Účiník motoru: Definice, výpočet a jak jej ovlivňují jádra motoru

Co vlastně měří účiník motoru

Když třífázový motor spotřebuje 75 kW skutečného výkonu při 400 V, proud ve vedení závisí na jeho účiníku. Při 0,85 PF je tento proud asi 127 A. Při 0,80 PF vyžaduje stejných 75 kW 135 A — o šest procent více proudu bez dalšího výstupu na hřídel . Poměr za tímto rozdílem, skutečný výkon v kilowattech dělený zdánlivým výkonem v kilovoltampérech, je účiník motoru. Pro střídavý motor se rovná cos φ, cosinus fázového úhlu mezi napětím a proudem.

Motory vždy běží s PF pod 1, protože potřebují magnetizační proud k vytvoření magnetického pole v jádrech statoru a rotoru, než je možné vytvořit točivý moment. Tato reaktivní součástka nevykonává žádnou mechanickou práci, přesto prochází vinutími, napájecími kabely a předřazenými transformátory. Je to nevyhnutelná součást provozu indukčního motoru, ale je ovlivněna také konstrukcí a materiály.

Jak vypočítat účiník motoru

Výpočet je jednoduchý: PF = skutečný výkon (kW) / zdánlivý výkon (kVA) . U třífázového motoru je zdánlivý výkon S = 1,732 × V × I / 1000, kde V je mezifázové napětí a I je síťový proud.

Při použití výše uvedeného příkladu má motor s odběrem 135 A při 400 V zdánlivý výkon 1,732 × 400 × 135 / 1000 = 93,5 kVA. Při 75 kW naměřeného reálného výkonu je jeho účiník 75 / 93,5 = 0.80 . Pokud by stejný stroj dokázal pojmout 0,90 PF, proud by při stejném skutečném výkonu klesl na asi 120 A.

Tyto tři veličiny tvoří pravoúhlý trojúhelník: S² = P² Q². Jalový výkon Q je část, kterou motor spotřebuje na magnetizaci svého magnetického obvodu. Při částečné zátěži reálný výkon klesá rychleji než magnetizační proud, takže PF prudce klesá. Motor s označením 0,86 PF může snadno měřit 0,55–0,65 při polovičním zatížení.

Typické hodnoty účiníku motoru

Typový štítek PF je hodnota pro plné zatížení. Měření na místě odráží skutečné provozní zatížení, a proto jsou reálná čísla často nižší. Níže uvedená tabulka uvádí orientační rozsahy plného zatížení pro standardní nízkonapěťové třífázové indukční motory.

Při specifikaci motorů záleží na dvou vzorech. Za prvé, větší motory dosahují vyššího PF, protože magnetizační proud a pevné ztráty tvoří menší podíl na celkovém příkonu. Za druhé, pomalejší stroje – 6pólové a 8pólové konstrukce – mají nižší PF než srovnatelné 2pólové nebo 4pólové motory, protože další póly vyžadují více magnetizačních ampérzávitů. Stejná logika platí pro předimenzování: 75 kW motor běžící na 20 kW vykazuje mnohem nižší PF než správně dimenzovaný 22 kW motor vykonávající stejnou práci.

Jak jádro motoru ovlivňuje účiník

Účiník není určen pouze vinutím. Největší vliv na jalový proud má magnetický obvod motoru — jádra statoru a rotoru. Materiál jádra, tloušťka laminace a způsob montáže řídí, kolik magnetizačního proudu musí vinutí dodávat a kolik energie při tom železo ztrácí. Bližší pohled na struktura jádra motoru objasňuje spojení.

Třída křemíkové oceli a ztráta jádra

Třída elektrooceli určuje jak propustnost, tak ztrátu jádra. Vyšší stupeň křemíková ocel neorientovaná na zrno (NGO). snižuje hysterezi a ztráty vířivými proudy ve statoru a rotoru. Nižší ztráty v železe znamenají, že magnetizačními a ztrátovými proudy je spotřebováno méně vstupního proudu, což podporuje vyšší PF při zatížení. Volba materiálu má přímý, měřitelný vliv na jalový výkon, který motor odebírá.

Vysoce kvalitní dodavatelé křemíkové oceli bez orientace na zrno (NGO), společnost - Wuxi New Jako dodavatelé a společnost vysoce kvalitní křemíkové oceli neorientované na zrno (NGO) v Číně nabízí společnost New Ruichi/Cailiang velkoobchod vysoce kvalitní neg... Zobrazit produkt →

Tloušťka laminace a izolace

Jádra motorů jsou lisována z elektrotechnických ocelových plechů o tloušťce obvykle 0,35–0,50 mm. Tenčí laminace snižují vířivé proudy, ale zvyšují náklady na zpracování. Stejně tak záleží na izolačním povlaku mezi lamelami: pokud se sousední desky dotýkají, vznikají cirkulační proudy a ztráty stoupají. To je důvod Stator a rotor střídavého motoru vyžadují kontrolované nanášení povlaků, přesné děrování a těsnou kontrolu otřepů během výrobního cyklu.

