Потери мощности и энергии в электроприводе в установившемся режиме

При работе ЭП в двигательном режиме потребляемая из сети электрическая энергия превращается в основном в полезную механическую работу на валу ЭД. Однако часть электрической энергии теряется в ЭД и механической передаче и превращается в тепловую энергию. Соотношение между полезной работой и потерями энергии определяется рядом факторов: КПД ЭД и механической передачи; режимом работы ЭП; загрузкой ЭД; напряжением и частотой питающей сети; частотой вращения вала ЭД.

В установившемся режиме работы ЭП, когда угловая частота и ток ЭД неизменны, мощность потерь складывается из потерь в механической передаче электропривода ЛР_мех потерь в ЭД и элементах его электрической цепи ДР. Потери в механической передаче характеризуются КПД механизма и дополнительно загружают ЭД. Вместе с полезной нагрузкой производственного механизма эти потери определяют нагрузку ЭД.

Потери мощности в двигателе и его электрической цепи называются полными потерями ДР. Они состоят из постоянных потерь ДР_П0СТ и переменных потерь ДР_пер:

Постоянные потери складываются из потерь стали, потерь на трение в подшипниковых узлах, потерь на вентиляцию и потерь на возбуждение ЭД и не зависят от нагрузки ЭД.

Переменные потери зависят от тока ЭД и сопротивления элементов силовой цепи ЭД и определяются для двигателей постоянного тока:

где R — суммарное сопротивление якорной цепи; ДР_пер.ном ⁼ ^яном-^ — номинальные потери мощности; к₃ =1 / 1_ном — коэффициент загрузки ДПТ.

Переменные потери для асинхронного трехфазного двигателя (АД).

где АР_перл, АР_{пер 2} — соответственно, потери мощности в обмотках статора и ротора;, R!₂ — активные сопротивления фаз статора и приведенное ротора.

При небольшом диапазоне изменения токов АД, когда намагничивающий ток /_р примерно постоянный, можно принять.

Тогда переменные потери в трехфазной обмотке статора.

Составляющую потерь 3/^ можно отнести к постоянным потерям (потери на возбуждение), а переменные потери АД (14.8) выразить только через ток ротора где

к₃ ^-^2 Даном — коэффициент загрузки АД.

Для трехфазных синхронных двигателей (СД) переменные потери где.

к₃=1_г / 1_1ном — коэффициент загрузки СД.

Таким образом, переменные потери любого ЭД запишутся в общем виде.

Суммарные потери мощности в ЭД Обозначим.

как коэффициент потерь, который зависит от номинальной мощности, номинальной частоты (скорости) и конструкции электродвигателя и в общем случае находится в пределах 0,5—2. При номинальном режиме работы двигателя соотношение между постоянными и переменными потерями а (14.16) равно: для двигателей постоянного тока независимого возбуждения общего назначения — 1—1,5; для крановых двигателей постоянного тока — 0,5—0,9; для двигателей переменного тока с короткозамкнутым ротором общего назначения — 0,5—0,7; для крановых двигателей с короткозамкнутым ротором — 0,4—0,5; для крановых двигателей с фазным ротором малой и средней мощности — 0,45—0,6 и большей мощности — 0,9—1,0. Суммарные потери мощности в электродвигателе с учетом (14.16) запишутся в виде.

Переменные потери при нагрузке ЭД соответствующей максимальному КПД, равны постоянным:

откуда.

Полные потери в двигателе при номинальной нагрузке, т. е. при к₃ = 1, и КПД, ЭД, равном номинальному г|_ном

Представим (14.7) с учетом (14.18) при номинальной нагрузке Из (14.19) имеем выражение (/с₃ =1).

подставляя которое в (14.21) получаем.

откуда.

При частичной загрузке ЭД мощностью Р_х полные потери с учетом (14.20)—(14.23).

Полные потери при нагрузке ЭД Р_х = Р_номк₃ могут быть найдены по аналогичной (14.20) зависимости.

где г_х — КПД электродвигателя при мощности Р_х. КПД ЭД определяется по каталожной зависимости его КПД от нагрузки на его валу.

Потери мощности при работе ЭД на регулировочных (искусственных) характеристиках определяются способом и диапазоном регулирования частоты.

Количество потерянной электрической энергии в ЭД ДА в установившемся режиме (потребляемый ток и частота вращения неизменны) зависит от времени работы ЭП:

где t_pa6 — время работы ЭП; ДР — полные (суммарные) потери мощности в ЭД.

Потери мощности в ЭП в переходных процессах пуска, торможения существенно влияют на нагрев ЭД работающих с частыми пусками и остановками. Их учет возможен точным расчетом потерь мощности и энергии в ЭД или, грубо вводя коэффициент запаса, как это сделано в формуле (14.1).

Энергия электрических потерь в ЭД превращается в тепло выделяемое в нем, поэтому ЭД при работе нагревается. При отключении ЭД, когда в ЭД не поступает электрическая энергия, он охлаждается.