Потери энергии при установившемся режиме работы нерегулируемого электропривода
Понятие «энергетика электроприводов» включает в себя вопросы потребления и расхода электроэнергии, потерь ее при электромеханическом преобразовании, вопросы эффективности использования активной и реактивной энергии. Эти вопросы определяют такие важные энергетические показатели работы электропривода, как КПД и коэффициент мощности. Эти показатели существенно зависят от режимов работы электропривода, Мс, ω, напряжения и частоты сети. Рассмотрим потери при работе двигателя на естественной характеристике.
Мощность потерь в нерегулируемом электроприводе при складывается из мощности потерь в механических передачах от двигателя к рабочему органу механизма, т.е.
К постоянным потерям «К» относятся потери в стали, механические, а для двигателей постоянного тока независимого возбуждения и синхронных двигателей – еще и потери на возбуждение. Постоянные потери в действительности изменяются при изменении скорости, напряжения и частоты сети. Однако при работе на естественной характеристике скорость двигателя изменяется незначительно. Это позволяет считать постоянные потери неизменными.
Переменные потери – это потери в обмотках, зависящие от тока нагрузки. Для двигателей постоянного тока
.
Для АД .
При небольшом диапазоне изменения токов АД, когда намагничивающий ток Im@const, при малых скольжениях S (что характерно для работы на естественной характеристике), для которых cosy2@1, можно считать потери от тока намагничивания Im2r1, постоянными и отнести их к постоянным потерям «К», а переменные потери выразить только через ток ротора, т.к. при Im@const
|
|
.
Для синхронных двигателей
.
Таким образом, переменные потери для различных двигателей , а суммарные потери в двигателе , где - коэффициент потерь.
Для двигателей постоянного тока с независимым возбуждением и АД переменные потери можно выразить через электромагнитный момент и относительный перепад скорости (скольжение).
Для ДПТ
.
Для АД переменные потери в роторе
.
Полные переменные потери в АД
.
КПД нерегулируемого электропривода
, где
Рр0 – мощность на рабочем органе механизма;
Р1 – мощность, потребляемая из сети.
Коэффициент мощности АД
, где ,
.
Выразив Q через Ра, получим
.
Для большинства АД . Тогда , т.е. АД на 1кВт активной мощности потребляет из сети (0,5¸0,75) кВАр реактивной мощности.
Потери мощности и энергии в установившемся режиме регулируемого электропривода
Выбор того или иного способа регулирования скорости электропривода определяется в конечном счете его экономичностью. И хотя понятие экономичности включает в себя такие факторы, как капитальные затраты, эксплуатационные расходы, надежность работы и т.п., показатели расхода электроэнергии и регулировочных потерь являются основной для сопоставления регулируемых электроприводов по экономичности. При прочих равных условиях большей экономичностью обладает электропривод с меньшими потерями и расходом электроэнергии.
|
|
С энергетической точки зрения регулирование скорости или момента означает изменение мощности механической энергии на рабочем органе механизма. Изменить эту мощность можно путем рассеяния ее части в виде тепла в добавочном рабочем сопротивлении якоря МПТ или ротора АД.
Такой же результат можно получить увеличив потери в самом двигателе, например, при несимметричном питании, когда в двигателе протекают несинусоидальные токи. Такие способы параметрического регулирования скорости (реостатный, несимметричного включения АД и др.) при длительном снижении механической мощности с энергетической точки зрения неэкономичны. Экономичнее отводя часть энергии (без изменения основного потока энергии) возвратить ее в сеть. Это реализуется в каскадных схемах включения АД – в электрических каскадах, или эту часть энергии дополнительно направить к рабочему органу механизма, что реализуется в электромеханических каскадах.
|
|
Существенно экономичнее регулировать поток механической мощности не за счет дополнительных потерь, а так, что бы мощность потребляемой механической энергии определялась мощностью, необходимой в данный момент времени механизму и потерями. Такие возможности имеют системы УП-Д, позволяющие регулировать параметры U, I, f на входе двигателя. В таких системах управление механической мощностью осуществляется за счет снижения потребляемой двигателем электроэнергии. Здесь источник (УП) выделяет такую электрическую мощность, которая требуется в данный момент времени механизму.
Чтобы сделать вывод об экономической целесообразности конкретного регулируемого электропривода необходимо прежде всего определить полные потери во всех его элемента.
У ДПТ с независимым возбуждением без большой ошибки можно принять, что механические потери Км и потери в стали Кс равны
, где
(Км+Кс)н – потери при номинальной скорости.
