Коэффициент мощности асинхронного двигателя соsφ (косинус фи)— это отношение активной мощности Р (Вт), расходуемой на , нагрев стали, обмоток двигателя, полезную работу , механические потери, к полной мощности S (В•А), потребляемой двигателем из сети:
cosφ=P/S=UIa/UIc=Ia/Ic
где Iа — активный ток, пропорциональный нагрузке двигателя;
Ic=√I2p+I2a полный ток, потребляемый двигателем из сети и расходуемый на образование магнитного поля, нагрей двигателя и преодоление нагрузки на двигатель;
Iр — реактивный, или намагничивающий, ток двигателя.
Соотношения между полным, активным и реактивным токами в зависимости от нагрузки двигателя можно проанализировать при помощи векторной диаграммы
токи потребляемые двигателем из сети
Реактивный, или намагничивающий, ток Iр в зависимости от нагрузки почти не меняется по величине. Активный же ток пропорционален нагрузке двигателя. Поэтому величина коэффициента мощности в значительной мере зависит от нагрузки. Так, при холостом ходе cosφ=0,2 ÷ 0,3 а при поминальной нагрузке соsφ= 0,7-0,95 (большие значения соs φ относятся к двигателям большей мощности).
угол ф в зависимости от нагрузки на мотор
На рисунке видно, что если двигатель работает па холостом ходу (Iх), угол φ— максимальный, а cosφ минимальный. С ростом нагрузки увеличивается сила активного тока и уменьшается угол φ, а следовательно, возрастает соsφ. Для рассматриваемых на диаграмме положений: холостой ход Iх, половина поминальной нагрузки Iн/2 и номинальная нагрузка Iн
cosφx
Предположим, что для привода машины, мощность электродвигателя выбрана правильно. Мощность, которую требует машина, обеспечивается силой активного тока Iан Этому режиму соответствуют полный ток Iн потребляемый из сети, и коэффициент мощности cosφн.
Если для этой машины взять электродвигатель мощностью в несколько раз большей, чем требуется, сила реактивного тока будет примерно во столько же раз выше, чем в предыдущем случае. Сила потребляемого из сети полного тока во втором случае будет значительно больше, чем и первом, а соsφн/2, значительно меньше. Если сила тока, потребляемого из сети, увеличится в 2 раза, то потери в линии возрастут в 4 раза, так как потери определяются как I2cR ,
где Iс — сила тока в сети, R сопротивление проводов.
Этот ток вызывает потери так же в трансформаторе и генераторе. Мощность источника электроснабжения используется при этом нерационально.
Для стимулирования борьбы на предприятиях за высокий соs φ стоимость электроэнергии поставили в зависимость от его величины. Если соs φ больше 0,9, электроэнергию отпускают по более дешевой цене. Если же соsφ меньше о,9, стоимость, энергии возрастает по мере его снижения.
На векторной диаграмме можно также показать различие между коэффициентом мощности и коэффициентом полезного действия. Так если соs φ есть отношение
Ia/Ic то к.п.д. η=Iп/Iа=Iп/Iп+Iпот
где Iа=Iп+Iпот то есть активный ток равен сумме токов, расходуемых на полезную нагрузку (Iп) и тепловые потери (Iпот).