Потери мощности и энергии в переходных режимах электропривода

Возникающие при пуске, реверсе, торможении, изменение скорости, сбросе и набросе нагрузки токи, как правило, превышают номинальный уровень. По этой причине выделяющиеся в двигателе и других элементах ЭП потери могут быть весьма значительными и существенно влиять на энергетические показатели работы ЭП. Отметим также, что выделяющиеся в двигателе повышенные потерь вызывают его дополнительный нагрев, что подчеркивает важность правильной их оценки.

Особенно большое значение определение потерь электроэнергии в переходных процессах имеет для ЭП, у которых динамический режим является основные. К ним относятся, например, ЭП прокатных станов подъемных кранов, строгальных станков, лифтов и другие.

В общем случае потери энергии за время переходного процесса могут быть определены с помощью следующего выражения:

где ΔА_К и ΔАv—потери энергии, обусловлены соответственно постоянными и переменными потерями мощности. Составляющая потерь энергии легко может быть найдена в том случае, когда постоянные потери мощности К не изменяются за время переходного процесса,

Составляющая потерь энергии может бы найдена при использовании формул (8.2) — (8.4), выражающих переменные потери мощности через ток и сопротивление:

Использование выражения (8.16) для определенияво многих случаях оказывается затруднительным, из-за того, что необходимо знать закон изменения тока двигателя в переходном процессе i(t)_, а также, располагать данными об изменении сопротивления R. Так как часто зависимость i(t) не выражается аналитически, а в переходных процессах R изменя­ется, то точное вычисление интеграла (8.16) оказыва­ется затруднительным.

Потери энергии при работе эп без нагрузки

Потери энергии при работе ЭП без нагрузки (М_с = 0). Потери мощности в якоре ДПТ и роторе АД определяются идентичными выражениями (4.11) и (5-5) и ,

поэтому переменные потери энергии в этих частях двигателей определяются одинаковым выражением

где —скольжение или относительная скорость двигателей.

Исключим из (8.17) время как переменнуюПри М_с=0 с учетом (5.4) получим

Заменим в (8.17) согласно (8.18), изменив одновременно -пределы интегрирования. Начальному моменту времени будет соответствовать сколь­жение а конечному времени переходного процесса . Тогда (8.18) выразится как

*

Полученное выражение (8.19) удобно для опре­деления потерь энергии, так как при пользовании им не требуются зависимости изменения координат ЭП во времени, а необходимо лишь знание парамет­ров и значений

Коэффициент полезного действия электроприводов

В общем случае, когда ЭП работает с разлитыми скоростями и нагрузками на валу как в уста­новившемся, так и переходном режимах, КПД определяется

где —полезная и потребленная энергия, —потери энергии в ЭП; —полезная меха­ническая мощность ЭП на участке цикла; — потери мощности в ЭП на i-м участке цикла; п — число участков работы ЭП. Рассчитанный по (8.29) КПД называют цикловым или средневзве­шенным.

Если ЭП работает в неизменном режиме с посто­янной мощностью, то формула (8.29) упрощается и принимает вид

КПД ЭП как электромеханической системы опре­деляется произведением КПД преобразователя и управляющего устройства, электродвигателя и механической передачи

Определяя по общей формуле (8.29) КПД от­дельных элементов ЭП, затем по (8.31) находится КПД ЭП в целом.

Наиболее значимым и определяющим в выраже­нии (8.31) является КПД двигателя, который рас­смотрим подробнее.

Рис. 8.2, а иллюстрирует закономерность измене­ния номинального КПД электрических двигателей постоянного и переменного тока в зависимости от их номинальной мощности P_ном и скорости .

Таким образом, более мощные и высокоскоростные двигатели характеризуются и более высокими номинальными КПД.

КПД отдельного двигателя зависит от развива­емой им полезной механической мощности на валу. При малых нагрузках КПД двигателя небольшой (рис. 8.2,6), по мере увеличения нагрузки он растет, достигая максимального значения при мощ­ности, близкой к номинальной. Способы повышения КПД двигателей сводятся к следующему: ограничение времени работы двига­теля на холостом ходу; обеспечение нагрузки двига­теля при его работе, близкой к номинальной, в том числе путем замены малозагруженного двигателя на двигатель меньшей мощности (такая замена должна быть обоснована экономически я проведена только в том случае, когда капитальные затраты на модер­низацию ЭП окупятся за счет сокращения эксплу­атационных расходов) и применение регулятора эко­номичности.