变压器的容量;
可减少企业配变及配电网的功率损耗;
补偿点的无功经济当量最大,因而将损效果更好;
可降低电动机的起动电流;
电动机无功功率就地补偿方式
将电容器装在箱内,至于电动机附近,对其进行单独就地补偿;将电容器直接接到电动机的端子上或保护设备的末端,称为直接单独就地补偿;将电容器接到保护设备的前端,采用控制设备,电容器采用熔断器保护,称为控制式单独就地补偿;
电动机无功功率就地补偿的应用范围
长期连续运行的电动机,经常轻载或空载运行的电动机;
离供电变压器距离较远的电动机,一般不小于10米,
单台容量较大的电动机,一般高压电动机不小于90千瓦,低压动机不小于千瓦;
Y系列380伏三相异步电动机就地补偿电容器容量kvar。
基于异步电动机运行磁场变化引起的无功补偿分析
２ 无功补偿设备与异步 电动机 的配合
异步电动机无功功率 的选择要充分考虑 电动机 的工作状态 。无功补偿设备种类繁多 ， 根据 电动机 工作状态和承受负载的变化大致可按照 以下 ３ 种情
况 考虑 。
２ １ 短 时和 周波 负载 连续 工作 制 电动机 ．
功分量在增加 ， 功率 因数逐步上升。
状 态下 分别 需要 的无 功功 率 。 已知 三相 异 步 电动机 的参 数见 表 １ 。 根据 经验 公式 （ ） ５ 计算 空载 电流 ， ｎ
短 时和周 波 负载 连续 工作 制 电动机 的特 点是 电 动 机 的工 作 时 间和停 机 时 间是 交 替 进 行 的 ， 工 作 但 时 间和停 机 时 间 相 对 较 长 ＿ 。这 也 就 说 明 电动 机 ２ Ｊ
大。随着 ， 的增大电磁转矩也增大， ２ 当电动机的电磁 转矩增大到与负载的 自 动转矩平衡时， 电动机就稳定
运行 了。异 步电动机 的“ ” Ｔ 形等效 电路如 图 １ 所示 。 通过 “ ” 等 效 电路 来 分 析 励 磁 电 流 的 变 化 ， Ｔ形 空 载运 行 时励磁 电流 ， 。 为
的作用 ， 成 电磁 转 矩 ， 电磁 转 矩 的作 用 下 ， 子 形 在 转 将 旋转 起来 ， 最后 完 成 电磁 生力 的变 化 。在 整个 过
程 中， 电动机 的输 入 端 通 过 感 应 电动 势 与 电系 统 进
行 联 系 ， 出端通 过 磁 场 把 机 械 系 统 与 电 系 统联 系 输 起 来 。电动机 输 入端 的感 应 电动 势 和输 出端 的 电磁 转 矩 都是 磁场 产 生 的 ， 电动 机 的整 个 工 作 过 程 是 通 过 磁 场把 机械 系统 与 电 系 统 联 系起 来 ， 立 和 维 持 建
低压异步电动机就地无功补偿的好处及可行性
功电 流大部分由并联的电容器供给， 从而减 压质量， 也增加了 产品数量及质量；
少输配电 线路上的总电流， 降低线路损耗。 ｆ因为补偿电容器随电动机投切， ５ ） 只要 由于并联电容器在异步电动机的额定 设电动机正常Ｔ作时， 线路输送的有功 补偿的电容器容量配置适当， 不存在无功过 电压下， 所产生的无功功率小于异步电动机 功率 Ｐ 是恒定的， 无功功率为 Ｑ ， １ 视在功率 补偿 有较为理想的补偿效果。 在额定电压下空载时需要的励磁功率 当电 为 ｓ， １功率因数为 Ｃ Ｓ 。若对该电动机的 Ｏｔ ｐ 压上升时， 电容器所产生的无功功率随电压 三、 三相 低 压异 步 电动机 就地 无功功率进行就地补偿， 使其无功功率为 的平方增加，而异步电动机因铁芯的磁饱 无功 补偿 的可行性 Ｑ， ２视在功率为Ｓ。 ２这时可以看出， 就地并联 和。 其需要的无功功率增加将大于电容器的
２ ． 采用三相低压异步电动机就地无功补 的无功功率， 当负荷从由零到满载时， 其变 产生过补偿。
其 也就是说仅 ｆ简单、 １ ） 价低。因为只是在电动机上并 支路所需的无功功率随负荷增加而增加， 动机空载无功功率要略小一点，
２１第５ 霉 豳 ０年 期 墨 １
妻 ＡＵＯ＇Ｎ Ｅ＆ＯＨ ＯＬ ＧＹ ｌ 。 ；ＥＯ 蜊Ｏ 科 … ＴＥ Ｎ Ｓ … 。
很快下降到零， 在电网电压复现时． 就不会
ｆ提高了 ４ ） 低压线路的功率因数， 减少末 出现过电压。因此， 异步电动机与电容器并 动机与电容器应同时投入或断开。
当 容量的电容器。 就可以使电动机所需的无 端电压波动， 改善了用户的电压， 提高了电 联之间不能加装熔断器保护或开关， 异步电
