Потери мощности в установившихся режимах работы нерегулируемых и регулируемых электроприводов

Потери мощности в нерегулируемом электроприводе складываются из потерь мощности в электродвигателе и в механической передаче :

Потери мощности в ЭД разделяют на постоянные и переменные : Под постоянными понимаются потери мощности, независящие от нагрузки. К ним относятся: 1) потери в стали, 2) механические потери, 3) вентиляционные потери, 4) потери на возбуждение электродвигателей.

Под переменными потерями понимают потери мощности, зависящие от нагрузки, т. е. потери в проводниках обмоток, по которым протекает ток нагрузки.

Для двигателей постоянного тока , (6.4) где ,

Для асинхронных трехфазных двигателей (АД) .

При небольшом диапазоне изменения токов АД, когда намагничивающий ток примерно постоянный, можно принять:

Тогда переменные потери в трехфазной обмотке статора:

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

,(6.9)где (6.10)

Для трехфазных синхронных двигателей (СД):

,(6.11) где (6.12)

Переменные потери для любого электродвигателя можно записать в общем виде

Суммарные потери мощности в электродвигателе Обозначим как коэффициент потерь, который зависит от номинальной мощности, номинальной скорости и конструкции электродвигателя и в общем случае находится в пределах 0,5¸2, тогда с учетом (6.16) суммарные потери мощности в электродвигателе запишем в виде

(6.17)

Для наглядного представления потерь мощности приведем энергетические диаграммы ДПТ НВ (рис.6.1) и АД (рис.6.2).

Механические характеристики ДПТ НВ и АД в пределах рабочей зоны в установившемся режиме можно считать линейными Как можно видеть из энергетических диаграмм ДПТ НВ и АД и рис.6.3, переменные потери в якоре ДПТ НВ и в роторе

(6.18)где (6.19) (6.20) Суммарные переменные потери для АД , где Переменные потери мощности в электродвигателях с линейной механической характеристикой пропорциональны скольжению.

Колебания скорости и момента приводят к увеличению потерь мощности.

Для регулируемых электроприводов постоянного тока постоянные потери мощности представляют в таком виде:

где DР_в.ном – номинальные потери мощности на возбуждение,

m – показатель, характеризующий кривую намагничивания, 1<m<2.

Переменные потери в регулируемых электроприводах постоянного тока выражаются прежней формулой , в регулируемых электроприводах постоянного тока к потерям в электродвигателе DР_д добавляются потери мощности в преобразователе DР_пр, которые тоже разделяют на постоянные (потери в стали силовых трансформаторов и реакторов) DР_{пост.пр} и переменные (потери в обмотках трансформаторов, дросселей и вентилях) DР_пер.пр:

где – номинальные потери в вентилях преобразователя, – потери короткого замыкания в трансформаторе, – потери в дросселях, – коэффициент загрузки.

Постоянные потери мощности в регулируемом асинхронном двигателе включают потери в стали статора DР_ст.1, потери в стали ротора DР_ст.2, потери в обмотке статора от протекания намагничивающего тока DР_m и механические потери DР_мх: В свою очередь механические потери принимают пропорциональными квадрату скорости из-за преобладающего влияния вентиляционных потерь.

Потери в стали статора АД можно записать в виде ,

Потери в стали ротора зависят от частоты (скольжения s) тока ротора:

Потери от протекания намагничивающего тока I_m по обмотке статора можно выразить таким образом: , (6.35)где ,

Как будут изменяться составляющие постоянных потерь регулируемого АД, будет зависеть от способа регулирования.

При реостатном способе регулирования АД имеем: ,

поэтому постоянные потери

остаются примерно постоянными.

При частичном управлении АД по одному из законов стабилизации потокосцеплений (статора, взаимоиндукции или ротора) магнитный поток Ф»Ф_ном, а абсолютное скольжение s_а обычно поддерживается на низком уровне, что позволяет пренебречь потерями в стали ротора и считать скорость пропорциональной частоте. В результате, при частотном управлении АД по закону Ф=const постоянные потери

Переменные потери мощности при частотном управлении АД определяются выражениями (6.21) – (6.22): , (6.39) где

. тогда

Следовательно, при частотном регулировании скорости АД с постоянным статическим моментом и постоянным магнитным потоком (конгруэнтные механические характеристики) переменные потери мощности в статоре и роторе остаются неизменными.

При реостатном регулировании АД дело обстоит по-другому. Переменные потери в статоре АД при реостатном регулировании , (6.43)

где – приведенное суммарное активное сопротивление фазы ротора.

где s_е – скольжение на естественной механической характеристике АД при данном электромагнитном моменте М, – приведенное собственное активное сопротивление фазы ротора.

Подставив в (6.44) в (6.43), получим ,

т.е. переменные потери в обмотке статора АД при реостатном регулировании и неизменном моменте на валу являются постоянными, независящими от скорости. Переменные же потери в роторе АД при постоянном моменте ,

будут пропорциональные скольжению, т.е. будут увеличиваться со снижением скорости.