Рис. 10-1. Зависимость отно шения токов ротора п статора асинхронного двигателя от от носительного скольжения.
Потери в двигателях можно условно разделить иа постоянные (к) и переменные (v) потери, т.е.
Под постоянными подразумеваются потери мощности, не зависящие от тока нагрузки. К ним относятся потери в стали, механические потери от трения в подшипниках и вентиляционные потери. Для синхронных двигателей, а также двигателей постоянного тока с независимым воз
буждением к постоянным по терям могут быть отнесены потери в обмотках возбужде ния. «Постоянные» потери в действительности не являют ся постоянными, т. е. неиз менными. Они изменяются при изменении скорости дви гателя, питающего напряже ния, частоты сети. Однако при работе двигателя на естественной характеристике его скорость в большинстве случаев изменяется незначи тельно. Это позволяет при нять постоянные потери неиз менными по величине, и рав ными своему номинальному
значению. Под переменными подразумевают потери мощ ности, зависящие от тока нагрузки, т. е. потери в меди обмоток двигателя, по которым протекает ток нагрузки.
Для двигателей постоянного тока
V = IhRn = ПДя ( Q 2 = (т=)2. |
(10-3) |
где индекс «и» относится к номинальным значениям тока и потерь.
Для асинхронных двигателей
v = 3/fi?x + ЗПИ'а = 3П {R2 + § t
где а = I'JIi можно найти в зависимости от скольжения и тока холостого хода с помощью кривых иа рис. 10-1;
ая — Дн/Дн ~ 0,85-i-0,95.
|
|
|
|
|
|
|
Для |
синхронных |
двигателей |
|
|
|
v = a/№x= зл н |
( ^ ) 2= уп ( ^ ) 2. |
(ю-5) |
Обозначим |
кратность |
нагрузочного тока |
через х, |
т.- е. |
|
— для |
двигателей постоянного |
тока; |
х = / я//„ |
а; = |
/а/Дн — для |
асинхронных |
двигателей; |
х = |
I J I Vi — для |
синхронных |
двигателей. |
|
Тогда переменные потери различных двигателей опре |
деляются одним выражением |
|
|
|
|
|
v = vax2. |
|
(10-6) |
При этом мощность потерь в двигателе |
|
|
|
АР —k + vax2 = vn(a-\-x2), |
(Ю-7) |
где а = k/vH— коэффициент потерь.
Для большинства двигателей нормального исполне ния в зависимости от номинальных мощности и скорости значение а изменяется в пределах от 0,5 до 2.
Потери в механических передачах определяются тре нием и могут быть приближенно представлены в виде
|
|
|
|
|
АРмех ^ |
АРтр0 -)- АРтр н |
, |
(10-8) |
где ЛРтро — постоянная |
составляющая |
потерь |
трения; |
АРтри — дополнительная |
составляющая потерь тре |
ния, обусловленная передачей номиналь |
ного момента нагрузки. |
нерегулируемого |
Коэффициент полезного |
действия |
электропривода представляет собой отношение мощности на рабочем органе к мощности, потребляемой из сети:
Л = |
■Рро |
Рро Р м |
P i |
Р м P i — ЛмехЛдв» |
где Цмех = Рро/Рм — к. п. д. механической передачи; %B = P J P \ — к. и. д. двигателя.
Если принять, что для рабочего участка естественной характеристики х = Ш н » Рм/Ры.в, то для к. п. д. дви гателя можно записать:
П _ |
|
X |
(10-9) |
Р м + Д Р д В |
|
% В |
я+ тг1 («+а;2) |
|
|
|
|
|
|
"н |
|
Рпс. 10-2. Зависимость к. п. д. двигателя от отно сительной нагрузки.
В номинальном режиме х = 1 и
1 |
( 10- 10) |
Лн |
1+ ^ ( 1 + < х ) |
|
Зависимость к. п. д. от кратности нагрузки имеет |
максимум при |
|
‘Гопт= & 1 |
|
равный |
|
Л маке — -----------------“— |
( 10- 1 1 ) |
1+2 V a f“-н |
|
На рис. 10-2 показан характер зависимости ц от х. Для двигателей, имеющих коэффициент потерь ot с 1, максимум к. п. д. имеет место при нагрузках, меньших номи нальной (а:опт<1). Напротив, при а > 1 г|Макс наступает при нагрузках, больших номиналь ной (хопт > 1). Если а = 1, то
Хот = 1 И Циане = Цн- Номи
нальные значения к. и. д., как правило, растут с увеличением габаритов машины. Чем круп нее машина, тем труднее отво дится ее тепло наружу. По этому с ростом мощности ма шины приходится уменьшать относительные электромагнит
ные нагрузки, в частности плотность тока, что вызывает относительное уменьшение потерь и повышение к. п. д.