Dodavatelé laminování statoru a rotoru střídavého motoru, společnost - Wuxi New Ruichi Techn Společnost New Ruichi/Cailiang jako dodavatel a společnost laminací statoru a rotoru střídavého motoru v Číně nabízí velkoobchodní prodej statoru a rotoru střídavého motoru... Zobrazit produkt →

Způsob montáže jádra

Způsob, jakým se laminace stávají hotovým stohem, mění magnetickou dráhu. Propojená jádra jsou ekonomická a rozměrově stabilní, ale každá funkce vzájemného blokování vytváří místní napětí a určitý elektrický zkrat mezi vrstvami. Svařovaná jádra jsou mechanicky pevná, přesto je každá svarová housenka potenciálním vodivým můstkem přes svazek laminací, takže poloha a délka svaru musí být přesně řízeny. Když jsou tyto detaily kontrolovány, laminovaná jádra svařovaná laserem/TIG zachovat izolaci vrstvy a udržet nízké ztráty. Rozdíl ve výkonu je natolik velký, že jej nyní kupuje mnoho výrobců motorů hotové sestavy jádra motoru místo volných laminací.

Dodavatelé laminovaných jader svařovaných laserem/TIG, společnost Wuxi Nová technologie Ruichi Jako dodavatelé a společnost laminovaných jader svařovaných laserem/TIG a společnost v Číně nabízí společnost New Ruichi/Cailiang velkoobchodní prodej laminovaných jader svařovaných laserem/TIG na... Zobrazit produkt →

Proč nízký účiník motoru stojí víc, než si myslíte

Nízký PF nesnižuje mechanický výkon, ale zvyšuje veškeré náklady spojené s dodáním stejných kilowattů:

• Vyšší proud ve vedení, takže kabely, jističe a transformátory musí být předimenzovány.
• Větší ztráty I²R v každém sériovém prvku mezi elektroměrem a motorem.
• Větší poklesy napětí, které snižují točivý moment motoru a zvyšují skluz.
• Poplatky za odběr veřejných služeb nebo PF sankce, běžně spouštěné pod 0,90 nebo 0,95.

Aritmetika se snadno kontroluje. Zátěž 75 kW při 400 V odebírá asi 127 A při 0,85 PF. Při 0,80 PF proud dosahuje 135 A, zhruba o 6 % vyšší; při 0,70 PF dosahuje 155 A, cca o 22 % vyšší . Tento extra proud ohřívá kabely a vinutí, způsobuje pokles napětí a nutí předřazené zařízení ke snížení výkonu. Stejná zátěž vylepšená z 0,85 PF na 0,95 PF snižuje zdánlivou spotřebu energie z 88 kVA na 79 kVA — a 10% snížení ve fakturačním množství mnoho veřejných služeb používá pro komerční a průmyslové účty.

Možnosti a limity korekce účiníku

Kondenzátory jsou standardním korekčním zařízením. Dodávají vedoucí jalový výkon, který kompenzuje zpožděný magnetizační proud motoru, a mohou být instalovány na svorky motoru, na rozvodnou desku nebo centrálně v rozvodně. Správná úroveň závisí na tom, kde je vytvořena reaktivní poptávka.

Frekvenční měniče (VFD) mění obraz. Stejnosměrný meziobvod uvnitř měniče interně dodává jalovou energii, takže PF na straně sítě u motoru napájeného VFD je typicky nad 0,95, i když samotný motor běží s nízkým PF. U motorů s pevnými otáčkami vyžaduje dimenzování kondenzátoru opatrnost. Nadměrná korekce na vedoucí PF zvyšuje svorkové napětí a vytváří spínací přechodné jevy, chybnou činnost relé a poruchy kondenzátoru. Korekční cíl kolem 0,92–0,95 je obvykle bezpečnější než pokus o dosažení jednoty.

Harmonické přidávají další omezení. VFD a další nelineární zátěže produkují zkreslení účiníku, které kondenzátory nemohou opravit. V některých případech kondenzátorové baterie rezonují s indukčností transformátoru na harmonických frekvencích a zesilují zkreslení namísto jeho snižování. Základní měření kvality elektrické energie zabraňuje nejčastějším chybám.

Korekce na měřiči léčí symptom, nikoli příčinu. Motor, jehož jádro nese vysoké ztráty nebo nadměrný magnetizační proud, odebírá jalový proud bez ohledu na to, jak velká je nainstalovaná kapacita. Změna materiálu jádra a způsobu montáže ve fázi návrhu nebo přestavby snižuje reaktivní poptávku u zdroje. Proto výrobci OEM a opravny motorů hodnotí výrobní kapacity jejich hlavního dodavatele jako součást obrazu efektivity.

Co by měli kupující a designéři zkontrolovat

Před přidáním kondenzátorů změřte provozní PF při skutečné zátěži místo důvěry na typový štítek. Zaznamenejte napětí a proud, odhadněte zatížení hřídele a porovnejte výsledek s chováním motoru při plném zatížení. Cvičení často odhalí problémy, jako je předimenzování nebo vysoce ztrátová jádra, která by jinak kondenzátory skryly.

• Potvrďte provozní PF při skutečném zatížení; hodnoty na typovém štítku jsou hodnoty pro plné zatížení.
• Požádejte o třídu silikonové oceli a tloušťku laminace specifikovanou pro jádro.
• Zvolte metodu montáže jádra – lepení, blokování nebo svařování laserem/TIG – na základě cílové účinnosti motoru a PF.
• Přizpůsobte velikost motoru provozu. Předimenzovaný motor, který běží lehce zatížen, trpí nízkým PF a nízkou účinností po celou dobu své životnosti.

Účiník motoru je více než jen detail účtování. Odráží, jak efektivně magnetický obvod motoru přeměňuje příchozí proud na moment. Když je jádro vyrobeno ze správné třídy křemíkové oceli, tloušťky laminace a procesu montáže, motor jednoduše potřebuje méně jalového proudu. Tento rozdíl je měřitelný v měřicí místnosti – a začíná na výrobní lince hlavního dodavatele.