II. Потери энергии в переходных режимах.

При пуске, реверсе, торможении ток I > I_н, потери увеличиваются, и это приводит к дополнительному нагреву. Особенно это важно для ЭП, у которых динамический режим основной (ПКР). Это подъемные краны, прокатные станы.

а) М_с=0 (т.е. без нагрузки)

Проще выразить потери через механические параметры. Потери энергии в якоре ДПТ и роторе АД:

Из уравнения движения ЭП: , значит (для ДПТ) или (для АД). Подставим в формулу вместо dt это выражение и заменим пределы интегрирования: при t=0 s=s_нач, а при t_пп s=s_кон. Получим:

Проанализируем различные переходные режимы двигателя и оценим потери энергии:

1) Пуск двигателя.

s_нач=1, s_кон=0;

Потери равны запасу кинетической энергии к концу пуска

2) Динамическое торможение

s_нач=0, s_кон=1;

3) Торможение противовключением.

s_нач=2, s_кон=1;

4) реверс

s_нач=2, s_кон=0;

Эти формулы определяют полные переменные потери энергии в ДПТ и потери в роторе в АД. Для АД нужно еще учесть потери в цепи статора:

б) Нагруженный двигатель (М_с≠0)

+М_с – при пуске; -М_с – при торможении

Считают, что момент постоянен и равен среднему моменту М_ср.

Методы снижения потерь:

§ использование малоинерционного ЭП (снижение потерь благодаря уменьшению момента инерции J);

§ регулируют скорость идеального холостого хода ω₀ (достигается благодаря понижению напряжения на якоре для ДПТ и изменению частоты питающей сети для АД).

КПД и коэффициент мощности

КПД для циклически изменяющейся нагрузки (средневзвешенный):

где А_пол , А_потр – полезная и потребленная энергия;

∆А – потери энергии;

Р_{пол i} – полезная механическая энергия на i-ом участке цикла;

∆Р_i – потери механической энергии;

n – число участков работы ЭП.

КПД для ЭП в установившемся режиме:

КПД ЭП как системы:

η_пу – КПД преобразующего устройства;

η_уу – КПД управляющего устройства;

η_д – КПД ЭД;

η_мп – КПД механической передачи;

Более мощные и скоростные ЭД характеризуются более высоким КПД. КПД зависит от развиваемой ЭД полезной механической на валу (рисунок 5.1).

Способы повышения КПД:

§ ограничение времени работы ЭД на холостом ходу;

§ обеспечение нагрузки ЭД при работе близкой к номинальной;

§ применение регулятора экономичности;

§ снижение потерь энергии в переходных режимах;

§ использование частотного регулирование скорости АД.

ЭП, подключаемые к сети ~I, потребляют активную и реактивную мощность. Активная мощность расходуется на полезную работу ЭП и покрытие в нем потерь. Реактивная создает электромагнитное поле, но непосредственно работы не совершает. Соотношение между активной и реактивной мощностью характеризуется коэффициентом мощности:

Стараются обеспечить максимальный коэффициент мощности cosφ.

Коэффициент мощности cosφ для циклически изменяющейся нагрузки (средневзвешенный)

, где А_п – полная энергия.

Более высокое значение cosφ соответствует ЭД с большими номинальными мощностями и скоростями вращения.

Способы повышения cosφ:

§ замена малозагруженных АД на ЭД меньшей мощности;

§ ограничение работы ЭД на хх;

§ понижение питающего напряжения;

§ замена АД на СД.