Для машин переменного тока важным энергетическим показателем является коэффициент мощности. Асинхрон ные двигатели потребляют от питающей сети значительную реактивную мощность, необходимую для создания рабо чего магнитного потока машины и потоков рассеяния обмо ток статора и ротора. Коэффициент мощности определя ется выражением
coscp =
|
V n + Ц ' |
где Ра = М а о -+- 3 |
+ АРст — активная мощность; |
Рр = 3ГрХр + 31*хх + |
ЪГ\хъ’ — реактивная мощность. |
Выразим реактивную мощность через активную в виде
Рр= Р“ l^ ^ - 1 =jPafc°fP-
Для подавляющего большинства асинхронных двига телей cos фн те 0,840,9. Тогда
(0,5-0,75) Л ,
т. е. асинхронные машины на 1 кВт активной мощности потребляют из сети 0,5—0,75 квар реактивной мощности. Чем ниже cos срн, тем больше загружаются питающие сети
|
реактивной мощностью, обус |
|
|
ловливающей в них дополни |
|
|
тельные потери. Номинальный |
|
|
коэффициент мощности зависит |
|
|
от мощности двигателей и их |
|
|
угловой скорости. С ростом но |
|
|
минальных мощности и скорости |
|
|
уменьшается объем |
машины, |
|
|
приходящийся на 1 кВт. Следо- |
|
|
вательио, относительно умень |
|
|
шается реактивная |
мощность |
Рпс. 10-3. Завпспмость ко |
|
главного поля и полей рассея |
|
эффициента мощности асин |
|
ния, т. е. повышается номиналь |
хронного двигателя от от |
ный |
коэффициент |
мощности, |
носительной нагрузки. |
cos ф |
существенно |
зависит |
от |
|
нагрузки на валу двигателя. |
Характер этой зависимости |
показан на рис. 10-3. Если нагрузка отсутствует (Рм = 0), то двигатель потребляет незначительную активную мощ ность, практически равную постоянным потерям (Ра = = /Г), и значительную реактивную мощность, расходуе мую в основном на создание главного поля машины (Рр те З / д Ж д ). совф при этом мал. С ростом нагрузки по требление реактивной мощности вначале изменяется не значительно, так как мощность главного поля (З/дХд) несколько снижается из-за уменьшения намагничиваю щего тока, а мощность полей рассеяния ( 3 + 31'lXi) незначительно увеличивается. При этом соэф растет. При дальнейшем увеличении нагрузки реактивная мощность за счет потоков рассеяния увеличивается в большей сте пени, чем активная мощность,.и совф уменьшается.
У синхронного двигателя коэффициент мощности в за висимости от нагрузки изменяется, равно как и у асин хронного двигателя. В отличие от асинхронного синхрон-
^
Отдача,
Потребление
ный двигатель допускает регулирование cos ср изменением своего тока возбуждения. С увеличением тока возбуждения уменьшается доля тока статора в создании результирую щего поля машины. Уменьшение реактивного тока ста тора обусловливает повышение cos <р машины. При неко
тором значении тока возбуждения результирующее
|
|
|
|
|
|
|
|
реактивной. |
Ч |
реактивной |
поле и поле рассеяния со |
I мощности |
S , |
мощности |
из сети |
/ |
в сеть |
здаются |
только |
за |
счет |
\»0hp<0 |
обмотки возбуждения. Ре |
|
|
|
активный ток цепи статора |
|
|
|
обращается в нуль, и ко |
|
|
|
эффициент мощности дви |
|
|
|
гателя равен единице. При |
|
|
|
дальнейшем |
увеличении |
|
|
|
тока возбуждения |
в |
цепи |
Рпс. 10-4. Регулировочные харак |
статора |
появляется |
реак |
теристики возбуждения синхрон |
тивный ток с опережающей |
ного двигателя. |
фазой. Двигатель работает |
|
|
|
генератором |
реактивной |
энергии с отдачей этой энергии в сеть. Возможные режимы синхронного двигателя в отношении реактивной мощности характеризуются так называемыми U-образными кривыми (рис. 10-4). Минимальное значение тока статора имеет ме сто при cos ф = 1, когда машина потребляет нз сети только активный ток.
10-2. ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМАХ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
Выбор того илн иного способа регулирования скорости двигателей определяется в конечном счете его экономич ностью. Понятие экономичности способа регулирования весьма многогранное, включающее в себя большое число факторов. Сюда относятся капитальные затраты и эксплу атационные расходы, надежность работы, количество изготовляемых электроприводов, их назначение и т. п. Трудно установить общий критерий, определяющий выбор того иди иного способа регулирования. В каждом конкрет ном случае выбору способа регулирования электропри вода должно предшествовать его подробное технико-эко номическое обоснование. Тем не менее, чтобы сделать общую оценку экономичности способа регулирования, воспользуемся такими энергетическими показателями, как