Factor de putere a motorului: definiție, calcul și modul în care miezurile motorului îl afectează

Ce măsoară de fapt factorul de putere al motorului

Când un motor trifazat consumă 75 kW de putere reală la 400 V, curentul de linie depinde de factorul său de putere. La 0,85 PF, acel curent este de aproximativ 127 A. La 0,80 PF, același 75 kW necesită 135 A — cu șase procente mai mult curent pentru nicio ieșire suplimentară a arborelui . Raportul din spatele acestei diferențe, puterea reală în kilowați împărțită la puterea aparentă în kilovolti-amperi, este factorul de putere a motorului. Pentru un motor de curent alternativ este egal cu cos φ, cosinusul unghiului de fază dintre tensiune și curent.

Motoarele funcționează întotdeauna cu un PF sub 1, deoarece au nevoie de curent de magnetizare pentru a construi câmpul magnetic în miezurile statorului și rotorului înainte de a putea fi produs cuplul. Această componentă reactivă nu lucrează mecanic, dar se deplasează prin înfășurări, cablurile de alimentare și transformatoarele din amonte. Este o parte inevitabilă a funcționării motorului cu inducție, dar este influențată și de design și materiale.

Cum se calculează factorul de putere al motorului

Calculul este simplu: PF = puterea reală (kW) / puterea aparentă (kVA) . Pentru un motor trifazat, puterea aparentă este S = 1,732 × V × I / 1000, unde V este tensiunea de la linie la linie și I este curentul de linie.

Folosind exemplul de mai sus, un motor de 135 A la 400 V are o putere aparentă de 1,732 × 400 × 135 / 1000 = 93,5 kVA. Cu 75 kW de putere reală măsurată, factorul său de putere este de 75 / 93,5 = 0.80 . Dacă aceeași mașină ar putea deține 0,90 PF, curentul pentru aceeași putere reală ar scădea la aproximativ 120 A.

Cele trei mărimi formează un triunghi dreptunghic: S² = P² Q². Puterea reactivă Q este partea pe care motorul o cheltuiește pentru magnetizarea circuitului său magnetic. La sarcină parțială, puterea reală scade mai repede decât curentul de magnetizare, astfel încât PF scade brusc. Un motor cu placa de identificare la 0,86 PF poate măsura cu ușurință 0,55–0,65 la jumătate de sarcină.

Valori tipice ale factorului de putere a motorului

Plăcuța de identificare PF este o valoare la sarcină completă. Măsurătorile site-ului reflectă sarcina reală de funcționare, motiv pentru care numerele din lumea reală sunt adesea mai mici. Tabelul de mai jos oferă intervale orientative de sarcină completă pentru motoarele standard cu inducție trifazate de joasă tensiune.

Două modele contează atunci când specificați motoare. În primul rând, motoarele mai mari ating PF mai mare, deoarece curentul de magnetizare și pierderile fixe reprezintă o parte mai mică din intrarea totală. În al doilea rând, mașinile mai lente - modele cu 6 poli și 8 poli - dezvoltă PF mai scăzut decât motoarele comparabile cu 2 poli sau 4 poli, deoarece polii suplimentari necesită mai multe rotații de amperi magnetizante. Aceeași logică se aplică supradimensionării: un motor de 75 kW care funcționează la 20 kW arată un PF mult mai mic decât un motor de 22 kW dimensionat corect care face aceeași treabă.

Cum influențează miezul motorului factorul de putere

Factorul de putere nu este determinat doar de înfășurare. Cea mai mare influență asupra curentului reactiv este circuitul magnetic al motorului - miezurile statorului și rotorului. Materialul miezului, grosimea de laminare și metoda de asamblare controlează cât de mult curent de magnetizare trebuie să furnizeze înfășurarea și câtă energie pierde fierul în proces. O privire mai atentă asupra structura unui nucleu motor clarifică legătura.

Calitatea oțelului siliconic și pierderea miezului

Calitatea oțelului electric stabilește atât permeabilitatea, cât și pierderea miezului. Un grad mai mare de oțel siliciu non-orientat (ONG). reduce histerezisul și pierderile prin curenți turbionari în stator și rotor. Pierderi mai mici de fier înseamnă că este consumat mai puțin curent de intrare prin magnetizare și curenți de pierdere, ceea ce suportă un PF mai mare sub sarcină. Alegerea materialului are un efect direct, măsurabil asupra puterii reactive pe care o atrage un motor.

Furnizori de oțel siliconic de calitate superioară, fără cereale (ONG), Companie - Wuxi Nou În calitate de furnizori și companie de oțel siliconic de înaltă calitate (ONG) din China, New Ruichi/Cailiang oferă comerț cu ridicata cu ridicata non-g... Vizualizare produs →

Grosimea laminarii si izolatia

Miezurile motorului sunt ștanțate din foi de oțel electric, de obicei de 0,35–0,50 mm grosime. Laminările mai subțiri reduc curenții turbionari, dar cresc costurile de procesare. Învelișul izolator dintre laminate contează la fel de mult: dacă foile adiacente se ating, se dezvoltă curenți circulatori și pierderile cresc. De aceea Laminarea statorului și rotorului motorului de curent alternativ necesită o acoperire controlată, perforare precisă și un control strâns al bavurilor pe parcursul unei serii de producție.

