Moottorin tehokerroin: määritelmä, laskenta ja kuinka moottorin ytimet vaikuttavat siihen

Mitä moottorin tehokerroin todella mittaa

Kun kolmivaihemoottori kuluttaa 75 kW todellista tehoa 400 V jännitteellä, linjavirta riippuu sen tehokertoimesta. 0,85 PF:llä tämä virta on noin 127 A. 0,80 PF:llä sama 75 kW vaatii 135 A — kuusi prosenttia enemmän virtaa ilman ylimääräistä akselin ulostuloa . Tämän eron taustalla oleva suhde, todellinen teho kilowatteina jaettuna kilovolttiampeerien näennäisteholla, on moottorin tehokerroin. Vaihtovirtamoottorille se on cos φ, jännitteen ja virran välisen vaihekulman kosini.

Moottorit toimivat aina PF:llä alle 1, koska ne tarvitsevat magnetointivirtaa rakentaakseen magneettikentän staattorin ja roottorin ytimiin ennen kuin vääntömomentti voidaan tuottaa. Tämä reaktiivinen komponentti ei tee mekaanista työtä, mutta se kulkee käämien, syöttökaapeleiden ja ylävirran muuntajien läpi. Se on väistämätön osa oikosulkumoottorin toimintaa, mutta siihen vaikuttavat myös suunnittelu ja materiaalit.

Kuinka laskea moottorin tehokerroin

Lasku on suoraviivainen: PF = todellinen teho (kW) / näennäinen teho (kVA) . Kolmivaiheisen moottorin näennäisteho on S = 1,732 × V × I / 1000, jossa V on linjan välinen jännite ja I on verkkovirta.

Yllä olevaa esimerkkiä käyttäen moottorin, joka vetää 135 A 400 V jännitteellä, näennäisteho on 1,732 × 400 × 135 / 1000 = 93,5 kVA. 75 kW mitatulla todellisella teholla sen tehokerroin on 75 / 93,5 = 0.80 . Jos samaan koneeseen mahtuisi 0,90 PF, saman todellisen tehon virta putoaisi noin 120 A:iin.

Kolme suuretta muodostavat suorakulmaisen kolmion: S² = P² Q². Loisteho Q on se osa, jonka moottori käyttää magneettipiirinsä magnetointiin. Osittaisella kuormituksella todellinen teho putoaa nopeammin kuin magnetointivirta, joten PF putoaa jyrkästi. Moottori, jonka nimellisarvo on 0,86 PF, voi helposti mitata 0,55–0,65 puolikuormalla.

Tyypilliset moottorin tehokertoimen arvot

Tyyppikilpi PF on täyden kuorman arvo. Työmaamittaukset heijastavat todellista käyttökuormitusta, minkä vuoksi todelliset luvut ovat usein pienempiä. Alla olevassa taulukossa on ohjeelliset täyskuormitusalueet tavallisille pienjännitteisille kolmivaiheoikosulkumoottoreille.

Kahdella mallilla on merkitystä moottoreita määritettäessä. Ensinnäkin suuremmat moottorit saavuttavat korkeamman PF:n, koska magnetointivirta ja kiinteät häviöt muodostavat pienemmän osan kokonaispanosta. Toiseksi hitaammat koneet – 6-napaiset ja 8-napaiset mallit – kehittävät pienemmän PF:n kuin vastaavat 2- tai 4-napaiset moottorit, koska lisänapat vaativat enemmän magnetoivia ampeerikierroksia. Sama logiikka pätee ylimitoittamiseen: 75 kW:n moottorin teholla 20 kW on paljon pienempi PF kuin oikean kokoisella 22 kW:n moottorilla, joka tekee samaa työtä.

Kuinka moottorin ydin vaikuttaa tehotekijään

Tehokerrointa ei määritetä pelkästään käämin perusteella. Suurin vaikutus loisvirtaan on moottorin magneettipiirillä – staattorin ja roottorin sydämellä. Sydänmateriaali, laminointipaksuus ja kokoonpanomenetelmä ohjaavat sitä, kuinka paljon magnetointivirtaa käämin on syötettävä ja kuinka paljon energiaa rauta menettää prosessissa. Tarkemmin katsottuna moottorin ytimen rakenne tekee yhteyden selväksi.

