ปัจจัยด้านกำลังของมอเตอร์: คำจำกัดความ การคำนวณ และผลกระทบของแกนมอเตอร์

สิ่งที่วัดปัจจัยกำลังมอเตอร์ได้จริง

เมื่อมอเตอร์สามเฟสใช้พลังงานจริง 75 กิโลวัตต์ ที่ 400 V กระแสไฟฟ้าในสายจะขึ้นอยู่กับตัวประกอบกำลัง ที่ 0.85 PF กระแสนั้นจะอยู่ที่ประมาณ 127 A ที่ 0.80 PF 75 kW เดียวกันนั้นต้องใช้ 135 A — กระแสไฟเพิ่มขึ้นหกเปอร์เซ็นต์โดยไม่มีเอาต์พุตของเพลาเพิ่มเติม . อัตราส่วนเบื้องหลังความแตกต่างนี้ คือกำลังที่แท้จริงในหน่วยกิโลวัตต์หารด้วยกำลังปรากฏเป็นกิโลโวลต์-แอมแปร์ คือตัวประกอบกำลังของมอเตอร์ สำหรับมอเตอร์ AC จะเท่ากับ cos φ ซึ่งเป็นโคไซน์ของมุมเฟสระหว่างแรงดันและกระแส

มอเตอร์จะทำงานโดยมีค่า PF ต่ำกว่า 1 เสมอ เนื่องจากต้องใช้กระแสแม่เหล็กเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กในแกนสเตเตอร์และโรเตอร์ก่อนจึงจะสามารถสร้างแรงบิดได้ ส่วนประกอบที่เกิดปฏิกิริยานี้ไม่ทำงานทางกล แต่เคลื่อนที่ผ่านขดลวด สายไฟจ่าย และหม้อแปลงต้นทาง มันเป็นส่วนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ของการทำงานของมอเตอร์เหนี่ยวนำ แต่ยังได้รับอิทธิพลจากการออกแบบและวัสดุด้วย

วิธีการคำนวณปัจจัยกำลังของมอเตอร์

การคำนวณนั้นตรงไปตรงมา: PF = กำลังจริง (kW) / กำลังปรากฏ (เควีเอ) . สำหรับมอเตอร์สามเฟส กำลังไฟฟ้าปรากฏคือ S = 1.732 × V × I / 1000 โดยที่ V คือแรงดันไฟฟ้าแบบเส้นต่อเส้น และ I คือกระแสไฟแบบเส้น

จากตัวอย่างข้างต้น มอเตอร์ที่วาดขนาด 135 A ที่ 400 V มีกำลังปรากฏอยู่ที่ 1.732 × 400 × 135 / 1000 = 93.5 kVA ด้วยกำลังจริงที่วัดได้ 75 kW ตัวประกอบกำลังคือ 75 / 93.5 = 0.80 . หากเครื่องเดียวกันสามารถเก็บ 0.90 PF ได้ กระแสไฟฟ้าสำหรับกำลังจริงเดียวกันจะลดลงเหลือประมาณ 120 A

ปริมาณทั้งสามประกอบเป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก: S² = P² Q² กำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ Q คือส่วนที่มอเตอร์ใช้ในการทำให้วงจรแม่เหล็กเป็นแม่เหล็ก ที่โหลดบางส่วน กำลังจริงจะลดลงเร็วกว่ากระแสแม่เหล็ก ดังนั้น PF จึงลดลงอย่างรวดเร็ว มอเตอร์ที่มีป้ายชื่อที่ 0.86 PF สามารถวัด 0.55–0.65 ที่โหลดครึ่งหนึ่งได้อย่างง่ายดาย

ค่าตัวประกอบกำลังมอเตอร์ทั่วไป

แผ่นป้าย PF เป็นค่าโหลดเต็ม การวัดที่ไซต์งานสะท้อนถึงภาระการปฏิบัติงานจริง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจำนวนในโลกแห่งความเป็นจริงจึงมักจะต่ำกว่า ตารางด้านล่างแสดงช่วงโหลดเต็มที่บ่งชี้สำหรับมอเตอร์เหนี่ยวนำสามเฟสแรงดันต่ำมาตรฐาน

