5.1 Потери мощности и энергии в электродвигателе

1. В установившемся режиме работы.

1. Потери мощности (∆Р).

Бывают постоянные ∆Р_K и переменные ∆Р_V потери мощности.

Постоянные потери ∆Р_K состоят из:

где ∆Р_маг – потери в стали;

∆Р_мех – механические потери (в подшипниках и др.);

∆Р_в – потери на возбуждение.

Под переменными понимают потери, выделенные в обмотках ЭД при протекании по ним тока, определяемого механической нагрузкой ЭП.

ДПТ –

АД –

СД –

П еременные потери мощности могут быть определены через механические параметры: момент М и скорость ω.

– для ДПТ и АД (ротор).

– в статоре АД.

– полные потери в АД

где – относительная скорость ДПТ.

Потери мощности при работе ЭД в номинальном режиме:

значит:

2. Потери энергии:

а) - для постоянной нагрузки

б) - для циклически изменяющейся нагрузки,

где m – число участков;

∆Р_i – потери на i-ом участке.

2. Потери энергии в переходных режимах.

При пуске, реверсе, торможении ток I > I_н, потери увеличиваются, и это приводит к дополнительному нагреву. Особенно это важно для ЭП, у которых динамический режим основной (ПКР). Это подъемные краны, прокатные станы.

а) М_с=0 (т.е. без нагрузки)

Проще выразить потери через механические параметры. Потери энергии в якоре ДПТ и роторе АД:

Из уравнения движения ЭП: , значит (для ДПТ) или (для АД). Подставим в формулу вместо dt это выражение и заменим пределы интегрирования: при t=0 s=s_нач, а при t_пп s=s_кон. Получим:

Проанализируем различные переходные режимы двигателя и оценим потери энергии:

1. Пуск двигателя.

s_нач=1, s_кон=0;

Потери равны запасу кинетической энергии к концу пуска

2) Динамическое торможение

s_нач=0, s_кон=1;

3) Торможение противовключением.

s_нач=2, s_кон=1;

4) реверс

s_нач=2, s_кон=0;

Эти формулы определяют полные переменные потери энергии в ДПТ и потери в роторе в АД. Для АД нужно еще учесть потери в цепи статора:

б) Нагруженный двигатель (М_с≠0)

+М_с – при пуске; -М_с – при торможении

Считают, что момент постоянен и равен среднему моменту М_ср.

Методы снижения потерь:

• использование малоинерционного ЭП (снижение потерь благодаря уменьшению момента инерции J);

• регулируют скорость идеального холостого хода ω₀ (достигается благодаря понижению напряжения на якоре для ДПТ и изменению частоты питающей сети для АД).

5.2 Кпд и коэффициент мощности

КПД для циклически изменяющейся нагрузки (средневзвешенный):

где А_пол , А_потр – полезная и потребленная энергия;

∆А – потери энергии;

Р_{пол i} – полезная механическая энергия на i-ом участке цикла;

∆Р_i – потери механической энергии;

n – число участков работы ЭП.

К ПД для ЭП в установившемся режиме:

КПД ЭП как системы:

η_пу – КПД преобразующего устройства;

η_уу – КПД управляющего устройства;

η_д – КПД ЭД;

η_мп – КПД механической передачи;

Более мощные и скоростные ЭД характеризуются более высоким КПД. КПД зависит от развиваемой ЭД полезной механической на валу (рисунок 5.1).

Способы повышения КПД:

• ограничение времени работы ЭД на холостом ходу;

• обеспечение нагрузки ЭД при работе близкой к номинальной;

• применение регулятора экономичности;

• снижение потерь энергии в переходных режимах;

• использование частотного регулирование скорости АД.

ЭП, подключаемые к сети ~I, потребляют активную и реактивную мощность. Активная мощность расходуется на полезную работу ЭП и покрытие в нем потерь. Реактивная создает электромагнитное поле, но непосредственно работы не совершает. Соотношение между активной и реактивной мощностью характеризуется коэффициентом мощности:

Стараются обеспечить максимальный коэффициент мощности cosφ.

Коэффициент мощности cosφ для циклически изменяющейся нагрузки (средневзвешенный)

, где А_п – полная энергия.

Более высокое значение cosφ соответствует ЭД с большими номинальными мощностями и скоростями вращения.

Способы повышения cosφ:

• замена малозагруженных АД на ЭД меньшей мощности;

• ограничение работы ЭД на хх;

• понижение питающего напряжения;

• замена АД на СД.