Перейти к содержанию

Как подобрать конденсатор для компенсации реактивной мощности двигателя?

Обновлено Редакция GAW

У асинхронного двигателя ток отстаёт от напряжения: часть тока — реактивная, она не совершает работу, но нагружает провода. Конденсатор параллельно нагрузке даёт опережающий ток, который компенсирует отстающий (Kuphaldt, гл. 11.3).

Расчёт по ваттметру и амперметру

Индуктивность двигателя обычно неизвестна, поэтому Kuphaldt предлагает считать по измерениям: ваттметр даёт активную мощность P, произведение напряжения и тока — полную S. Дальше

Q=S2−P2,C=Q2πfU2.Q = \sqrt{S^2 - P^2}, \qquad C = \frac{Q}{2\pi f U^2}.

Наш расчёт для двигателя на 230 В, 50 Гц, у которого ваттметр показал 1,5 кВт, а амперметр — 10 А:

ВеличинаРасчётЗначение
Полная мощность230 · 102,3 кВА
cos φ1,5 / 2,30,65
Реактивная мощность√(2,3² − 1,5²)1,74 квар
Ёмкость1744 / (2π · 50 · 230²)около 105 мкФ
Ток после компенсации1500 / 230около 6,5 А

Ток в линии падает с 10 до 6,5 А, а активная мощность нагрузки не меняется — в примере Kuphaldt для 120 В ток так же снижается с 1,41 до 0,995 А при той же активной мощности. Это полная компенсация под нагрузкой; если конденсатор будет включаться и отключаться вместе с двигателем, ёмкость ограничивают по холостому ходу — см. ниже.

Ограничения

  • Не перекомпенсировать. Лишняя ёмкость, по Kuphaldt, снова уводит cos φ от единицы — теперь в сторону опережения.
  • Только сдвиг фаз. Импульсный ток выпрямителей и блоков питания конденсатор не исправит — почему у несинусоидального тока cos φ мал, разобрано в статье «Переменный ток».
  • Самовозбуждение двигателя. Если конденсатор отключается от сети вместе с асинхронным двигателем, а его реактивная мощность больше, чем у двигателя на холостом ходу, выбегающий двигатель может возбудиться как генератор и поднять напряжение на выводах выше сетевого. Общая практика (наш вывод, в источниках не разобрано): для такой схемы ёмкость берут по реактивной мощности холостого хода — её измеряют тем же способом, ваттметром и амперметром без нагрузки на валу, — а полную компенсацию делают отдельно коммутируемыми конденсаторами.
  • Правильный конденсатор — на длительную работу в сети переменного тока, с номинальным напряжением не ниже 400–450 В для сети 230 В (наш совет) и разрядным резистором.

Почему ток конденсатора опережает напряжение — в ответе «Почему в конденсаторе ток опережает напряжение?», сопротивление конденсатора на 50 Гц посчитает калькулятор импеданса, что такое cos φ — в статье «Коэффициент мощности».

Похожие вопросы

Можно ли компенсировать конденсатором блоки питания компьютеров?

Нет. По onsemi ток импульсного блока без коррекции идёт в фазе с напряжением, но короткими импульсами: коэффициент мощности у него низкий из-за гармоник, а не из-за сдвига фаз. Конденсатор сдвиг не исправит — такой ток выравнивают корректором коэффициента мощности внутри самого блока.

Где ставить конденсатор — в щите или у двигателя?

У нагрузки. Kuphaldt поясняет, что ток уменьшается только в проводах от источника до точки установки конденсатора, а между конденсатором и двигателем реактивный ток продолжает циркулировать. Поэтому конденсатор подключают как можно ближе к двигателю. Если он включается вместе с двигателем, его реактивная мощность не должна превышать реактивную мощность двигателя на холостом ходу — см. ограничения в тексте (наш вывод).

Какой конденсатор подходит?

Только рассчитанный на длительную работу в сети переменного тока с запасом по напряжению и току — Kuphaldt отдельно упоминает выбросы от грозовых разрядов. Электролитические и обычные постоянные конденсаторы для этого непригодны. Наш совет: брать специальные конденсаторы для компенсации с номинальным переменным напряжением не ниже 400–450 В для сети 230 В и предусмотреть разрядный резистор.

Источники

  1. Kuphaldt T. R. Lessons In Electric Circuits, Vol. II — AC, 6th ed. (2021), гл. 11.3–11.4, CC BY — с. 362–366: при индуктивной нагрузке cos φ поправляют конденсатором параллельно нагрузке; X = E²/Q, C = 1/(2πfXC); пример 120 В, 60 Гц, 60 Ом + 160 мГн: 22 мкФ снижают ток с 1,41 А до 0,995 А при той же активной мощности 119,4 Вт, cos φ с 0,705 до 0,9999; потери снижаются только в линии до точки установки конденсатора, поэтому его ставят у нагрузки; избыток ёмкости тоже даёт низкий cos φ; конденсаторы — рассчитанные на сетевое напряжение, выбросы и длительный переменный ток; с. 366–369: практический расчёт по ваттметру и амперметру — 240 В, 9,615 А, 1,5 кВт: S = 2,308 кВА, cos φ = 0,65
  2. onsemi. Power Factor Correction (PFC) Handbook (HBD853/D, 2014) — гл. 1: у импульсного блока питания без коррекции ток идёт короткими импульсами в фазе с напряжением; определение коэффициента мощности как косинуса угла здесь даёт ошибочную единицу — коэффициент мощности снижают гармоники, и с ними справляется активная или пассивная коррекция в самом блоке

Нашли ошибку?

Смотрите также