Causes de la réduction du facteur de puissance et méthodes pour l'améliorer
Valeur technique et économique du facteur de puissance
La valeur du facteur de puissance caractérise le degré d'utilisation de la puissance active de la source d'alimentation. Le plus haut facteur de puissance des récepteurs électriques, meilleurs sont les générateurs des centrales électriques et leurs moteurs principaux (turbines, etc.), les transformateurs des sous-stations et les réseaux électriques.
De faibles valeurs de cos phi (cos phi) aux mêmes valeurs de puissance active entraînent des coûts supplémentaires pour la construction de stations, sous-stations et réseaux plus puissants, ainsi que des coûts d'exploitation supplémentaires.
Le véritable pouvoir des utilisateurs expérimentés des services publics évolue constamment au fil du temps. Cela est dû au fait que le travail des sections ou ateliers individuels des entreprises ne coïncide pas dans le temps. De plus, certains équipements peuvent fonctionner à charge partielle ou même au repos.La variation de puissance active et réactive des récepteurs électriques entraîne des variations de cos phi.
Raisons du faible facteur de puissance
Les principaux consommateurs d'énergie réactive sont les moteurs électriques asynchrones, les transformateurs et les fours à induction, les machines à souder, les lampes à décharge, etc.
Un moteur à induction fonctionnant avec une charge proche de la charge nominale a la valeur de cos phi la plus élevée. Lorsque la charge du moteur diminue, le facteur de puissance diminue.
Cela est dû au fait que la puissance active aux bornes du moteur électrique évolue proportionnellement à sa charge, tandis que la puissance réactive, due à une légère variation du courant magnétisant, reste pratiquement constante. Au ralenti, le cos phi a la plus petite valeur qui, selon le type de moteur électrique, la puissance et la vitesse de rotation, est comprise entre 0,1 et 0,3.
Les transformateurs de puissance, tels que les moteurs à induction, ont un facteur de puissance de charge réduit inférieur à 75 %.
Les moteurs à induction surchargés ont également un faible cos phi en raison de l'augmentation des flux de fuite magnétique.
Les moteurs avec de meilleures conditions de refroidissement que les moteurs fermés peuvent supporter plus de charge (puissance active) et auront donc un cos phi plus élevé.
Les moteurs à rotor à cage d'écureuil, en raison des valeurs de résistance aux fuites inductives plus faibles, ont un cos phi plus élevé que les moteurs à rotor bobiné.
La valeur du cos phi pour les machines du même type augmentera à mesure que la puissance nominale et la vitesse du rotor augmentent, car cela réduit l'amplitude relative du courant magnétisant.
Une augmentation de la tension au secondaire des transformateurs de puissance due à une diminution de la charge (par exemple, pendant les quarts de nuit et pendant la pause déjeuner) entraîne une augmentation de la tension par rapport à la tension nominale des bornes des moteurs électriques en fonctionnement . Cela conduit à son tour à une augmentation du courant magnétisant et de la puissance réactive des moteurs électriques, ce qui se traduit par un facteur de puissance plus faible.
La rotation du rotor, qui se produit au fur et à mesure de l'usure des roulements, de sorte que le rotor ne touche pas le stator, provoque une augmentation de l'entrefer entre le stator et le rotor, ce qui entraîne une augmentation du courant magnétisant et une diminution de cosphi.
La réduction du nombre de fils dans la fente du stator lors du rebobinage provoque une augmentation du courant magnétisant et une diminution du cos phi du moteur à induction.
L'utilisation de lampes à décharge de gaz (DRL et fluorescentes) ayant une résistance inductive (starter) dans le circuit en l'absence de dispositifs de compensation réduit également le facteur de puissance des installations électriques (voir — Comment les ballasts de lampes fluorescentes sont disposés et fonctionnent).
