Библиотека / Красовский основы электропривода

предыдущего шага при нулевой

скорости ротора. Таким образом,

характер изменения во времени ре­

зультирующего угла 0 поворота

ротора имеет вид, как показано на

рис. 2.66. Такой режим работы ШД

получил название старт-стопного.

2.6. Потери мощности и энергетические

характеристики электрических машин

Процесс преобразования энергии в тобой электрической машине

всегда сопровождается потерями, вьщеляющимися в виде тепла. По­

тери подразделяют на основные и добавочные. Основные - элек­

трические, магнитные и механические потери.

Кэлектрическим потерям ЛРэ относят потери в обмотках ЛРэ.о

ив переходных сопротивлениях щеточных контактов ЛРэ.щ• Мощ­

ность потерь, идущая на нагрев обмоток ЛРэ.о, определяется зако­

ном Джоуля, в соответствии с которым в общем случае для т-фазной машины при токе I в фазе и ее расчетном сопротивле­ нии R (при температуре 75° С) эта составляющая потерь опре­

деляется как

При расчете потерь в машинах постоянного тока принимается

т = 1 и потери в якорной обмотке и в обмотке возбуждения опре­

деляются отдельно. С целью уменьшения этой составляющей по­

терь проводники обмоток стремятся делать по возможности боль­

шего сечения из материала с малым удельным сопротивлением

(например, медная проволока с малым содержанием примесей).

Потери в переходном сопротивлении каждого щеточного кон­ такта ЛРэ.щ принимаются пропорциональными падению напряже­ ния на контакте ЛИщ:

122 Глава 2. Принцип действия, элементы конструкции...

Взависимости от используемых материалов ЛИщ = 0,3... 1 В.

Вбесконтактных электрических машинах (например, в асин­ хронных с короткозамкнутым ротором) эта составляющая потерь

отсутствует.

Магнитные потери ЛРм, называемые также потерями в стали,

наиболее сложно поддаются количественной оценке. Они вклю­

чают в себя потери на гистерезис и вихревые токи и зависят от

марки стали, индукции, частоты перемагничивания. Для уменьше­

ния потерь от вихревых токов стальные участки магнитопроводов

делают шихтованными. В машинах постоянного тока в устано­ вившихся режимах работы магнитный поток может быть принят

неизмененным, поэтому в них магнитные потери выделяются

только в якоре, а в ярме и полюсах они отсутствуют. В машинах

переменного тока магнитные потери возникают большей частью в

статоре.

Для определения магнитных потерь используют приближен­ ную формулу

(2.53)

где ko6P - коэффициент, зависящий от способа обработки стали, kобр = для асинхронных машин, kобр = 2,3 для машин по­

стоянного тока; Руд - удельные потери в стали при частоте пере­

магничивания 50 Гц и индукции 1Тл; В - показатель степени, за­

висящий от марки стали; Вi - индукция в соответствующей части магнитопровода; Gi - масса магнитопровода.

Механические потери ЛРмех состоят из потерь на трение щеток

о коллектор или контактные кольца, потерь на трение в подшип­

никах и вентиляционных потерь. Каждая из этих составляющих

потерь зависит от конкретного исполнения машины и определяет­

ся отдельно, например вентиляционные потери зависят от кон­

струкции машины и принятой системы вентиляции (самовентиля­ ция, независимая вентиляция и т. п.). Наиболее сложно поддаются

расчету потери в подшипниках и вентиляционные потери. Чаще их

определяют по результатам заводских испытаний машин, близких

по размерам и частотам вращения.

Можно считать, что функционально механические потери не за­

висят от нагрузки и пропорциональны квадрату скорости вращения.

Так, в машинах постоянного тока мощностью 10... 500 Вт механи­ ческие потери составляют 2.. .0,5 % от номинальной мощности.

Добавочные потери ЛРдоб обусловлены вторичными явлениями в электрической машине (неравномерным магнитным полем в воз­

душном зазоре, вихревыми токами в крепежных деталях и т. п.).

Добавочные потери учитывают только в крупных электрических

машинах. Как правило, принимают, что добавочные потери в об­ щепромышленных сериях машин составляют около 1 % от номи­

нальной МОЩНОСТИ.

Все потери, выделяемые в электрической машине ЛРr,, условно делят на постоянные К и переменные V, т. е. ЛРr, =К+ V. Посто­

янные потери не зависят или слабо зависят от нагрузки. К ним

обычно относят механические потери и потери в стали. Электри­ ческие потери, зависящие от нагрузки (от тока в силовой цепи

двигателя), относят к переменным потерям. Если ЛРэ.щ малы или

отсутствуют, можно считать, что переменные потери пропорцио­

нальны квадрату тока, т. е. V= С/2.