无功补偿常用计算方法
按照不同的补偿对象，无功补偿容量有不同的计算方法。
（1）按照功率因数的提高计算对需要补偿的负载，补偿前后的电压、负载从电网取用的电流矢量关系图如图3.7所示：I 2rI 1补偿前功率因数1cos ϕ,补偿后功率因数2cos ϕ，补偿前后的平均有功功率为P ，则需要补偿的无功功率容量)t a n (t a n 21ϕϕ-=P Q 补偿 （3.1） 由于负载功率因数的增加，会使电网给负载供电的线路上的损耗下降， 线损的下降率%100)cos (3)cos (3)cos (3%211222211⨯-=∆R I R IR I P a a a ϕϕϕ线损%100)cos cos (1221⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ϕϕ （3.2） 式中R 为负载侧等值系统阻抗的电阻值。
（2）按母线运行电压的提高计算 ①高压侧无功补偿无功补偿装置直接在高压侧母线补偿，系统等值示意图如图3.8所示：图3.7 电流矢量图P+jQ补偿图中，SU、U分别是系统电压和负载侧电压；jXR+是系统等值阻抗（不含主变压器高低压绕组阻抗）；jQP+是负载功率，补偿jQ是高压侧无功补偿容量；1U、2U分别是补偿装置投入前后的母线电压。
无功补偿装置投入前后，系统电压、母线电压的量值存在如下关系：无功补偿装置投入前11UQXPRUUS++≈无功补偿装置投入后22)(UXQQPRUUS补偿-++≈所以212UXQUU补偿≈-（3.3）所以母线高压侧无功补偿容量)(122UUXUQ-=补偿（3.4）②主变压器低压侧无功补偿无功补偿装置在主变压器的低压侧进行无功补偿，系统等值示意图如图3.9所示：P+jQ补偿图3.8 系统等值示意图图中，jX R +是包含主变压器高低压绕组总阻抗的系统等值阻抗；1U 、2U 均对应补偿装置投运前后低压侧母线电压1u 、2u 归算至高压侧的值。
可得如下关系：)()()(1222122122KU u X u K U Ku X Ku U U X U Q -=-=-=补偿（3.5） 式中K 为主变压器变比。
异步电动机的无功功率补偿技术
由于线路传送 电流小 了， 系统的线路电压损失相应减
约工业生 产的 ５％ ０ 左右的能量．但跟其他负载相 比，其产 生 的功 率因数低得多。 为防止 由此产生的对电 力变压 器和 电力电缆 的损耗．必须要提高功率 因数。
电网 中的电气设备和电动机 、 变压器等属于既有电感
Ｊ ，有利于系统电压的稳定，有利于大电机起动。 Ｊ ＼
释放 能量时， 感性负荷吸收能量， 而感性负荷 释放能量时， 容性 装置 吸收能量 ，能量在相互转换 ． 感性 负荷 所吸 收的 无功功 率可由容性装置 输出的无功功 率中得到 补偿 ， 该电
Ｒｅ ｌ Ｐｏ ｒ ａ ・ ｗｅ
Ｓ Ａ ｐ ａ ｅ ｔ Ｐｏ ｅ ｐ ｒｎ ・ ｗ ｒ
功率因数是大部分人 比较 关心的话题 ， 但是有时却经
用 ，提 高电能质量，符 合我国节约 能源 的国策 ，同时亦给 企 业带来经济效益。
一
电母线上，补偿供电范围 内的无功功率。
（ ）组合就地补偿 二 电容器接在高压配电装置或动 力箱的毋线上 ， 对附近 的电动 机进行无功补偿。 （ ）单独就地补偿 三
将 电容 器装于 箱内， 置在电动机附 近，对电机单独 放
．
也 就是 说电压和 电流在 同一个频率 时二者才是等 同
的。但是实际 上，电气系统 中的 电压和电流 都包含谐波，
收 稿 日期 ：２ ０ ．４０ ０ ７０ ．９ 作者简介 ：王树 恩 （９ ８） 男，汉族 ，呼伦 贝尔学院外 事办 ，助理工程师 。研 究方向：工业 电气自动化 。 １６一
Ｎｏ． ３
Ｖ０ ７ ｂ ｉｈ ｄ ｉ ｕ ｅ ２ ０
异步 电动机 的无功功率补偿技术
王 树 恩
（ 呼伦 贝 尔 学 院 内蒙 古 海拉尔区 ０ １０ ） ２ ０ ８
配电线路线损、无功补偿(09)
电流为 IU2200.36(A 7)
Z 599
功率因数为 C O P S 40 或40 0 .5 UI 22 0 .3 068 7 .7 04
COSR3000.5
Z 599
无功功率为
QP(tan1tan2)p(
c
1
o2s1
1
c
1
o2s2
1)
4
(0