Piiteräslaatu ja ydinhäviö

Sähköteräksen laatu määrittää sekä läpäisevyyden että ydinhäviön. Korkeampi arvosana ei-raesuuntautunut (NGO) piiteräs vähentää hystereesiä ja pyörrevirtahäviöitä staattorissa ja roottorissa. Pienemmät rautahäviöt tarkoittavat, että magnetointi- ja häviövirrat kuluttavat vähemmän tulovirtaa, mikä tukee suurempaa PF:tä kuormituksen alaisena. Materiaalivalinnalla on suora, mitattavissa oleva vaikutus moottorin loistehoon.

Korkealaatuiset ei-raesuuntautuneet (NGO) piiterästoimittajat, yritys - Wuxi Uusi Korkealaatuisena ei-raesuuntautuneena (NGO) piiteräksen toimittajana ja yrityksenä Kiinassa New Ruichi/Cailiang tarjoaa korkealaatuisia ei-g... Näytä tuote →

Laminoinnin paksuus ja eristys

Moottorisydämet meistetään sähköteräslevyistä, joiden paksuus on tyypillisesti 0,35–0,50 mm. Ohuemmat laminaatit vähentävät pyörrevirtoja, mutta nostavat käsittelykustannuksia. Laminointien välisellä eristepinnoitteella on yhtä suuri merkitys: jos vierekkäiset levyt koskettavat, syntyy kiertovirtoja ja häviöt kasvavat. Siksi AC-moottorin staattorin ja roottorin laminointi vaativat hallittua pinnoitusta, tarkkaa lävistystä ja tiukkaa purseen hallintaa koko tuotantojakson ajan.

Vaihtovirtamoottorin staattorin ja roottorin laminointien toimittajat, yritys - Wuxi New Ruichi Techn AC-moottorin staattorin ja roottorin laminointien toimittajana ja yrityksenä Kiinassa New Ruichi/Cailiang tarjoaa tukkumyyntiä AC-moottoristaattorin ja -roottorin... Näytä tuote →

Ytimen kokoonpanomenetelmä

Tapa, jolla laminaateista tulee valmis pino, muuttaa magneettista polkua. Lukitut ytimet ovat taloudellisia ja mittavakaita, mutta jokainen lukitusominaisuus luo paikallista jännitystä ja sähköistä oikosulkua kerrosten välillä. Hitsatut ytimet ovat mekaanisesti vahvoja, mutta silti jokainen hitsipalko on mahdollinen johtava silta laminointipinon yli, joten hitsin asentoa ja pituutta on hallittava tiukasti. Kun näitä yksityiskohtia valvotaan, laser/TIG-hitsatut laminoidut ytimet säilyttää kerroseristys ja pitää häviöt pieninä. Suorituskykyero on niin suuri, että monet moottorinvalmistajat ostavat nyt valmiit moottorin ydinkokoonpanot löysän laminoinnin sijaan.

Laser/TIG-hitsattu laminoitu ydintoimittaja, yritys - Wuxi New Ruichi Technology Laser-/TIG-hitsattujen laminoitujen ydinten toimittajana ja yrityksenä Kiinassa New Ruichi/Cailiang tarjoaa tukkumyyntiä laser-/TIG-hitsatulla laminoidulla ytimen... Näytä tuote →

Miksi alhainen moottorin tehokerroin maksaa enemmän kuin luulet

Matala PF ei vähennä mekaanista tehoa, mutta nostaa kaikkia samojen kilowattien toimittamiseen liittyviä kustannuksia:

• Suurempi linjavirta, joten kaapeleiden, katkaisijoiden ja muuntajien on oltava ylimitoitettuja.
• Suuremmat I²R-häviöt jokaisessa sarjaelementissä käyttömittarin ja moottorin välillä.
• Suuremmat jännitehäviöt alentavat moottorin vääntömomenttia ja lisäävät luistoa.
• Käyttömaksut tai PF-maksut, jotka yleensä laukeavat alle 0,90 tai 0,95.