Для исключения чрезмерного нагрева машин из-за выделяю­

щихся в них потерь используют специальные системы охлаждения

с применением тех или иных теплоносителей (чаще всего возду­

ха), причем с ростом мощности машины условия охлаждения

ухудшаются. Перегрев машины приводит к ускоренному старению

ее изоляции и сокращению срока службы. Способы охлаждения зависят от конструктивного исполнения машин; наиболее типич­

ными исполнениями являются: открытые машины, не имеющие

специальных приспособлений для предотвращения попадания по­ сторонних предметов внутрь машины (устанавливаются в машин­ ных залах, лабораториях); защищенные - со спецприспособлени­ ями (могут использоваться и на открытом воздухе); закрытые ма­

шины с полностью отделенным внутренним пространством от

внешней среды (применяются в пыльных, взрывоопасных, с по­ вышенной влажностью и т. п. помещениях).

Вентиляция машин может бьпь естественной, когда движение

охлаждающего воздуха создается в результате вращения самой ма­

шины (в открьпых машинах), и искусственной посредством венти-

124 Глава 2. Принцип действия, элементы конструкции...

лятора. Причем вентилятор может быть установлен на валу самой

машины (самовентиляция), а может приводиться в движение спе­

циальным устройством (независимая вентиляция).

Обычно для наиболее наглядного

теля

магнитных ЛР1м потерь в статоре. Соответственно, выходная механическая мощность Р2 меньше электромагнитной мощности Рэм на величину электрических ЛР2э

и магнитных ЛР2м потерь в роторе, а также механических ЛРмех и

добавочных ЛРдоб потерь.

Коэффициент полезного действия электрической машины Т1

определяется как отношение полезной мощности Р2 к подведенной

Р1• При этом в двигательном режиме работы полезная мощность -

механическая мощность на валу, а подведенная - электрическая

мощность, потребляемая из источника питания. В генераторном режиме, наоборот, полезной является вырабатываемая электриче­ ская мощность, а подведенной - механическая. В обоих случаях с

учетом того, что Р1 = Р2 + ЛРг,, имеем

р,

Т1 = Р2 +К2+С12

Учитьшая, что полезная мощность растет примерно пропорцио­

нально току в силовой цепи двигателя, а электрические потери в

соответствии с (2.52) растут пропорционально квадрату тока, зави­ симость Т1(Р2) имеет максимум, когда постоянные потери равны

7. Как можно построить естественные механические характеристики

двигателей последовательного и смешанного возбуждения?

8. Какие схемы замещения фазы асинхронного двигателя Вы знаете

ив чем их различие?

9.От чего зависят ЭДС и индуктивное сопротивление обмотки рото­

ра асинхронного двигателя?

1О. Назовите возможные причины увеличения тока холостого хода

асинхронного двигателя после неудачного ремонта.

11. Как Вы объясните характерную особенность асинхронных двига­

телей при подключении к промышленной сети - относительно малый

пусковой момент при относительно большом пусковом токе?

12. С какой целью у асинхронных двигателей с короткозамкнутым

ротором иногда используют двойную беличью клетку или глубокий паз?

13. Назовите отличия синхронных двигателей от асинхронных в

принципе действия, конструкции и характеристиках.

14. Почему при питании от промышленной сети синхронные двига­ тели не имеют пускового момента? Какие варианты пуска синхронных

двигателей Вы могли бы предложить?

15. Каким образом можно изменять реактивную мощность синхрон­

ного двигателя?

16. В чем принципиальные отличия шаговых двигателей от других,

рассмотренных в этой главе, и какова область их предпочтительного

применения?

17. Сопоставьте рассмотренные в данной главе типы двигателей.

Выберите наиболее значимые показатели, подчеркните положительные и

отрицательные свойства каждого.

130 Глава 3. Основы механики электропривода

механической части электроекая передача (элемент П на рис. 3.1)

привода исключается. Полученную в резуль­

тате расчетную схему механической части электропривода (рис.

3.2) называют приведею-tым механическим звеном.

При приведении моментов исходят из условия равенства рабо­ ты или мощности в исходной и в приведенной системах. Обозна­

чив КПД передачи 11, а момент сопротивления механизма, приве­

денный к валу двигателя, Мс, с учетом обозначений, принятых на

рис. 3.1 и 3.2, при передаче энергии от двигателя механизму имеем

а при передаче энергии от механизма к двигателю

(3.2)

Откуда получим условия приведения моментов к валу двигате­

ля при передаче энергии от двигателя механизму

(Ом

(3.3) относится к случаю (3.1), а (3.4)- соответственно к (3 .2).

Моменты инерции находят, исходя из условия сохранения за­ паса кинетической энергии в исходной и в приведенной систе-