สองรูปแบบมีความสำคัญเมื่อระบุมอเตอร์ ประการแรก มอเตอร์ขนาดใหญ่จะมีค่า PF สูงกว่า เนื่องจากกระแสแม่เหล็กและการสูญเสียคงที่จะมีส่วนแบ่งน้อยกว่าของอินพุตทั้งหมด ประการที่สอง เครื่องจักรที่ช้ากว่า — แบบ 6 ขั้วและ 8 ขั้ว — พัฒนา PF ต่ำกว่ามอเตอร์ 2 ขั้วหรือ 4 ขั้วที่เทียบเคียงได้ เนื่องจากขั้วเพิ่มเติมต้องใช้การหมุนแอมแปร์ที่เป็นแม่เหล็กมากกว่า ตรรกะเดียวกันนี้ใช้กับมอเตอร์ขนาดใหญ่เกินไป: มอเตอร์ขนาด 75 กิโลวัตต์ที่ทำงานที่ 20 กิโลวัตต์แสดงค่า PF ต่ำกว่ามอเตอร์ขนาด 22 กิโลวัตต์ที่มีขนาดถูกต้องที่ทำงานเดียวกันมาก

แกนมอเตอร์มีอิทธิพลต่อปัจจัยด้านกำลังอย่างไร

ตัวประกอบกำลังไม่ได้ถูกกำหนดโดยการพันเพียงอย่างเดียว อิทธิพลที่ใหญ่ที่สุดต่อกระแสรีแอกทีฟคือวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์ - แกนสเตเตอร์และโรเตอร์ วัสดุแกนกลาง ความหนาของชั้นเคลือบ และวิธีการประกอบจะควบคุมปริมาณกระแสแม่เหล็กที่ขดลวดต้องจ่าย และปริมาณพลังงานที่เหล็กจะสูญเสียไปในกระบวนการ มองอย่างใกล้ชิดที่ โครงสร้างของแกนมอเตอร์ ทำให้การเชื่อมต่อชัดเจน

เกรดเหล็กซิลิคอนและการสูญเสียแกน

เกรดของเหล็กไฟฟ้าจะกำหนดทั้งการซึมผ่านและการสูญเสียแกน ระดับที่สูงขึ้นของ เหล็กซิลิกอนที่ไม่ใช่เกรน (NGO) ลดฮิสเทรีซิสและการสูญเสียกระแสไหลวนในสเตเตอร์และโรเตอร์ การสูญเสียธาตุเหล็กที่ลดลงหมายถึงกระแสอินพุตที่น้อยลงจะถูกใช้โดยการทำให้เกิดแม่เหล็กและกระแสการสูญเสีย ซึ่งรองรับ PF ที่สูงกว่าภายใต้โหลด การเลือกใช้วัสดุมีผลโดยตรงและวัดได้ต่อกำลังรีแอกทีฟที่มอเตอร์ดึง

ซัพพลายเออร์เหล็กซิลิกอนเกรดสูงที่ไม่ใช่ธัญพืช (NGO) บริษัท - Wuxi New ในฐานะซัพพลายเออร์และบริษัทซิลิคอนสตีลเกรดไม่เน้นเมล็ดข้าว (NGO) เกรดสูงในประเทศจีน New Ruichi/Cailiang เสนอขายส่งเกรดไม่เจ... ดูผลิตภัณฑ์ →

ความหนาของการเคลือบและฉนวน

แกนมอเตอร์ประทับจากแผ่นเหล็กไฟฟ้า โดยทั่วไปมีความหนา 0.35–0.50 มม. การเคลือบที่บางลงจะช่วยลดกระแสหมุนวนแต่ทำให้ต้นทุนการประมวลผลเพิ่มขึ้น การเคลือบฉนวนระหว่างการเคลือบก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน: หากแผ่นที่อยู่ติดกันสัมผัสกัน กระแสไฟฟ้าหมุนเวียนจะพัฒนาและการสูญเสียจะเพิ่มขึ้น นั่นคือเหตุผล สเตเตอร์มอเตอร์ AC และการเคลือบโรเตอร์ ต้องการการเคลือบที่มีการควบคุม การเจาะที่แม่นยำ และการควบคุมเสี้ยนที่แน่นหนาตลอดการดำเนินการผลิต

ซัพพลายเออร์มอเตอร์กระแสสลับสเตเตอร์และโรเตอร์เคลือบ บริษัท - Wuxi New Ruichi Techn ในฐานะซัพพลายเออร์และบริษัทเคลือบมอเตอร์ AC และบริษัทในประเทศจีน New Ruichi/Cailiang เสนอสเตเตอร์มอเตอร์ AC ขายส่งและเคลือบโรเตอร์... ดูผลิตภัณฑ์ →