Aritmetiikka on helppo tarkistaa. 75 kW:n kuorma 400 V:lla kuluttaa noin 127 A 0,85 PF:llä. 0,80 PF:llä virta saavuttaa 135 A, noin 6 % korkeampi; 0,70 PF:ssä se saavuttaa 155 A, noin 22 % korkeampi . Tämä ylimääräinen virta lämmittää kaapeleita ja käämiä, aiheuttaa jännitehäviön ja pakottaa alkupään laitteita alentamaan. Sama kuorma, joka parani 0,85 PF:stä 0,95 PF:iin, leikkaa näennäisen tehontarpeen 88 kVA:sta 79 kVA:iin. 10 % alennus laskutusmäärässä monet laitokset käyttävät kaupallisiin ja teollisiin tileihin.

Tehokertoimen korjausvaihtoehdot ja rajat

Kondensaattorit ovat vakiokorjauslaite. Ne syöttävät johtavaa loistehoa, joka kompensoi moottorin viivästyneen magnetointivirran, ja ne voidaan asentaa moottorin liittimiin, jakokeskukseen tai keskitetysti sähköasemalle. Oikea taso riippuu siitä, missä reaktiivinen kysyntä syntyy.

Variable Frequency drives (VFD:t) muuttavat kuvaa. Taajuusmuuttajan sisällä oleva DC-välipiiri syöttää sisäisesti loisenergiaa, joten VFD-syötetyn moottorin verkkopuolen PF on tyypillisesti yli 0,95, vaikka itse moottori käy alhaisella PF:llä. Kiinteänopeuksisten moottoreiden kondensaattorin mitoitus vaatii varovaisuutta. Ylikorjaus johtavaksi PF:ksi nostaa liitinjännitettä ja aiheuttaa kytkentätransientteja, releen toimintahäiriöitä ja kondensaattorivikoja. Korjaustavoite noin 0,92–0,95 on yleensä turvallisempi kuin yrittää saavuttaa yhtenäisyyden.

Harmoniset lisäävät toisen rajoitteen. VFD:t ja muut epälineaariset kuormat tuottavat särön tehokertoimen, jota kondensaattorit eivät voi korjata. Joissakin tapauksissa kondensaattoripankit resonoivat muuntajan induktanssin kanssa harmonisilla taajuuksilla ja vahvistavat säröä sen vähentämisen sijaan. Perussähkönlaadun mittaus estää yleisimmät virheet.

Korjaus mittarissa hoitaa oiretta, ei syytä. Moottori, jonka ytimessä on suuria häviöitä tai liiallista magnetointivirtaa, kuluttaa jatkuvasti loisvirtaa riippumatta siitä, kuinka paljon kapasitanssia on asennettu. Sydänmateriaalin ja kokoonpanotavan muuttaminen suunnittelu- tai uudelleenrakennusvaiheessa vähentää reaktiivista kysyntää sen lähteellä. Siksi OEM-valmistajat ja moottorikorjaamot arvioivat valmistuskyvyt osana tehokkuuskuvaa.

Mitä ostajien ja suunnittelijoiden tulee tarkistaa

Ennen kuin lisäät kondensaattoreita, mittaa toimiva PF todellisella kuormituksella sen sijaan, että luotat tyyppikilpeen. Tallenna jännite ja virta, arvioi akselin kuormitus ja vertaa tulosta moottorin täyskuormituskäyttäytymiseen. Harjoitus paljastaa usein ongelmia, kuten ylimitoituksen tai suurihäviöiset ytimet, jotka kondensaattorit muuten piilottaisivat.

• Varmista, että PF toimii todellisella kuormituksella; nimikilven arvot ovat täyden kuorman arvoja.
• Kysy ytimelle määritettyä piiteräslaatua ja laminointipaksuutta.
• Valitse ytimen kokoonpanomenetelmä – liimaus, lukitus tai laser/TIG-hitsaus – moottorin tavoitetehokkuuden ja PF:n perusteella.
• Sovita moottorin koko käyttötarkoitukseen. Ylisuuri, kevyesti kuormitettu moottori kärsii alhaisesta PF:stä ja alhaisesta hyötysuhteesta koko käyttöikänsä.

Moottorin tehokerroin on enemmän kuin laskutustieto. Se kuvastaa, kuinka tehokkaasti moottorin magneettipiiri muuntaa tulevan virran vääntömomentiksi. Kun ydin on rakennettu oikeasta piiteräslaadusta, laminointipaksuudesta ja kokoonpanoprosessista, moottori tarvitsee yksinkertaisesti vähemmän loisvirtaa. Tämä ero on mitattavissa mittarihuoneessa – ja se alkaa ydintoimittajan tuotantolinjalla.