1 0.52
1
0.912515.61(2var)
,
2、按提高电压确定补偿容量
QC
U12U X
3、按降低线损确定补偿容量
△P%1ccoo22ss1210% 0
例题1：电工基础33题
先求镇流器的阻抗XL X L 2 f L 2 3 .1 5 4 1 . 0 6 5 5 ( 1 ) 8
总阻抗为
ZR 2X 232 0 5 02 15 8(9 )9
,
三、无功补偿的标准：用户在高峰负荷时的 功率因数应为：高供户和高供装有带调整 电压装置的电力用户功率因数为及以上； 其它100kvA（kw）及以上电力用户和大、 中型电力排灌站功率因数为及以上。
，
四、无功补偿的方法：采用电力电容器或具有容性 负荷的装置进行补偿。主要有：过励磁同步电动 机；调相机；电力电容器。
部放电。
。
4、电容器组运行操作注意事项： 1）断路器的操作顺序：正常情况全变电所停电操作
时，先拉开高压电容器支路的断路器，再拉开其 他各支路的断路器；事故情况下，全站无电后， 必须将高压电容器组的支路断路器先断开。 2）电容器的保护熔断器突然熔断时，在未查明原因 之前，不可更换熔体恢复送电。 3）电容器严禁带电荷合闸，以防止产生过电压；电 容器再次合闸，应在其断电3min后进行。
异步电动机无功补偿最佳容量设计
片。
３ 接 口电路设计
本装置接 口电路需要传送三个部分信号 （） １板面输入控制信号 ， 包括（ 自检 ， 中断， 时差
Ｔａ ａ ｈｅ Ｔｏ ｅ Ｍ ａ Ｈ ｏ ｒ ｎ Ｄ ｎｓ ｎｇ ｎｇ Ｋ ｎｇ ｕ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｂ ｓｎ ｎ — ｈ ｐ ｍ ￣ｒ — ｏ ￣ ｕ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ［ ｔ ｏ ｍ ， ｓ ｒ ｃ ： ｙ ｕ ｉ ｇ ｏ ｅ ｃ ｉ ｃ ｏ ｃ ［ ｐ ｔ ｒ ａ ｈ ｅ ｅｏ ｉ ｇ ｐ ａ ［ ｒ ｔ ｅ ｖ ｒ ｂ ｅ ｒ ａ ｔｖ ｕ ｒ ｎ ｎ ｈ ｏ ｒｆ ｃ ｏ ａ ｓ ｄ ｂ ｈ ｈ ｎ ｅｏ ｏ ｄ ｈ ａ ｉ ｌ ｅ ｃ ｉ ｅ ｃ ｒ ｅ ｔ ａ ｄ ｔ ｅｐ ｗｅ ａ ｔ ｒｃ ｕ ｅ ｙ ｔ ｅ ｃ ａ ｇ ｆｌ ａ ａ
方法。 叙词 单片机 异步 电动机 无功 功 率补偿
一
谭敦生 １５ ９ ６年 １ ０月 生 ， ９ ７年 毕 业 亍 武 汉 １９
利电力 大学 电力 系统 及 其 自动化 专业 ， 学 工
硕士 ， 高级工程师 现在 末 北电力学 院 电力系 电 机实驻 室工 作 。
Ｃａ ｃ ｔ ｐａ ｉｙ Ｏｐｔｍ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｔｖ —ｏ ｄ ｉ ｚ ｔｏ ｆ Ｒｅ ｃ ｉ ｅ ｌ ａ Ｃｏ ｐｅ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ Ａｓ ｎｃ Ｏ ｕｓ Ｍ ｏ ｏ ｍ ｎｓ ｔｏ ｏ ｙ ｈｒ ｎＯ ｔｒ
制 方式 由软 件灵 活选定 ， 行元件 采 用晶 闸管 无触 执 点投切 电容 器组方 案 。
于 ８ ３ 无程序存储器， ０１ 所以 ， 控髑程序要固化在外 接 的 Ｅ ＲＯＭ 中 ， 据 控制 程 序 及 其它 软 件程 序 Ｐ 根
的需要 决 定配 容量 为 ２ Ｋ×８的 Ｅ Ｒ Ｐ ＯＭ２ ６ ７ ４芯片
三相异步电动机的无功就地补偿
２ 三相异步电动机无功就地补偿计算
２ １ 补 偿容 量计算 ． 为 了 防 止 自励 磁 过 电 压 ， 台 电 动 机 的 补 偿 容 量 不 宜 过 大 ， 容 器 的 无 功 功 率 如 按 电 动 单 电 机 额 定 电 压 下 的 空 载 电 流 进 行 选 择 ， 不 会 产 生 自励 磁 过 电 压 ． 则
ｎ
巾 度 ± 口 旨 曾力 ．
２２ ．
Ｃ ：６ 刀
（ 、３）
式 中： ｃ一 电 容 器 的 电 容 量 （ 一电 网 频 率 （ ） Ｆ） Ｈｚ
动 切 除 装 置 有 可 能 失 灵 ， 容 补 偿 柜 ｆｔ 较 高 ． 电 ｉ－ 格
１２ ． 就 地丰 Ｈ尝
