Тема 7 Енергетика електроприводу
Лекція 14 Енергетичні показники роботи електроприводу
Електричний привод як енергетичний пристрій є споживачем електричної енергії, яка, як відомо, не вся перетворюється в корисну роботу. Споживану електричну енергію характеризують корисною механічною енергією на валу двигуна, ККД і соs j. Підвищення ККД і соs j дозволяє повніше використовувати електропривод і знизити витрати на його експлуатацію.
Енергетичні показники електропривода залежать від режимів його роботи, завантаженості, кутової швидкості, напруги і частоти струму мережі живлення.
При усталеному режимі роботи електропривода, тобто коли кутова швидкість і струм двигуна незмінні, потужність втрат складається з втрат у механічних ланках електропривода і втрат у двигуні та його електричному колі. Втрати в механічних ланках характеризуються ККД h мх і завжди додатково завантажують двигун. Разом з корисним навантаженням виробничого механізму ці втрати визначають завантаженість двигуна.
Втрати потужності в двигуні та його електричному колі називаються повними втратами Рв. Вони складаються з втрат холостого ходу (постійні втрати Рв.пост) і втрат у силовому електричному колі (змінні втрати Рв.е):
Рв = Рв.пост + Рв.е. (7.1)
Постійні втрати складаються з втрат у сталі, на тертя і вентиляцію і не залежать від навантаження двигуна. Змінні втрати залежать від струму двигуна та опору силового кола і визначаються для двигунів постійного струму і трифазних асинхронних двигунів відповідно як
Рв.е. = І 2я (Rдв + Rвш); (7.2)
Рв.е. = 3 І '22 (R1вт + R'2вт + R'2вш). (7.3)
При відсутності регулювального реостата опори Rвш і R'2вш дорівнюють нулю.
Змінні втрати при номінальному навантаженні двигуна визначаються відповідним номінальним струмом, а при частковому (до номінального) навантаженні пропорційні коефіцієнту завантаження двигуна kз = І / Іном (при деяких допущеннях kз = P / Pном = M / Mном). Для двигунів постійного струму та асинхронних двигунів відповідно
Рв.е. = (Іном kз) 2 ( Rдв + Rвш) (7.2a)
Рв.е. = 3 (І '2ном kз) 2 (R1вт + R'2вт + R'2вш). (7.3а)
Якщо позначити електричні втрати при номінальному струмі через Рв.е.ном, то співвідношення (7.2а) і (7.3а) приймуть вигляд
Рв.е. = Рв.е.ном k2з. (7.4)
При номінальному режимі роботи двигуна співвідношення між постійними та змінними втратами характеризуються коефіцієнтом g = Рв.пост / Рв.е., який дорівнює: для двигунів постійного струму незалежного збудження загального призначення 1 … 1,5; для кранових двигунів постійного струму 0,5 ... 0,9; для двигунів змінного струму з короткозамкненим ротором загального призначення 0,5 ... 0,7; для кранових двигунів з короткозамкненим ротором 0,4 ... 0,5; для кранових двигунів з фазним ротором малої та середньої потужності 0,45 ... 0,6 і великої потужності 0,9...1,0.
Змінні втрати при навантаженні двигуна, яке відповідає максимальному ККД, дорівнюють постійним:
Рв.е.ном k2з = Рв.пост., (7.5)
відкіля
Рв.пост / Рв.е.ном = k2з = g (7.6)
Повні втрати в двигуні при номінальному навантаженні, тобто при kз = 1 і ККД h дв = h ном,
Рв.ном = Рном (1 - h ном) / h ном (7.7)
Представимо (7.1) з урахуванням (7.5) при номінальному навантаженні
Рв.ном = Рв.пост + Рв.е. k2з. (7.8)
З (7.6) маємо співвідношення
Рв.е.ном = Рв.пост / g,
підставляючи яке в (7.8) одержуємо
Рв.ном = Рв.пост + Рв.пост / g, (7.9)
відкіля
Рв.пост = Рв.ном g / (g + 1). (7.10)
При частковому завантаженні двигуна потужністю Рх, повні втрати з урахуванням (7.7) — (7.10) визначаються як
(7.11)
Повні втрати при навантаженні двигуна Рх = Рном kз можуть бути знайдені за аналогічною (7.7) залежністю
Рв.х = Рх (1 - h х) / h х, (7.12)
де h х — ККД двигуна, який відповідає потужності Рх; визначається за каталожною залежністю ККД двигуна від навантаження на його валу.
Втрати потужності при роботі двигуна на різних регулювальних характеристиках визначаються залежностями (4.2) і (4.15).
Кількість втраченої електричної енергії залежить від часу роботи електропривода:
Ав = Рв tроб. (7.13)
Для двигунів змінного струму важливим енергетичним показником є коефіцієнт потужності соs j. Асинхронні двигуни споживають з мережі живлення значну реактивну потужність, яка додатково завантажує ці мережі та створює в них додаткові втрати енергії. Для більшості асинхронних двигунів номінальний коефіцієнт потужності соs j ном = 0,68 ... 0,9 (tg j = 0,75 … 0,45), а тому їх реактивна потужність
Q = P tg j = (0,75 ... 0,45) P.
Це означає, що на 1 кВт активної потужності асинхронні двигуни споживають з мережі 0,45 ... 0,75 квар реактивної потужності. При роботі двигунів з навантаженнями, меншими номінального, соs j знижується, а частка реактивної енергії збільшується. Значній зміні соs j підданий при регулюванні кутової швидкості асинхронних двигунів (див. лекцію 8), тому при виборі способу регулювання швидкості електропривода варто враховувати можливе коливання коефіцієнта потужності та його дію на енергетичні показники установки.