Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để phụ tải tiêu thụ điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng mà chúng cần có ở nguồn cung cấp. Các phương pháp nâng cao hệ số cos tự nhiên:
- Thay những động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn: Khi làm việc bình thường động cơ tiêu thụ công suất phản kháng:
𝑄 = 𝑄𝑘𝑡+ ∆𝑄đ𝑚𝑘𝑝𝑡2 (3.1)
Với công suất phản kháng khi không tải (chiểm tỷ lệ 60 ÷ 70 % so với Qđm) và có thể xác định theo biểu thức:
𝑄𝑘𝑡 ≈ √3𝑈đ𝑚𝐼𝑘𝑡 (3.2)
𝐼𝑘𝑡 – là dòng điện không tải của động cơ.
𝑘𝑝𝑡 – là hệ số mang tải của động cơ. pt
đm
P k
P
∆𝑄đ𝑚- là lượng gia tăng công suất phản kháng khi động cơ mang tải định mức so với khi không tải, được xác định theo biểu thức (3.3):
∆𝑄đ𝑚 = 𝑄đ𝑚− 𝑄𝑘𝑡 ≈ 𝑃đ𝑚
đ𝑚𝑡𝑔𝜑đ𝑚 − √3𝑈đ𝑚𝐼𝑘𝑡 (3.3)
trong đó 𝜂đ𝑚- hiệu suất của động cơ khi mang tải định mức. Từ đây ta có hệ số công suất được xác định theo biểu thức (3.4):
cos 𝜑 =𝑃 𝑆 = 𝑃 √𝑃2+ 𝑄2 = 1 √1 + (𝑄𝑘𝑡+∆𝑄đ𝑚𝑘𝑝𝑡2 𝑘𝑝𝑡𝑃đ𝑚 ) (3.4)
Do đó ta thấy rằng 𝑘𝑝𝑡 giảm → cosφ cũng giảm.
Ví dụ: Một động cơ cosφ = 0.85 khi 𝑘𝑝𝑡= 1; cosφ = 0,6 khi 𝑘𝑝𝑡= 0.6; cosφ = 0,5 khi 𝑘 = 0.3
Khi có động cơ không đồng bộ làm việc ở trạng thái non tải, ta cần phải dựa vào mức độ tải để quyết định việc thay thế. Kinh nghiệm vận hành cho thấy rằng:
𝑘𝑝𝑡 < 0.45 việc thay thế động cơ có công suất nhỏ hơn bao giờ cũng có lợi.
𝑘𝑝𝑡 > 0.7 việc thay thế động cơ có công suất nhỏ hơn sẽ không có lợi.
0.45 < 𝑘𝑝𝑡 < 0.7 việc có tiến hành thay thế động cơ có công suất nhỏ hơn phải dựa trên việc so sánh kinh tế.
- Giảm điện áp đặt vào động cơ thường xuyên làm việc non tải: Thực hiện giảm áp khi không có điều kiện thay thế động cơ công suất nhỏ hơn. Khi đó công suất phản kháng cho động cơ không đồng bộ được xác định theo biểu thức:
𝑄 = 𝑘𝑈 2 𝜇 𝑓. 𝑉 (3.5) Trong đó : k - hằng số;
U - điện áp đặt vào động cơ;
μ - hệ số dẫn từ của mạch từ;
f - tần số dòng điện;
V - thể tích mạch từ.
Các phương pháp giảm điện áp đặt vào động cơ không đồng bộ 3 pha trong thực tế:
- Đổi nối dây quấn stator từ đấu ∆ → Y. - Thay đổi cách phân nhóm dây quấn stator. - Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp hạ áp.
Chú ý: Các biện pháp này thực hiện tốt đối với các động cơ có điện áp làm việc U < 0,3 ÷ 0,4 kV. Bên cạnh đó khi đổi nối ∆ → Y, điện áp giảm 3 lần, dòng điện tăng 3 lần nhưng mômen sẽ giảm đi 3 lần, do đó phải kiểm tra điều kiện quá tải và khởi động sau đó.
Các động cơ không đồng bộ chạy không tải hoặc non tải trong thực tế có thể gặp như các động cơ của máy công cụ khi làm việc có thời gian chạy không tải xen lẫn thời gian mang tải (chiếm tới 50 - 60 %). Do vậy, nếu giảm thời gian chạy không tải hoặc
non tải sẽ tránh được tổn thất công suất (nâng cao hệ số cos). Quá trình đóng cắt động cơ cũng sinh ra tổn hao mở máy. Thực tế vận hành cho thấy nếu t0 (thời gian chạy không tải) của động cơ lớn hơn 10 giây thì việc cắt động cơ ra khỏi nguồn điện là có lợi. Vì vậy trong thực tế người ta có thể sử dụng các biện pháp sau để giảm tổn thất công suất (nâng cao hệ số cos): Thao tác hợp lý, hạn chế thời gian chạy không tải hoặc đặt bộ hạn chế chạy không tải.
- Dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ: Đối với máy có công suất lớn, đặc biệt là một số máy không yêu cầu điều chỉnh tốc độ nên sử dụng động cơ đồng bộ. Động cơ đồng bộ có một số đặc điểm: hệ số công suất cao, có thể làm việc ở chế độ quá kích từ → máy bù công suất phản kháng, góp phần vào sự ổn định của hệ thống; mômen quay tỷ lệ với bậc nhất của điện áp, dẫn tới ít ảnh hưởng đến dao động điện áp; tốc độ quay không phụ thuộc vào phụ tải nên năng suất làm việc cao. Tuy nhiên thực tế có nhược điểm là cấu tạo phức tạp, giá thành cao, số lượng mới chỉ chiếm 20% tổng số động cơ.