Тема 3.

Оптімізація енерговикористання в промисловому електроприводі.

3.1.Енергетічні властивості електроприводів. Енергетичні характеристики електромеханічних перетворювачів (нерегульованого електроприводу) в статичному режимі

4.1. Втрати потужності

Втрати потужності в електричній машині діляться на постійних і змінних

 = (Кс+Км+Кзб)+V.

.

Постійні втрати потужності не залежать від струму двигуна (навантаження) і включають втрати :

• у сталі Кс ;

• механічні від тертя в підшипниках і вентиляційні Км. ;

• від струму збудження К_зб.

Втрати в сталі залежать від амплітуди і частоти зміни потоку

,

де Ксн–потері при номінальній швидкості; – показник, залежний від марки електротехнічної сталі.

Механічні втрати визначаються кутовою швидкістю двигунів

де n =1 2.

Втрати від струму збудження для ДПТ незалежного збудження

У асинхронних двигунах немає спеціальної обмотки збудження, призначеної для створення магнітного потоку. Потік АД створюється реактивній складовій струму статора , званій струмом намагнічення. Тому втрати АД від струму намагнічення складають

,

де r1– активний опір обмотки статора.

Постійні втрати в АД складаються з механічних Км., втрат в сталі статора Кс1 і ротора Кс2, а також втрат в міді обмотки статора від струму, що намагнічує

.

Змінні втрати визначаються втратами в міді обмоток двигунів при протіканні по ним струму навантаження, що змінюється. Для ДПТ

,

де – номинальные змінні втрати.

Коефіцієнт корисної дії електроприводу

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

Коефіцієнтом корисної дії електромеханічного перетворювача є відношення повної механічної потужності на валу до потужності, споживаної з мережі. Приймемо, що при роботі на природній характеристиці

,

то ККД .

У номінальному режимі X=1

.

Залежність ККД від кратності навантаження має максимум при х_опт = .

Максимальне значення ККД .

Найбільше значення ККД двигунів в області номінального навантаження. Тому для зменшення втрат потужності необхідно забезпечити повне навантаження і обмежити їх холостий хід. За наявності малозавантажених двигунів доцільно провести їх заміну на двигуни менших габаритів.

Коефіцієнт потужності електроприводу

Електропривод змінного струму споживає з мережі активну Р і реактивну Q потужності. Активна потужність витрачається на здійснення електроприводом корисної роботи і покриття втрат в нім, а реактивна потужність забезпечує створення електромагнітних полів двигуна і безпосередньо корисної роботи не проводить.

Коефіцієнт потужності електроприводу ,

ЕНЕРГЕТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНІЧНИХ ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ В СТАТИЧНИХ РЕЖИМАХ

Втрати енергії в механічній частині електроприводу пов'язані з наявністю тертя між елементами передавальних і старанних механізмів, що взаємно переміщаються. Є два типи тертя: ковзання і кочення.

Втрати електроенергії в перехідних процесах електроприводу і способи їх зниження

у перехідних режимах струми, що протікають по обмоткам двигуна, істотно перевищують номінальні значення і викликають підвищені втрати енергії, тобто додатковий нагрів двигуна. Особливо велике значення визначення втрат електроенергії в перехідних процесах має для електроприводів, у яких динамічний режим є основним або займає помітний час протягом циклу (електроприводу прокатних станів, підйомних кранів, шахтних підйомних машин).

Втрати енергії за час перехідного процесу

,

де і – втрати енергії обумовлені, відповідно, постійними і змінними втратами потужності.

Існує два основні способи зниження втрат електроенергії в перехідних процесах:

• зменшення моменту інерції електроприводу;

• регулювання швидкості ідеального холостого ходу в перехідних процесах.

Зменшити момент інерції приводу можна наступними способами:

• застосуванням малоінерційних електродвигунів, що мають знижений момент інерції якоря або ротора (збільшена довжина якоря і зменшений діаметр);

• раціональним конструюванням механічної передачі (вибором оптимального передавального числа редуктора, раціональних розмірів і форм елементів механічної передачі і конструкційних матеріалів);

• заміною одного двигуна двома, що мають половинну потужність замінюваного двигуна (сумарний момент інерції менше моменту інерції одного двигуна на повну потужність) .Например, два двигуни типу 4АН200 потужністю по 45 кВт мають сумарний момент інерції . Двигун 4АН250 потужністю 90 кВт на тугіше швидкість має момент інерції 3,53 , що майже на 30% більше.

Найбільш ефективним засобом зниження втрат є реалізація керованих перехідних процесів.