5.3. Коэффициент полезного действия электропривода

КПД электропривода как электромеханической системы опре­деляется произведением КПД силового канала, а именно: произ­ведением КПД преобразователя η_п, двигателя η_д и механической передачи η_м._п

η=η_пη_дη_м._п (9.29)

В общем случае, когда ЭП работает в некотором цикле с раз­личными скоростями или нагрузками на валу как в установив­шемся, так и переходном режимах, КПД двигателя определяется

где А_полА_потр — полезная механическая и потребленная электри­ческая энергии двигателя; ∆А — потери энергии; Р_полi— полезная механическая мощность на i-м участке цикла; ∆Pi — потери мощ­ности на i-м участке цикла; п — число участков работы ЭП.

Рассчитанный по формуле (9.30) КПД называют цикловым, или средневзвешенным. Если ЭП работает в установившемся ре­жиме, то формула (9.30) упрощается и принимает вид

η=P_ПОЛ/(P_ПОЛ+∆P)

Закономерность изменения номинального КПД двигателей в зависимости отих номинальной мощности Р_номиллюстрирует рис. 9.3, а.

С ростом уровня номинальной мощности номинальный КПД растет, что объясняется уменьшением потерь мощности относи­тельно полезной мощности двигателя.

КПД работающего двигателя зависит от развиваемой им по­лезной механической мощности на валу. При малых нагрузках КПД двигателя небольшой (рис. 9.3, б), по мере увеличения нагрузки он растет.

Отметим, что своего максимального значения n_max КПД боль­шинства двигателей достигает при нагрузке, которая меньше но­минальной.

Существует условие, при котором двигатель будет работать с максимальным КПД при данном коэффициенте нагрузки двига­теля: k_H=Pc/Pnom

Рис. 9.3. Зависимости номинального КПД двигателя от номинальной мощ­ности (а) и КПД двигателя от коэффициента нагрузки (б)

Максимальное значение КПД будет иметь место при оптимальной нагрузке, определяемой следующим соотноше­нием постоянныхК и номинальных переменных V_ном потерь мощ­ности:

K²_н.опт.=K/Vном (9.33)

Анализируя работу электропривода с конкретным двигателем, можно с помощью соотношения (9.33) определить нагрузку дви­гателя, при которой он будет работать с наименьшими потерями мощности, т. е. при данной нагрузке с максимальным КПД.

Анализ работы действующих электроприводов показывает, что большинство двигателей имеют завышенную номинальную мощ­ность по сравнению с той, которая требуется от электропривода для реализации заданного технологического процесса.

Электро­приводы ряда рабочих машин и производственных механизмов часть своего цикла работают с малыми механическими нагрузка­ми или на холостом ходу.

Исходя из этого можно назвать следующие способы повыше­ния КПД двигателей при их эксплуатации:

• замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности. Такая замена целесообразна в тех случаях, когда это приведет к снижению потерь энергии в электроприводе и системе электроснабжения, что позволит окупить капитальные затраты при такой модернизации за приемлемый срок. Расчеты показывают, что при коэффициенте нагрузки к_и<0,4 в большинстве случаев замена малозагруженных двигателей оказывается экономически целесообразной, при к_н>0,7 —нецелесообразной, а при соотно­шении 0,4 <к_н<0,7 требуется выполнение технико-экономиче­ских расчетов;

•ограничение времени работы двигателей при их холостом ходе. Отключение двигателей при их холостом ходе оправдано в том случае, когда потери энергии при новом пуске двигателя оказы­ваются меньше, чем за время работы на холостом ходу. Отключе­ние двигателя целесообразно проводить при времени холостого хода в пределах 10 с и более. Электротехническая промышлен­ность выпускает устройства, позволяющие автоматически отклю­чать двигатели при их переходе в режим холостого хода.