Ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα επαγωγής — από τι εξαρτάται και πώς αλλάζει
Στην πινακίδα τύπου (πινακίδα δεδομένων) κάθε κινητήρα επαγωγής, εκτός από άλλες παραμέτρους λειτουργίας, η παράμετρός του αναγράφεται ως συνημίτονο φι — κοσφι… Το συνημίτονο phi ονομάζεται επίσης συντελεστής ισχύος κινητήρα επαγωγής.
Γιατί αυτή η παράμετρος ονομάζεται cos phi και πώς σχετίζεται με την ισχύ; Όλα είναι πολύ απλά: ph είναι η διαφορά φάσης μεταξύ ρεύματος και τάσης και αν γραφτεί η ενεργή, η άεργη και η συνολική ισχύς που εμφανίζεται κατά τη λειτουργία ενός επαγωγικού κινητήρα (μετασχηματιστής, επαγωγικός κλίβανος κ.λπ.), αποδεικνύεται ότι ο λόγος ενεργού ισχύος σε πλήρη ισχύ — αυτό είναι συνημίτονο phi — Cosphi, ή με άλλα λόγια — συντελεστής ισχύος.
Στην ονομαστική τάση τροφοδοσίας και στο ονομαστικό φορτίο άξονα ενός επαγωγικού κινητήρα, το συνημίτονο phi ή ο συντελεστής ισχύος θα είναι απλώς ίσος με την τιμή της πινακίδας του.
Για παράδειγμα, για τον κινητήρα AIR71A2U2, ο συντελεστής ισχύος θα είναι 0,8 με φορτίο άξονα 0,75 kW.Αλλά η απόδοση αυτού του κινητήρα είναι 79%, επομένως η ενεργή ισχύς που καταναλώνεται από τον κινητήρα στο ονομαστικό φορτίο άξονα θα είναι μεγαλύτερη από 0,75 kW, δηλαδή 0,75 / Απόδοση = 0,75 / 0,79 = 0,95 kW.
Ωστόσο, στο ονομαστικό φορτίο άξονα, η παράμετρος ισχύος ή Cosphi σχετίζεται ακριβώς με την ενέργεια που καταναλώνεται από το δίκτυο. Αυτό σημαίνει ότι η συνολική ισχύς αυτού του κινητήρα θα είναι ίση με S = 0,95 / Cosfi = 1,187 (KVA). Όπου P = 0,95 είναι η ενεργή ισχύς που καταναλώνει ο κινητήρας.
Σε αυτήν την περίπτωση, ο συντελεστής ισχύος ή Cosphi σχετίζεται με το φορτίο του άξονα του κινητήρα, επειδή με διαφορετική μηχανική ισχύ άξονα, το ενεργό στοιχείο του ρεύματος του στάτη θα είναι επίσης διαφορετικό. Έτσι, σε κατάσταση αδράνειας, δηλαδή, όταν δεν είναι συνδεδεμένο τίποτα στον άξονα, ο συντελεστής ισχύος του κινητήρα δεν θα υπερβαίνει, κατά κανόνα, το 0,2.
Εάν το φορτίο του άξονα αρχίσει να αυξάνεται, τότε το ενεργό στοιχείο του ρεύματος του στάτη θα αυξηθεί επίσης, επομένως ο συντελεστής ισχύος θα αυξηθεί και σε φορτίο κοντά στο ονομαστικό θα είναι περίπου 0,8 - 0,9.
Εάν τώρα το φορτίο συνεχίσει να αυξάνεται, δηλαδή να φορτώνει τον άξονα πάνω από την ονομαστική τιμή, τότε ο ρότορας θα επιβραδύνει, θα αυξηθεί ολίσθηση s, η επαγωγική αντίσταση του ρότορα θα αρχίσει να συνεισφέρει και ο συντελεστής ισχύος θα αρχίσει να μειώνεται.
Εάν ο κινητήρας είναι ρελαντί για ένα ορισμένο μέρος του χρόνου λειτουργίας, τότε μπορείτε να καταφύγετε στη μείωση της εφαρμοζόμενης τάσης, για παράδειγμα, εναλλαγή από ένα τρίγωνο σε ένα αστέρι, τότε η τάση φάσης των περιελίξεων θα μειωθεί κατά μια ρίζα 3 φορές , το επαγωγικό εξάρτημα από τον ρότορα ρελαντί θα μειωθεί και το ενεργό στοιχείο στις περιελίξεις του στάτη θα αυξηθεί ελαφρώς. Έτσι, ο συντελεστής ισχύος θα αυξηθεί ελαφρώς.
Κατ' αρχήν, συστήματα που κινούνται με εναλλασσόμενο ρεύμα, όπως οι ασύγχρονοι κινητήρες, έχουν πάντα, εκτός από τα ενεργά, επαγωγικά και χωρητικά στοιχεία, επομένως, κάθε μισό κύκλο, ένα ορισμένο μέρος της ενέργειας επιστρέφεται στο δίκτυο, το λεγόμενο άεργος ισχύς Q.
Το γεγονός αυτό δημιουργεί προβλήματα στους προμηθευτές ηλεκτρικής ενέργειας: η γεννήτρια αναγκάζεται να παρέχει πλήρη ισχύ S στο δίκτυο, το οποίο επιστρέφει στη γεννήτρια, αλλά τα καλώδια εξακολουθούν να χρειάζονται κατάλληλη διατομή για αυτήν την πλήρη ισχύ, και φυσικά υπάρχει παρασιτική θέρμανση τα καλώδια από το άεργο ρεύμα που κυκλοφορεί μπρος-πίσω... Αποδεικνύεται ότι η γεννήτρια απαιτείται να παρέχει πλήρη ισχύ, μερικά από τα οποία είναι βασικά άχρηστα.
Σε μια καθαρά ενεργή μορφή, η γεννήτρια του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής θα μπορούσε να παρέχει πολύ περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια στον χρήστη και για αυτό είναι απαραίτητο ο συντελεστής ισχύος να είναι κοντά στη μονάδα, δηλαδή όπως σε ένα αμιγώς ενεργό φορτίο όπου Cosphi = 1.
Για να διασφαλιστούν τέτοιες συνθήκες, ορισμένες μεγάλες επιχειρήσεις εγκαθιστούν μονάδες αντιστάθμισης άεργου ισχύος, δηλαδή συστήματα πηνίων και πυκνωτών που συνδέονται αυτόματα παράλληλα με ασύγχρονους κινητήρες όταν μειώνεται ο συντελεστής ισχύος τους.
Αποδεικνύεται ότι η άεργος ενέργεια κυκλοφορεί μεταξύ του κινητήρα επαγωγής και της δεδομένης εγκατάστασης, όχι μεταξύ του κινητήρα επαγωγής και της γεννήτριας στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας. Έτσι, ο συντελεστής ισχύος των ασύγχρονων κινητήρων φτάνει σχεδόν στο 1.