Переменные потери в якорной цепи
, где
w0р - скорость идеального холостого хода двигателя, соответствующая регулировочной характеристике.
Суммарные потери в регулируемом приводе с ДНВ с учетом потерь Кв на возбуждение
|
|
.
При реостатном регулировании скорости переменные потери изменяются пропорционально относительному перепаду скорости , а постоянные при уменьшении скорости уменьшаются.
При регулировании скорости изменением напряжения (w0=var) с Мc=Мн=const ток якоря неизменен и равен номинальному, т.к. . Неизменны и переменные потери .
При регулировании скорости ослаблением магнитного потока при Рс=Мс·wс=const ток возбуждения из-за нелинейности кривой намагничивания изменяется в большей степени, чем поток. Кривую намагничивания в пределах изменения тока возбуждения от 0 до Iвн можно аппроксимировать выражением
, где 1<m<2.
Тогда постоянные потери
.
С некоторым приближением можно принять, что снижение потерь в цепи возбуждения при увеличении скорости компенсируется увеличением механических потерь. При регулировании скорости изменением Ф с постоянной мощностью на валу Рс=Рн=const ток якоря Iя=Iн=const. Переменные потери тоже не изменяются. Отсюда следует, что суммарные потери в двигателе при данном способе регулирования скорости остаются постоянными
.
При регулировании скорости ДПТ изменением напряжения на якоре двигателя (w0=var), имеют место потери и в преобразователе. Для системы Г-Д постоянными являются механические потери и потери в стали машин. Переменные потери в системе Г-Д состоят из потерь в меди ротора и статора гонного двигателя генератора. Потери в якорной цепи системы
.
Для статического преобразователя с полупроводниковым вентилями (тиристорами) постоянные потери определяются в основном потерями в стали силового трансформатора и реакторов (сглаживающего и уравнительных). Они практически неизменны. Следовательно, для статического и вращающегося машинного преобразователя:
Кп=Кпн=const, где
Кпн – постоянные потери в преобразователе при его номинальном режиме.
К переменным потерям статического преобразователя относятся потери в обмотках силового трансформатора, дросселях, реакторах (если они есть) и в вентилях
или
, где
∆Ркз - потери к.з. трансформатора;
∆Ррн, ∆Рвент.н - потери в уравнительных и сглаживающих реакторах и вентилях.
В АД к постоянным потерям относят механические потери Км, потери в стали статора Кс1 и ротора Кс2, в меди статора от намагничивающего тока, т.е.
.
С достаточной точностью
Потери в стали (от вихревых токов и гистерезиса) пропорциональны квадрату амплитуды магнитной индукции и частоте в степени 1,3. Принимая, что при регулировании скорости двигателя и что объем шихтованной стали статора и ротора одинаковы, выражение для суммарных потерь в стали можно представить в виде
С учетом того, что Кc1н=Кс2н – потери в стали при номинальном напряжении и номинальной частоте
.
При реостатном регулировании АД, когда он питается от сети с U1=U1н и f1=f1н потери в стали
,
т.е.суммарные потери в стали при увеличении S растут за счет роста потерь в стали ротора.
В диапазоне скоростей от 0 до номинальной увеличение потерь в стали практически компенсируется снижением механических потерь. Поэтому
.
При частотном регулировании и работе АД на линейной части механической характеристики скольжение ротора S остается небольшим во всем диапазоне изменения скорости. Поэтому, потерями в стали ротора в этом случае можно пренебречь. Тогда при регулировании по закону и умножая и деля правую часть выражения для Кc, на
Переменные потери
.
Если частотное регулирование осуществляется при Мс=Мн=const, то перепад скорости ∆w=w0·S=const и переменные потери остаются неизменными
.
При реостатном регулировании переменные потери
.
Таким образом, переменные потери в роторной цепи Vрот определяются моментом и скольжением, а в статорной цепи Vстат - они зависят только от момента. Если регулирование осуществляется при Мс=const, то потери в статоре постоянны, а в роторной цепи они пропорциональны скольжению.
При вентиляторном потери в роторной цепи в зависимости от скорости определяются зависимостью
.
Взяв производную по скорости и прировняв ее 0, находим максимум потерь. Скорость и скольжение, при которых эти потери максимальны
Подставляя эти значения в выражение потерь, получим
,
где Рн – номинальная мощность на валу двигателя.
Потери в цепи статора с уменьшением скорости убывают
.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 731; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!