วิธีการประกอบแกน

วิธีที่การเคลือบกลายเป็นชั้นซ้อนจะเปลี่ยนเส้นทางแม่เหล็ก แกนที่เชื่อมต่อกันมีความประหยัดและมีความเสถียรในเชิงมิติ แต่คุณลักษณะที่เชื่อมต่อกันทุกประการจะทำให้เกิดความเครียดเฉพาะจุดและเกิดไฟฟ้าลัดวงจรระหว่างชั้นต่างๆ แกนเชื่อมมีความแข็งแรงทางกล แต่เม็ดเชื่อมแต่ละเม็ดเป็นสะพานนำไฟฟ้าที่มีศักยภาพข้ามชั้นการเคลือบ ดังนั้นตำแหน่งและความยาวของการเชื่อมจึงต้องได้รับการจัดการอย่างแน่นหนา เมื่อรายละเอียดเหล่านี้ได้รับการควบคุมแล้ว แกนเคลือบด้วยเลเซอร์/TIG รักษาฉนวนของชั้นและให้การสูญเสียต่ำ ความแตกต่างของประสิทธิภาพนั้นมากเพียงพอที่ผู้ผลิตมอเตอร์หลายรายจะซื้อ การประกอบแกนมอเตอร์สำเร็จรูป แทนการเคลือบแบบหลวมๆ

ซัพพลายเออร์แกนเคลือบลามิเนตด้วยเลเซอร์ / TIG บริษัท - เทคโนโลยี Wuxi New Ruichi ในฐานะซัพพลายเออร์และบริษัทแกนเคลือบด้วยเลเซอร์/TIG ในประเทศจีน New Ruichi/Cailiang เสนอแกนเคลือบลามิเนตด้วยเลเซอร์/TIG ขายส่งบน... ดูผลิตภัณฑ์ →

เหตุใดตัวประกอบกำลังมอเตอร์ต่ำจึงมีราคามากกว่าที่คุณคิด

PF ต่ำไม่ได้ลดกำลังทางกล แต่จะเพิ่มต้นทุนทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการส่งกิโลวัตต์เท่าเดิม:

• กระแสไฟในสายสูงกว่า ดังนั้นสายเคเบิล เบรกเกอร์ และหม้อแปลงจึงต้องมีขนาดใหญ่เกินไป
• การสูญเสีย I²R มากขึ้นในทุกองค์ประกอบซีรีส์ระหว่างมิเตอร์อเนกประสงค์และมอเตอร์
• แรงดันไฟฟ้าตกมากขึ้น ซึ่งจะทำให้แรงบิดของมอเตอร์ลดลงและเพิ่มการสลิป
• ค่าธรรมเนียมความต้องการสาธารณูปโภคหรือค่าปรับ PF ซึ่งโดยทั่วไปเรียกให้ต่ำกว่า 0.90 หรือ 0.95

เลขคณิตนั้นง่ายต่อการตรวจสอบ โหลดขนาด 75 kW ที่ 400 V ดึงกระแสไฟได้ประมาณ 127 A ที่ 0.85 PF ที่ 0.80 PF กระแสไฟฟ้าถึง 135 A ซึ่งสูงกว่าประมาณ 6% ที่ 0.70 PF ถึง 155 A ประมาณ สูงขึ้น 22% . กระแสไฟฟ้าส่วนเกินนั้นจะทำให้สายเคเบิลและขดลวดร้อนขึ้น ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าตก และบังคับให้อุปกรณ์ต้นทางถูกลดค่าลง โหลดเดียวกันได้รับการปรับปรุงจาก 0.85 PF เป็น 0.95 PF ลดความต้องการพลังงานที่ชัดเจนจาก 88 kVA เป็น 79 kVA — a ลด 10% ในปริมาณการเรียกเก็บเงินสาธารณูปโภคจำนวนมากใช้สำหรับบัญชีเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม

ตัวเลือกและขีดจำกัดการแก้ไขตัวประกอบกำลัง

ตัวเก็บประจุเป็นอุปกรณ์แก้ไขมาตรฐาน โดยจ่ายพลังงานรีแอกทีฟชั้นนำที่ชดเชยกระแสแม่เหล็กที่ล้าหลังของมอเตอร์ และสามารถติดตั้งที่ขั้วต่อมอเตอร์ บนแผงจ่ายไฟ หรือส่วนกลางที่สถานีย่อย ระดับที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่มีการสร้างความต้องการเชิงรับ

