4.2. Коефіцієнт корисної дії електропривода

Витрачена енергія відрізняється від корисної на величину втрат. Потужність втрат енергії містить постійну і змінну складові. Пос­тійна складова не залежить від навантаження (корисної потужності), змінна -пропорційна корисній потужності в степені більше 1.

Коефіцієнт корисної дії електромеханічного перетворювача є відношенням повної механічної потужності на валу до потужності, споживаної з мережі. Приймемо, що при роботі на природній ха-

V- ¹ - ^р

рактеристиці ^Л ~ у - у, тоді ККД:

*и * II

Залежність ККД від кратності навантаження має максимум при:

ках;Х*' “ - час циклу.

Р _ Р

Т) =

Р Р+АР

X

У номінальному режимі Х=1:

Максимальне значення ККД:

1

На рис. 2.32 зображена залежність коефіцієнта корисної дії від потужності.

Значення ККД, що відповідають робочому діапазону, знахо­дяться в межах О...Ря. Не випадково номінальне значення наван­таження (потужності) вибирається при ті < ц_тах. Пояснюється це тим, що практично всі пристрої працюють у режимах зі змінним у часі рівнем навантаження. Крім того, при розрахунку електрома­шин передбачаються накопичення по потужності. Це призводить до того, що фактичне навантаження пристроїв виявляється мен­шим номінального. Взагалі значення ККД вище.

Рис. 2.32

Зазначене співвідношення між максимальним і номінальним значеннями ККД сприяє підвищенню ККД циклу, оскільки миттєві значення зосереджуються біля максимуму. З огляду на те, що реально навантаження асинхронних двигунів знаходяться в області (0,6...0,7)Рн, розробники масової серії двигунів 4А най­більший розрахунковий ККД розташували саме біля цих значень. Залежність номінального ККД асинхронних двигунів від номіналь­ної потужності показана на рис. 2.33 (1 - АД серії А2; 2 — АД серії А4 (\ѵ0 =157 і 107 сек^-'); З - АД серії А4 (дѵО =314 с¹))-

0 50 100 150 200 р _к^_г

Рис. 2,33

Якщо привод постійно працює зі сталим навантаженням то ви­гідніше, щоб при цьому ККД був максимальним. У цьому випадку доцільно спеціально проектувати елементи силового кола з мали­ми питомими втратами (меншими густиною струмів, індукцій, ко­ефіцієнтами тертя в механічній частині), із застосуванням висо­коякісних матеріалів. Додаткові витрати на матеріали окупляться меншими втратами енергії й у підсумку — меншими сумарними витратами.

Найбільше значення ККД двигунів знаходиться в області но­мінального навантаження. Тому для зменшення втрат потужності необхідно забезпечити повне навантаження й обмежити їх неро­бочий хід. При наявності малозавантажених двигунів доцільно зро­бити їх заміну на двигуни менших габаритів.

4.5. Коефіцієнт потужності електропривода

Електропривод змінного струму споживає з мережі активну Р и реактивну <2 потужності. Активна потужність витрачається на здійснення електроприводом корисної роботи і покриття втрат у ньому, а реактивна забезпечує створення обертального магнітного поля двигуна і безпосередньо корисної роботи не виконує.

Коефіцієнт потужності електропривода:

Р Р

С08О = — = ■■ ■■

де 5— повна споживана потужність.

Куті визначає зсув фаз між напругою мережі і струмом елект­ропривода. Електропривод, споживаючи реактивну потужність, додатково навантажує систему електропостачання, викликаючи додаткові втрати напруги й енергії в її елементах.

Якщо електропривод працює в якомусь циклі при різних на­вантаженнях чи швидкостях, то він як споживач електричної енергії характеризується середньозваженим чи цикловим коефі­цієнтом потужності, що визначається відношенням спожитої ак­тивної енергії за цикл \Ѵа до повного IV:

Для більшості АДсозф_н~ 0,8+0,9. Для цих значень £)=(0,5+0,75).Р, тобто АД на кожен кіловат активної потужності споживає з мережі 0,5...0,75 квар реактивної потужності. Чим нижче созф, тим більшу реактивну потужність споживає АД з мережі, завантажуючи її до­датковим струмом і викликаючи в ній додаткові втрати.

Коефіцієнт потужності АД істотно залежить від його наванта­ження. При неробочому ході АД коефіцієнт невеликий, оскільки відносно велика частка реактивної потужності в порівнянні з ак­тивною. Збільшуючи навантаження АД зростає і созф, досягаючи свого максимального значення приблизно в області номінального навантаження. Залежність созф від кратності механічного наванта­ження для АД серії 4А при різних рівнях номінальних созф_н зобра­жена на рис. 2.34 (1 — со$ф=0,9; 2 — созф = 0,8; 3 ~ созф = 0,7).

п

со$ф = - —

IV

Активна і реактивна потужності АД:

Р=Л/а>0+3/^;

е=3/£х_ц+3/2^+3(Г₂)²х^

Р/Рп

Рис. 2.34

Асинхронні двигуни є основними споживачами реактивної потужності в системі електропостачання.

Для зниження споживання АД реактивної потужності і тим самим підвищення коефіцієнта потужності необхідно виконати таке:

• замінити малозавантажений АД двигуном меншої потуж­ності. При заміні АД меншої потужності буде працювати в області великих навантажень з вищим со$<р. Крім того ККД цілком заван­таженого двигуна буде високим;

• знизити напругу в АД, що працює з малим завантаженням. При цьому зменшуються споживаний з мережі струм і реактивна потужність, та підвищується С05ф. Реалізується це за допомогою регулятора напруги, перемиканням обмотки статора зі схеми три­кутника на зірку, що призводить до зниження напруги на обмотці

кожної фази в^Уз раз;

• обмеження неробочого ходу АД;

• застосування СД замість АД;

• використання компенсаційних пристроїв у вигляді конден­саторів.