就地无功补偿方案：低压三相异步电动机的优化方案

低压三相异步电动机的就地无功补偿，就是将一台与异步电动机特性相配合的电容器直接并联于该电动机，同时利用原异步电动机的保护，无需增加其他保护装置。这种补偿方案电路结构简单，投资较省，安装方便，特别适合于电动机安装位置分散的家庭纺织机、小型钻床、车床、冲床、碾米机、脱粒机等，也适用于工矿企业中分散安装使用的电动机负载。

1.就地补偿的技术优势

为什么一个合适容量的电容器可以与异步电动机直接并联，不需要外加其他保护装置，而且是一种经济有效的无功补偿方案，原因分析如下。

（1）异步电动机在运行时所需要的无功功率由两部分组成：一部分是励磁支路所需的无功功率；另一部分是负载支路所需的无功功率。小容量异步电动机主要是励磁支路所需的无功功率，且当负载从零到满载时变化很小；而负载支路所需的无功功率随负载的增加而增加，但其值一般比励磁支路所需的无功功率要小。因此对低压异步电动机的无功补偿，只要能补偿其励磁功率，就能使异步电动机在负载率从40%～100%时的功率因数都有较高的数值，一般能达到0.9以上。而轻负载时，其功率因数虽然可能低于0.9，但此时随负载而变的无功功率绝对值已经很小，因此产生的线损也很小，补偿效果已经非常满意。

（2）异步电动机的绕组线圈是补偿电容器非常理想的放电装置，当电动机因人为停机或故障停机时，补偿电容器随即通过电动机绕组迅速放电，电容器上的电压很快下降到零，所以在电网电压复现，例如重合闸成功时，电容器上就不会出现过电压，这对电容器长期运行的安全性有重要意义。正因为如此，异步电动机和电容器之间无需加装熔断器或其他保护装置，且异步电动机和电容器应同时接入或断开电源。

（3）由于并联电容器在异步电动机的额定电压下所产生的无功功率小于异步电动机在额定电压下空载时需要的励磁功率，即略小于空载无功功率（这是就地无功补偿电容器选型时已经确定的原则）；当电压上升时，电容器产生的无功功率随电压的二次方增加，而异步电动机因铁心饱和，其需要的无功功率增加将大于电容器的无功功率增加；当电压下降时，异步电动机和电容器的无功功率几乎都随电压的二次方下降；也就是说，并联电容器的无功补偿容量在异步电动机运行时，总小于异步电动机在不同负载下所需的无功功率，因此不会产生过补偿，也不会产生异步电动机的自励现象。

（4）对于家庭作坊分散安装的异步电动机，采用就地无功补偿方案具有明显的经济性。因为它比集中自动无功补偿方案要便宜很多；即便对于无功负载仅为异步电动机的工矿企业也是经济的。因为虽然它安装的补偿电容器总容量是集中补偿的2～4倍，但集中补偿装置单位电容量的费用却为就地补偿的4～6倍，所以就地补偿的经济性仍是显而易见的。同时，就地补偿也最大限度地减少了电动机供电线路的电能损耗，降低了电费支出。

综上所述，异步电动机的就地无功补偿是一种经济、简单、高效、可靠的补偿方案，在众多地区的安装实践中均取得了理想的补偿效果和经济效益。

2.就地补偿的具体实施

实施异步电动机就地补偿时，将补偿电容器直接与电动机并联即可。连接示意图如图4-48所示。

图4-48 就地补偿电容器与异步电动机的连接示意图(www.xing528.com)

对于补偿电容器的容量，按照国家标准GB 50052—2009《供配电系统设计规范》规定，“接在电动机控制设备侧电容器的额定电流，不应超过电动机励磁电流的0.9倍。”该规定与IEC 831的规定相一致，其原因是为了防止当电动机切断电源后，尚未停止转动的过程中，由于电容器产生的自励磁造成的过电压，使电动机受到损坏。

另外，异步电动机空载时的电流，90%是励磁电流，即无功电流，所以以空载电流的0.9倍作为无功电流计算和选取补偿电容，也是一种简单的方法。但是很明显，使用上述两种方法计算得到的补偿电容器的额定电流是不相同的，因为前者规定的电容器额定电流是励磁电流的0.9倍，而后者则是电动机空载电流的0.9倍，即励磁电流的1.0倍，显然后者计算得到的结果数值要大些。但是后者的空载电流可以用简单测量方法得到，而励磁电流不便于直接测量得到。因此可以将空载电流的0.9倍作为电动机的励磁电流，接着按照《供配电系统设计规范》的规定计算出补偿电容器的额定电流，即以空载电流的0.9²=0.81倍作为补偿电容器的额定电流。这样的计算结果应当是适当的。

知道了补偿电容器的额定电流，就可按下式计算补偿电容器的容量：

式中 Q——补偿电容器的额定容量，单位为kvar（千乏）；

U——异步电动机的额定电压，单位为V；

I_c——补偿电容器的额定电流，单位为A。

这里要注意，电动机和补偿电容器的额定电压可能不一致。如果为了提高运行安全而选择了额定电压较高的电容器，即电容器的额定电压高于电动机的额定电压，这在实际运行时，电容器的实际补偿容量会小于电容器上标注的额定容量。因为电容器的额定容量是依据其额定电压计算得出的，而实际运行电压是稍微低一些的电动机额定电压。

为了方便选择电容器的容量。表4-5给出了部分Y系列小容量电动机的就地补偿电容器容量配置规格，供读者参考。

表4-5 Y系列15kW及以下异步电动机就地补偿电容量配置表