ไดรฟ์ความถี่ตัวแปร (VFD) เปลี่ยนภาพ ลิงค์ DC ภายในไดรฟ์จ่ายพลังงานปฏิกิริยาภายใน ดังนั้น PF ฝั่งกริดของมอเตอร์ที่ป้อน VFD โดยทั่วไปจะสูงกว่า 0.95 แม้ว่าตัวมอเตอร์จะทำงานที่ PF ต่ำก็ตาม สำหรับมอเตอร์ความเร็วคงที่ ขนาดของตัวเก็บประจุจำเป็นต้องมีความระมัดระวัง การแก้ไขมากเกินไปจนกลายเป็น PF ชั้นนำจะทำให้แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อเพิ่มขึ้น และทำให้เกิดการสวิตชิ่งชั่วคราว การทำงานผิดพลาดของรีเลย์ และความล้มเหลวของตัวเก็บประจุ เป้าหมายการแก้ไขที่ประมาณ 0.92–0.95 มักจะปลอดภัยกว่าการพยายามเข้าถึงความสามัคคี

ฮาร์มอนิกส์เพิ่มข้อจำกัดอีกประการหนึ่ง VFD และโหลดที่ไม่ใช่เชิงเส้นอื่นๆ จะสร้างตัวประกอบกำลังการบิดเบือน ซึ่งตัวเก็บประจุไม่สามารถแก้ไขได้ ในบางกรณี ธนาคารตัวเก็บประจุจะสะท้อนกับตัวเหนี่ยวนำของหม้อแปลงที่ความถี่ฮาร์มอนิกและขยายความบิดเบือนแทนที่จะลดความถี่ลง การวัดคุณภาพไฟฟ้าขั้นพื้นฐานจะช่วยป้องกันข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุด

การแก้ไขที่มิเตอร์จะรักษาตามอาการไม่ใช่ที่สาเหตุ มอเตอร์ที่มีแกนกลางมีการสูญเสียสูงหรือมีกระแสแม่เหล็กมากเกินไปจะดึงกระแสรีแอคทีฟออกมาไม่ว่าจะติดตั้งความจุเท่าใด การเปลี่ยนวัสดุหลักและวิธีการประกอบในขั้นตอนการออกแบบหรือสร้างใหม่จะช่วยลดความต้องการปฏิกิริยาที่แหล่งที่มา นั่นคือเหตุผลที่ OEM และร้านซ่อมมอเตอร์ประเมิน ความสามารถในการผลิต ของซัพพลายเออร์หลักของตนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของภาพประสิทธิภาพ

สิ่งที่ผู้ซื้อและนักออกแบบควรตรวจสอบ

ก่อนที่จะเพิ่มตัวเก็บประจุ ให้วัด PF การทำงานภายใต้โหลดจริง แทนที่จะเชื่อถือแผ่นป้าย บันทึกแรงดันและกระแส ประมาณการโหลดของเพลา และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับพฤติกรรมโหลดเต็มของมอเตอร์ แบบฝึกหัดนี้มักจะเผยให้เห็นถึงปัญหาต่างๆ เช่น แกนขนาดใหญ่เกินไปหรือการสูญเสียสูงซึ่งตัวเก็บประจุอาจซ่อนไว้

• ยืนยัน PF การทำงานภายใต้ภาระจริง ค่าแผ่นป้ายเป็นค่าโหลดเต็ม
• สอบถามเกรดเหล็กซิลิกอนและความหนาของการเคลือบที่ระบุไว้สำหรับแกน
• เลือกวิธีการประกอบแกน — การติดกาว การประสาน หรือการเชื่อมด้วยเลเซอร์/TIG — ขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพเป้าหมายของมอเตอร์และ PF
• จับคู่ขนาดมอเตอร์ให้เหมาะกับหน้าที่ มอเตอร์ขนาดใหญ่ที่ทำงานด้วยโหลดเบาจะมีค่า PF ต่ำและมีประสิทธิภาพต่ำตลอดอายุการใช้งาน

ตัวประกอบกำลังของมอเตอร์เป็นมากกว่ารายละเอียดการเรียกเก็บเงิน ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่าวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์แปลงกระแสขาเข้าเป็นแรงบิดได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด เมื่อแกนถูกสร้างขึ้นจากเกรดเหล็กซิลิกอนที่เหมาะสม ความหนาในการเคลือบ และกระบวนการประกอบ มอเตอร์ก็ต้องการกระแสไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยาน้อยลง ความแตกต่างดังกล่าวสามารถวัดได้ในห้องมิเตอร์ และเริ่มต้นจากสายการผลิตของซัพพลายเออร์หลัก