所 谓 就 地 补 偿 就 是 将 补 偿 电容 与 电 动 机 组 装 成 一 体 ， 电 容 器 并 联 在 电 动 机 接 线 端 子 把 上 ， 集 中 补 偿 方 式 相 比 ， 动 机 的 无 功 就 地 补 偿 具 有 很 多 优 点 ， 要 表 现 在 ： 于 电 容 器 和 电 与 电 主 由 动 机 安 装 在 一 起 ， 以从 理 论 上 来 说 ， 全 补 偿 后 可 使 线 损 降 为 零 ． 动 机 与 电 容 器 一 起 投 入 所 完 电 或 切 除 ， 用 方 便 ． 格 便 宜 ， 需 要 电容 器 ， 不 需 要 切 换 装 置 、 面 以 及 支 架 等 ． 使 价 只 而 盘
Ｑ ￣ １ ≤ ／ ３ ０
（ ） １
式中： Ｑ 为 补 偿 电 容 器 无 功 容 量 （ Ｖ ｋ ＡＲ）； 为 电 源 的 额 定 线 电 压 （ Ｖ）； 为 电 动 机 空 载 ｋ
电流 （ Ａ） ．
补 偿 容 量 也 可 根 据 电 动 机 实 际 耗 用 有 功 功 率 Ｐ， 偿 前 的 功 率 因 数 ｃ ｓ 。 补 偿 后 的 功 率 补 ｏｅ 、 ． ｐ
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摘要本文进行了异步电动机的运行特性分析，通过电路分析和数学推导建立了异步电动机的数学模型及等效电路。
阐述了三相异步电动机就地无功补偿的原理和作用。
最后，以8051单片微型机作为控制主体设计了智能型交流异步电动机就地无功补偿装置。
关键词：异步电动机；单片机；无功补偿；AD654芯片；功率因数AbStraCtBecause Of SUCh adVan土age Ofthe aSynchronous motOr aS Simple St，rUCture，thereliable running，the convenient service and cheap phce，n iS widely applied in alltradeS and occupatiOnS．n iS well known that motOr whiCh iS direct·on Starting haSmany malpracdces．When eleCtriCal machinery 1ight-lOading running，the power 10Seincreases，the e伍Ciency and power faCtors bOth greatly reduce．TherefOre 讧haSextremely V讧a1 Signincance tO implement efieCUve COntrOl on aSyncbronous motOr，guaran“ng the secur讧y Ofthe eleCthCal machinery， avoiding th云eleCtriCal networkimpact，enabling讧economyrunninS．ThiS paper analyZe the model and equiValent Circun Ofthe aSynchronous motOLAnerdepic“ngthetheoryOftheaSynchronousmotOrreacdvepowercompensatiOno nthe spot，we deSignathe aSynchronousmotOrreacdvepowercompensatiOndeviCe ontheSpOtbasedon 8051 SingleChipMiCrocomputer．KeywordS：ASynchrOllOUS motOr； MiCrocompUter；AD654Chip；Power factOrReacUvepowercompensatiOn；引言随着我国工农业生产的迅速发展，电能的需求量越来越大，开发和节约能源已成当务之急。
作为一种重要的动力设备，三相交流异步电动机的用电量是非常大的。
这些异步电动机一般都是按照设计的负载进行选择的，但在实际使用中，大都经常处在轻载，甚至在空载运行。
因此，“大马拉小车”的现象几乎是很普通的，如煤矿常用的胶带输送机、刮板机、绞车、压风机、机床等设备在大部分运行时间中，电动机的负荷变动都较大，其平均输出功率与最高输出功率之比一般为0．3—0．4，有的还更低。
