誘導電動機の力率 — それは何に依存し、どのように変化するのか

各誘導電動機の銘板（データプレート）には、他の動作パラメータに加えて、そのパラメータが次のように表示されます。 コサインファイ — cosfi… コサインファイは誘導電動機の力率とも呼ばれます。

このパラメータが cos phi と呼ばれるのはなぜですか?また、電力とどのように関係するのでしょうか?すべては非常に単純です。ファイは電流と電圧の位相差であり、誘導電動機 (変圧器、誘導炉など) の動作中に発生する有効電力、無効電力、および総電力をグラフにすると、その比率が次のとおりであることがわかります。有効電力から最大電力までの値 — これはコサイン ファイ — Cosphi、言い換えれば力率です。

誘導モータの定格供給電圧および定格シャフト負荷では、コサインファイまたは力率は銘板の値と単純に等しくなります。

たとえば、AIR71A2U2 エンジンの場合、軸負荷が 0.75 kW の場合、力率は 0.8 になります。ただし、このモータの効率は 79% であるため、定格軸負荷でモータが消費する有効電力は 0.75 kW を超え、つまり 0.75 / 効率 = 0.75 / 0.79 = 0.95 kW となります。

それにもかかわらず、定格シャフト負荷では、電力パラメータまたは Cosphi はネットワークによって消費されるエネルギーに正確に関係します。これは、このモーターの合計電力が S = 0.95 / Cosfi = 1.187 (KVA) に等しいことを意味します。ここで、P = 0.95 はモーターによって消費される有効電力です。

この場合、力率または Cosphi はモーターのシャフト負荷に関係します。これは、シャフトの機械的出力が異なれば、ステーター電流の有効成分も異なるためです。したがって、アイドルモード、つまりシャフトに何も接続されていないときは、モーターの力率は原則として 0.2 を超えません。

シャフト負荷が増加し始めると、ステータ電流の有効成分も増加するため、力率が増加し、公称値に近い負荷では、力率は約 0.8 ～ 0.9 になります。

ここで負荷が増加し続ける場合、つまりシャフトに公称値を超える負荷がかかる場合、ローターは減速し、増加します。 スリップ、回転子の誘導抵抗が寄与し始め、力率が低下し始めます。

モーターが動作時間の特定の部分でアイドリングしている場合は、たとえばデルタからスターに切り替えるなど、印加電圧を下げることに頼ることができます。そうすれば、巻線の相電圧は 3 の根で減少します。 、アイドル回転子からの誘導成分は減少し、固定子巻線の有効成分はわずかに増加します。したがって、力率はわずかに増加します。

原則として、非同期モーターなどの交流で駆動されるシステムには、能動成分、誘導性成分、容量性成分に加えて、常にエネルギー成分が含まれているため、半サイクルごとに、エネルギーの特定の部分がネットワークに戻されます。 無効電力Q. 

この事実は電力供給者にとって問題を引き起こします。発電機は送電網に全電力 S を供給することを強制され、送電網は発電機に戻りますが、電線には依然としてこの全電力に適した断面積が必要であり、当然のことながら、電力の寄生加熱が発生します。無効電流による配線が行ったり来たりしています... 発電機はフルパワーを供給する必要があり、そのうちのいくつかは基本的に役に立たないことがわかりました。

純粋にアクティブな形式では、発電所の発電機はユーザーにはるかに多くの電力を供給できます。そのためには、力率が 1 に近い必要があります。つまり、Cosphi = 1 の純粋なアクティブ負荷の場合と同様です。

このような条件を確保するために、一部の大企業では 無効電力補償ユニットつまり、非同期モーターの力率が低下すると自動的に並列接続されるコイルとコンデンサーのシステムです。

無効エネルギーは、発電所内の誘導電動機と発電機の間ではなく、誘導電動機と所定の設備の間で循環することがわかりました。したがって、非同期モーターの力率はほぼ 1 になります。