Коэффициент мощности электропривода — отношение потребляемой электроприводом активной мощности к кажущейся. При синусоидальном напряжении и токе коэффициент мощности равен косинусу угла сдвига фаз между кривыми напряжения и тока (cosφ).
При постоянной активной мощности, потребляемой электроприводом, увеличение реактивной мощности и, соответственно, снижение коэффициента мощности вызывает увеличение полного тока в проводниках звеньев электрической системы (генераторов, линий передач и др.). Это приводит к увеличению затрат черных и цветных металлов, изоляционных материалов, габаритов, утяжелению вспомогательной аппаратуры и др.
Кроме того, рост реактивной мощности повышает потери напряжения и тем самым резко ухудшает условия регулирования напряжения и препятствует нормальной работе параллельно включенных генераторов. Все это обусловливает стремление иметь высокий cosφ электроустановок.
На промышленных предприятиях основными потребителями реактивной мощности являются трехфазные асинхронные двигатели, на долю которых приходится свыше 70% от всей реактивной мощности, и трансформаторы — до 20%.
Заметное снижение реактивных нагрузок достигается правильным подбором номинальной мощности асинхронных двигателей для привода рабочих машин, переключением недогруженных асинхронных двигателей с треугольника на звезду или заменой их менее мощными, использованием ограничителей холостого хода в схемах управления асинхронными двигателями, улучшением качества их ремонта, а также применением синхронных двигателей взамен асинхронных (где это возможно по условиям технологического процесса).
Подробнее об этом читайте здесь: Как повысить коэффициент мощности без использования компенсирующих конденсаторов
Дальнейшее снижение реактивных нагрузок возможно с помощью компенсирующих устройств (конденсаторов и перевозбужденных синхронных машин), устанавливаемых у потребителя или в непосредственной от него близости.
Величина реактивной мощности, вырабатываемой конденсаторами, прямо пропорциональна их емкости и квадрату напряжения сети, в которую эти конденсаторы включены.
При использовании в качестве компенсатора синхронной машины уменьшение реактивной мощности достигается за счет дополнительных потерь энергии — потерь холостого хода машины и мощности, идущей на ее возбуждение.
Для поддержания cosφ на требуемом уровне при колебаниях реактивной нагрузки необходимо применять автоматическое регулирование возбуждения синхронной машины, либо автоматическое изменение числа включенных конденсаторов.
Необходимая мощность компенсирующего устройства определяется из выражения
где Wа — потребление активной энергии за наиболее нагруженный месяц (квт-ч), tgφ1— тангенс угла сдвига фаз, соответствующий средневзвешенному косинусу за наиболее нагруженный месяц, tgφ2— тангенс угла сдвига фаз, косинус которого должен быть принят в пределах 0,92 - 0,95, α — расчетный коэффициент равный 0,8—0,9, учитывающий возможность повышения cosφ на действующих предприятиях за счет улучшения режимов работы электрооборудования (для вновь проектируемых предприятий этот коэффициент принимается равным единице), tп — число часов работы предприятия в течение месяца.