电动机的负载率低，效率小高，电能的浪费现象十分严重。
1996年国家统计局统计数字表明，我国全国年发电量的60％为各种电机设各所消耗，其中90kW以内的中小功率异步电动机耗能占总电机耗能的7 0％，即消耗4200亿度电。
按我国今年国家规定0．5元／／kWh的电价计算，其折合人民币210亿元。
如果这些异步电动机能够节电10％，就可节约21亿元人民币。
2002年国家电力部统计数字表明，火力发电每kwh需投资约1元；。
：三峡水电每kwh需投资约1．13元，建设周期13～17年；核电每kwh需投资2—3元；其他能源(太阳能、风能、海洋能等)每kwh需投资3～5元。
若仅按中小功率异步电动机节电10％计算，其年节电量相当于三峡电站的半年发电量，可节约国家投入电站建设资金5 0亿元左右，为国家节约大量能源和费用。
异步电动机的补偿原理异步电动机定子和转子之间的关系都是电磁感应关系。
当定子绕组中通以对称的三相的交流电流时，产生旋转磁势和相应的旋转磁场，它以同步速切割转子绕组，并在转子绕组中感应出电势及电流；转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子旋转输出机械功率。
它是以磁势平衡、电势平衡、电磁感应和全电流定律为理论基础。
所以，其功率因数总是滞后的，电动机必须从电网中吸取感性无功才能正常工作。
当电动机空载时，转子转速与同步转速接近，因此转差率，藩00此时，功率因数很低，约为0.1～0.2。
当负载增加时，转子电流的有功分量增加，定子电流的有功分量也随之增加，电动机的功率因数提高，在接近额定负载时，功率因数达到最大。
当负载超过额定值时，s值变大，转子功率因数角增大，转子电流的无功分量增加，致使电动机定子功率因数重新下降。
所谓电动机无功就地补偿，就是把电容器直接并联在电动机接触器卜而或电动机接线端子上，使电动机所需要的无功大部分由并联电容器供给，电网只为电动机供给有功和少量无功，这样可以减轻电网负担，提高电网的输出能力并减少损耗。
由于控制系统以无功功率作为主要的检测及控制目标，而无功功率的计算公式如下：据此，控制系统设计了电压、电流以及功率因数测量电路，无功功率可由所测得的电压值、电流值以及功率因数值根据公式(4—1)计算得到。
同时系统还设计了显示电路以显示系统运行参数数值。
控制系统根据计算得到的无功缺额控制相应电容器组的投切，投切指令由单片机的I／0口输出给无触点丌关，为了增加I／0口的驱动能力，系统设计了驱动电路，控制系统软件的设计系统软件结构采用模块化设计，各功能模块由相应的子程序来完成，使系统软件结构清晰，便于调试和修改。
系统软件主要包含下列功能模块：(1)线电压、相电流采样及数据处理程序：(2)外中断服务程序(采样功率因数)；(3)功率因数采样数值处理程序：(4)电容器组的投切控制程序：(5)键盘与显示程序。
系统软件编程语言采用C语言，C语言是一种结构化程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具有汇编语言的功能。
用汇编语言编写的程序结构紧凑，效率高，但编程复杂，可读性差。
而C语言库函数丰富，运算速度快，具有良好的可移植性，而且可以实现直接对系统硬件的控制。
用C语言编写程序，可以大大缩短开发周期，提高效率，并且增加了程序的可读性结论异步电动机无功就地补偿技术，是一种节能高效、易于实现的新技术，它可以提高电动机的功率因数，减小输电线路的无功电流，降低损耗，改善电网供电质量，使负载端电压升高，电动机转速提高，出力得到保证。
同时，还可提高供电出力，延长电机智控制开关的寿命。
本设计在深入研究交流异步电动机的工作原理和运行特性的基础上，以单片机为核心，设计了智能型交流电动机就地无功补偿控制系统。
结果表明：·(1)采用单片机控制电路对电容器进行自动投／切，从硬件软件方而来提高可靠性和稳定性，大大提高了系统的性价比。
，(2)系统配置比较灵活，适应性比较强，调试比较方便，易于监视和维护，具有对无功、电压、过补偿、欠补偿进行自动判断与处理能力。
(3)系统能够实现动态补偿，不仅减轻了劳动强度，而且可以提高供电质量节约电能。
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