異步電動機廣泛使用于農村及中小工礦企業。為提高功率因數，對異步電動機就地無功補償是一種投資少、收效快、高效可靠的節能措施。本文介紹了就地補償的相關計算方法和實例，認為并聯補償電容器原理簡單、使用方便、可以保證電壓合格率和合理的功率因素，適于廣大農村和中小工礦企業大力推廣。
1 概 述
異步電動機使用廣泛，在農村及工礦企業中所占的比重較大。異步電動機多為感性負
載，因此其功率因素總小于1，是電網的主要無功負荷。由于無功功率的存在，增加了電網的視在功率，降低了電網的功率因數。在大中型工礦企業大都裝有集中無功補償裝置來提高功率因數，減少電網線損，保證電壓水平；但在農村及小型工礦企業，電動機用量大且較分散，集中補償難度大且不能達到理想的效果。特別是在用電緊張期，錯峰用電時還要自發電，自發電時由于柴油機功率相對偏小，網絡已趨于過載，因此有賴于功率因數的提高，減少輸送的無功電流，使系統不致于過載運行，從而充分挖掘設備輸送功率的潛力。
2 三相低壓異步電動機就地無功補償的分析
2.1 提高設備利用率
在設備容量不變的條件下，提高功率因素，可少送無功功率而多送有功功率。可多送的有功功率：ΔP=S（COSφ2-COSφ1 ）； 式中COSφ1和COSφ2分別為補償前后功率因數，S為供電設備容量。
對于原有供電設備來講，特別是變壓器和柴油發電機都是依據幾年前的用電量選購的，隨著用電量的增加，原網絡已趨于飽和。在同樣有功功率下，功率因數的提高，發電機就可少發無功功率，多發有功功率，并使負荷電流減少。因此向負荷傳送功率所經過的變壓器、開關和導線等供配電設備都增加了功率儲備，從而滿足了負荷增長的需要。
2.2 減少輸電線路損耗
設異步電動機在補償前后向電網吸收的有功功率P和電網電壓U為定值，補償前后輸電線路電流分別為I1、I2，功率因數角分別為φ1、φ2，則有：
P=UI1COSφ1=U I2COSφ2
設R為系統總電阻，COSφ1和COSφ2為補償前后功率因數，ΔP1和ΔP2為補償前后線路損耗，則線路損耗的減少量ΔP可通過下式計算：
ΔP1=I12R
ΔP2=I22R=I12（COSφ1/ COSφ2 ）2R
ΔP=ΔP2-ΔP1=I12R-I22R=I12 [1-（COSφ1/ COSφ2 ）2 ]R
這樣線損減少的百分數為：ΔP/ΔP1= [1-（COSφ1/ COSφ2 ）2 ]×100% （1）
當功率因數從0.70～0.85提高到0.95時，由(1)式可求得有功線路損耗將降低20%～45%。
2.3 改善電壓質量
以線路末端只有一個集中負荷為例定量說明提高功率因素對電壓質量的改善，假設線路電阻R、電抗為X、有功功率為P、無功功率為Q，則電壓損失ΔU為：
ΔU=（PR+QX）/U （2）
從(2)式可以看出，若減少無功功率Q，則ΔU減小，即有利于線路末端電壓的穩定，有利于大電動機的起動。因此，無功補償能改善電壓質量。但只追求改善電壓質量來裝設電容器是很不經濟的，對于無功補償應用的主要目的是改善功率因數、減少線損，電壓質量只是一個附帶作用。
3無功功率補償容量及電容器的選擇
3.1無功功率補償容量的選擇
無功功率補償容量的計算方法較多，由于農村和工礦企業用戶的電機大部分是幾十千瓦以內的中小容量的異步電動機，其Io / Ie（即空載電流與額定電流之比）較高，可采用下述簡單公式計算：
QC= 3 KUIo （3）
式中：QC為補償電容器容量，K為空載時要達到的功率因素，Io為空載電流。
實際中，一般把電動機空載時的功率因素補償到接近1，這是因為空載時電動機消耗的無功功率最小，補償后滿載時功率因素仍滯后；若以額定負載下功率因素補償到1,則空載或輕載時電動機必然要過補償，這樣既影響電壓，又會使電動機在斷電后由于電容的放電供給電動機勵磁電流，使仍在旋轉著的電動機成為異步發電機，從而使電壓超過額定電壓，對電動機的絕緣和電容器都不利。采用公式（3）計算的補償容量不會產生過度補償問題。
在無功補償時還須注意電動機會產生高次諧波，用電容器進行無功補償時，有可能會產生諧波放大現象，所以對于容易形成諧波源的線路應考慮增設電抗器等，使諧波影響不致造成電容器損壞。
3.2 無功功率補償電容器的選擇
三相低壓異步電動機就地無功補償電容器可選用低壓自愈式金屬化膜電容器，該電容器以金屬化聚丙烯薄膜作電極和介質，具有自愈性，并有重量輕、體積小、損耗低以及價格低廉等優點。考慮到電壓的波動，加上無功補償后電壓要相應提高，電容器的額定電壓宜選用常規的400V產品。但要求電容器接線端子、引線等帶電體不能外露，以保安全。
4 無功補償應用舉例
一臺Y250M-4三相異步電動機額定電壓380V，額定電流Ie為102.5A，額定功率因素COSφe為0.81，額定輸出功率為55kW，三角形接法；空載電流Io為56.9A，空載功率因素COSφ0為0.17。
圖 1為電動機就地補償電路圖。由于異步電動機本身就是很好的放電線圈，所以在異步電動機外加電源電壓失去時，三相低壓異步電動機無功補償電容器可以向異步電動機放電，使電容器端電壓很快下降到零，在重新起動電動機時，就不會出現過電壓。因此，須在電機接線盒輸入端子前并聯電容，異步電動機與電容器并聯之間不能加裝熔斷器保護或開關，異步電動機與電容器應同時投入或斷開。
電容量的計算。根據公式（3），要使電動機的功率因素提高到0.95，則無功電容補償量為：
QC= 3 KUIo=1.732×0.95×380×56.9=36（kvar）
(1) 補償后空載時的功率因素COSφ2：
由QC=P0（tgφ0- tgφ2）= 3 UIo COSφ0 （tgφ0- tgφ2）
即36（kvar）=1.732×380×56.9×0.17（5.8- tgφ2）
得tgφ2=0.145 COSφ2=0.989
(2)補償后額定功率時的功率因素COSφ2：
由QC=Pe（tgφe- tgφ2）= 3 UIe COSφe （tgφe- tgφ2）
即36（kvar）=1.732×380×102.5×0.81（0.724- tgφ2）
得tgφ2=0.065 COSφ2=0.998
所以取QC=36kvar，補償后空載時功率因素為0.989，額定負載時的功率因素為0.998，滿足了實際的要求。
5 結 論
本文討論了異步電動機就地無功補償的一些問題，并給出了無功補償的一些簡單可行的計算公式。
異步電動機就地無功補償是一種投資少、收效快、高效可靠的節能措施，并聯補償電容器原理簡單、使用方便、可以分組保證電壓合格率和合理的功率因素。適于廣大農村和中小工礦企業大力推廣。
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