Techniques d'amélioration du facteur de puissance
Il est nécessaire d'augmenter le facteur de puissance d'une installation électrique, tout d'abord, par le fonctionnement correct et rationnel des équipements électriques, c'est-à-dire de manière naturelle. La puissance du moteur électrique doit être choisie en stricte conformité avec la puissance requise pour le mécanisme d'entraînement, et les moteurs électriques déjà installés mais peu chargés doivent être remplacés par des moteurs électriques de puissance proportionnellement inférieure.
Cependant, il convient de tenir compte du fait qu'un tel remplacement peut parfois entraîner une augmentation des pertes d'énergie active dans le moteur électrique lui-même et dans le réseau, si le rendement du moteur électrique nouvellement installé s'avère inférieur à celui précédemment installé. un. Par conséquent, la faisabilité d'un tel remplacement doit être vérifiée par calcul.
De plus, il est nécessaire de vérifier le moteur électrique de secours en fonction des conditions d'échauffement et de surcharge admissibles, et parfois du temps d'accélération. En règle générale, les moteurs électriques chargés à moins de 40% sont sujets à remplacement. Lorsque la charge est supérieure à 70 %, le remplacement devient non rentable.
Dans tous les cas possibles, un moteur à cage d'écureuil doit être préféré à un rotor de phase. Il est nécessaire d'abandonner l'utilisation de moteurs électriques fermés si, en raison des conditions environnementales, l'utilisation de moteurs électriques dans une conception ouverte ou protégée est autorisée.
Les moteurs électriques qui entraînent diverses machines et mécanismes ne fonctionnent pas à pleine charge tout le temps. Par exemple, lors de l'installation d'une nouvelle pièce d'usinage sur une machine, le moteur électrique tourne parfois au ralenti avec un faible cos phi. Par conséquent, il est recommandé de déconnecter le moteur électrique du réseau pendant le temps d'inactivité avec une durée de la période d'interaction de 10 secondes ou plus (cette exigence est également obligatoire pour économiser l'électricité active).
La période d'interaction est le temps nécessaire pour rétracter l'outil dans sa position d'origine, retirer la pièce usinée de la machine, installer une nouvelle pièce sur la machine et amener l'outil en position de travail.Sur les machines et mécanismes dans lesquels des périodes de fonctionnement alternent avec des périodes d'interopérabilité, il est recommandé d'installer des limiteurs de ralenti automatiques.
Il est également recommandé de remplacer ou de déconnecter temporairement les transformateurs chargés en moyenne à moins de 30 % de leur puissance nominale.
La qualité de la réparation d'un moteur électrique asynchrone affecte de manière significative l'augmentation de la valeur du cos phi. Un moteur bien réparé devrait avoir une plaque signalétique. Vous devez surveiller attentivement la taille de l'entrefer entre le stator et le rotor, ne pas autoriser les écarts par rapport à la norme, mettre le nombre de fils actifs dans les rainures en fonction du calcul. Les moteurs reconditionnés doivent être soigneusement testés, y compris la vérification du courant à vide.
Dans certains cas, les mesures visant à améliorer le facteur de puissance naturel ne permettent pas d'augmenter le cos phi à 0,92 - 0,95 selon les conditions du processus technologique. Dans de telles installations électriques, des méthodes artificielles sont utilisées pour compenser la puissance réactive - en augmentant le facteur de puissance en utilisant dispositifs spéciaux de compensation.
Ces dispositifs comprennent : les condensateurs statiques, les compensateurs synchrones et les moteurs synchrones surexcités. Cependant, les moteurs électriques synchrones et les compensateurs fabriqués à forte puissance sont rares dans les usines. Les plus utilisées pour augmenter le facteur de puissance sont condensateurs statiques.
Avec une sélection appropriée de la capacité des condensateurs, il est possible d'amener l'angle de phase entre la tension et le courant à n'importe quelle valeur requise.La réduction de courant dans le réseau d'alimentation est obtenue grâce à la composante réactive, qui est compensée par le courant capacitif de la batterie de condensateurs.