Furnizori de laminări pentru stator și rotor pentru motor AC, Companie - Wuxi New Ruichi Techn În calitate de furnizori și companie de laminări de rotor și stator pentru motor cu curent alternativ din China, New Ruichi/Cailiang oferă rotor și stator pentru motor cu curent alternativ cu ridicata... Vizualizare produs →

Metoda de asamblare a miezului

Modul în care laminările devin o stivă finită schimbă calea magnetică. Miezurile interblocate sunt economice și stabile dimensional, dar fiecare caracteristică de interblocare creează stres localizat și scurtcircuitare electrică între straturi. Miezurile sudate sunt puternice din punct de vedere mecanic, dar fiecare cordon de sudură este o punte conductivă potențială peste stiva de laminare, așa că poziția și lungimea sudurii trebuie gestionate strâns. Când aceste detalii sunt controlate, miezuri laminate sudate cu laser/TIG păstrează izolația stratului și menține pierderile scăzute. Diferența de performanță este suficient de mare încât mulți producători de motoare le cumpără acum ansambluri finite ale miezului motorului în loc de laminari libere.

Furnizori de miezuri laminate sudate cu laser/TIG, Companie - Wuxi New Ruichi Technology În calitate de furnizori și companie de miez laminat sudat cu laser/TIG din China, New Ruichi/Cailiang oferă miez laminat sudat cu laser/TIG cu ridicata pe... Vizualizare produs →

De ce un factor de putere scăzut al motorului costă mai mult decât credeți

PF scăzut nu reduce puterea mecanică, dar crește fiecare cost asociat cu furnizarea acelorași kilowați:

• Curent de linie mai mare, astfel încât cablurile, întreruptoarele și transformatoarele trebuie să fie supradimensionate.
• Pierderi I²R mai mari în fiecare element din serie între contorul de utilitate și motor.
• Căderi mai mari de tensiune, care scad cuplul motorului și cresc alunecarea.
• Taxe pentru cererea de utilități sau penalități PF, declanșate de obicei sub 0,90 sau 0,95.

Aritmetica este ușor de verificat. O sarcină de 75 kW la 400 V consumă aproximativ 127 A la 0,85 PF. La 0,80 PF curentul ajunge la 135 A, cu aproximativ 6% mai mare; la 0,70 PF ajunge la 155 A, aproximativ cu 22% mai mare . Curentul suplimentar încălzește cablurile și înfășurările, provoacă scăderea tensiunii și forțează ca echipamentele din amonte să fie reduse. Aceeași sarcină îmbunătățită de la 0,85 PF la 0,95 PF reduce cererea aparentă de putere de la 88 kVA la 79 kVA - a 10% reducere în cantitatea de facturare utilizată de multe utilități pentru conturile comerciale și industriale.

Opțiuni și limite de corecție a factorului de putere

Condensatorii sunt dispozitivul standard de corecție. Ele furnizează putere reactivă de vârf care compensează curentul de magnetizare întârziat al motorului și pot fi instalate la bornele motorului, pe tabloul de distribuție sau central la substație. Nivelul corect depinde de locul în care este creată cererea reactivă.

Unitățile de frecvență variabilă (VFD) schimbă imaginea. Legătura de curent continuu din interiorul unității furnizează energie reactivă în interior, astfel încât PF-ul pe partea rețelei a unui motor alimentat cu VFD este de obicei peste 0,95 chiar și atunci când motorul în sine funcționează la PF scăzut. Pentru motoarele cu viteză fixă, dimensionarea condensatorului necesită atenție. Supra-corecția într-un PF principal crește tensiunea la borne și creează tranzitorii de comutare, funcționarea greșită a releului și defecțiuni ale condensatorului. O țintă de corecție în jurul valorii de 0,92–0,95 este de obicei mai sigură decât încercarea de a atinge unitatea.

Armonicele adaugă o altă constrângere. VFD-urile și alte sarcini neliniare produc un factor de putere de distorsiune, pe care condensatorii nu îl pot corecta. În unele cazuri, băncile de condensatoare rezonează cu inductanța transformatorului la frecvențe armonice și amplifică distorsiunea în loc să o reducă. O măsurare de bază a calității puterii previne cele mai frecvente greșeli.

Corecția la contor tratează simptomul, nu cauza. Un motor al cărui miez suportă pierderi mari sau un curent de magnetizare excesiv continuă să atragă curent reactiv, indiferent de cât de multă capacitate este instalată. Schimbarea materialului de bază și a metodei de asamblare în faza de proiectare sau reconstrucție reduce cererea reactivă la sursă. De aceea, OEM-urile și atelierele de reparații de motoare evaluează capacitati de fabricatie a furnizorului lor principal ca parte a tabloului eficienței.

Ce ar trebui să verifice cumpărătorii și designerii

Înainte de a adăuga condensatori, măsurați PF-ul de funcționare sub sarcină reală, în loc să aveți încredere pe plăcuța de identificare. Înregistrați tensiunea și curentul, estimați sarcina arborelui și comparați rezultatul cu comportamentul motorului la sarcină maximă. Exercițiul dezvăluie adesea probleme precum supradimensionarea sau nucleele cu pierderi mari pe care condensatorii le-ar ascunde altfel.

• Confirmați PF de funcționare sub sarcină reală; valorile de pe plăcuța de identificare sunt valori la sarcină completă.
• Solicitați calitatea de oțel siliconic și grosimea de laminare specificate pentru miez.
• Alegeți metoda de asamblare a miezului - lipire cu adeziv, interblocare sau sudare cu laser/TIG - pe baza eficienței țintă a motorului și a PF.
• Potriviți dimensiunea motorului la serviciu. Un motor supradimensionat care funcționează ușor încărcat suferă un PF scăzut și o eficiență scăzută pe toată durata de viață.

Factorul de putere al motorului este mai mult decât un detaliu de facturare. Acesta reflectă cât de eficient circuitul magnetic al motorului transformă curentul de intrare în cuplu. Când miezul este construit din calitatea potrivită de oțel siliconic, grosimea de laminare și procesul de asamblare, motorul pur și simplu are nevoie de un curent reactiv mai puțin. Această diferență este măsurabilă în camera contorului – și începe pe linia de producție a furnizorului principal.