Что такое коэффициент мощности и кпд асинхронного двигателя

КПД И КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ НЕРЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Сначала рассмотрим к.п.д. и коэффициент мощности нерегулируемого электропривода. К.п.д. нерегулируемого электропривода представляет собой отношение мощности Р_р.0 на рабочем органе машины к мощности Р₁, потребляемой из сети:

где (6.54)

h_n, h_д – соответственно к.п.д. механической передачи и к.п.д. электродвигателя,

Р₂ – мощность на валу электродвигателя.

Если принять для рабочего участка естественной механической характеристики, где скорость незначительно изменяется, коэффициент загрузки

то, используя (6.17), к.п.д. электродвигателя можно записать таким образом:

, где ,

Подставив выражение коэффициента А через номинальный к.п.д. h_ном и коэффициент потерь а в (6.57), получим окончательное выражение для к.п.д. нерегулируемого электродвигателя (6.59)

Из (6.59) видно, что к.п.д. нерегулируемого электродвигателя является сложной функцией коэффициента загрузки К_з. Значение оптимального коэффициента загрузки, при котором к.п.д. достигает максимальной величины, определяем из решения уравнения

, (6.60) т.е. Подставив (6.61) в (6.59), найдем максимум к.п.д. Определим переменные потери мощности при оптимальном коэффициенте загрузки:

,

следовательно, максимум к.п.д. достигается, когда постоянные потери становятся равными переменным.

При а 1 – больше номинальной. Если а=1 то максимум к.п.д. соответствует номинальному к.п.д. (рис.6.5).

Обычно электродвигатели длительного режима (s1) проектируют таким образом, чтобы максимум к.п.д. был при коэффициенте загрузки К_з=0,75. этим самым учитывается возможность и наибольшая вероятность работы электродвигателя в режиме s1 с небольшой недогрузкой. С ростом мощности к.п.д. электродвигателя возрастает.

Для электрических двигателей переменного тока важным энергетическим показателем является коэффициент мощности, который при синусоидальных токах и напряжения cosj: ,

где Р₁ – потребляемая электродвигателем активная мощность.

Q₁ – “потребляемая” реактивная мощность из сети.

Для трехфазного асинхронного двигателя ,(6.65) , (6.66)

где – намагничивающий ток, ток статора и приведенный ток ротора,

– индуктивные сопротивления намагничивающего контура, рассеяния статора и ротора (приведенное).

Реактивную мощность Q₁ можно выразить через активную Р1, используя треугольник мощностей:

Для большинства асинхронных двигателей cosj_ном»0,8¸0,9, что дает

Характер зависимости cosj от коэффициента загрузки показан на рис.6.6.

Поскольку потери мощности в активных сопротивлениях R источника, линии и приемника определяются полным током I, то при заданной активной мощности Р=Р_ср эти потери будут равны

,

где I_а – активная составляющая полного тока I,

выражение (6.69) показывает, что cosj является энергетической характеристикой, определяющей экономичность потребления активной энергии на переменном токе, с увеличением cosj уменьшаются потери при передаче заданной активной мощности от источника приемнику электроэнергии.

В синхронном двигателе cosj зависит от нагрузки так же, как и в асинхронном.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Какой КПД у электродвигателя

Содержание

1. Какой КПД у электродвигателя: принцип расчёта
2. Потери мощности — основные виды
3. Магнитные, электрические и механические потери
4. Изменение КПД двигателя

Современные модели электрических двигателей характеризуются высоким коэффициентом полезного действия (КПД). Тем не менее, работа двигателя любой модели сопровождается выделением теплоты в процессе преобразования электроэнергии в энергию механическую. Локальные потери мощности могут происходить:

• в деталях из стали;
• в обмотках.

Показатели мощности в результате неизбежно снижаются, не достигая максимально возможных. В этой статье перечислены основные факторы, от которых зависит, какой КПД у электродвигателя.

Какой КПД у электродвигателя: принцип расчёта

Существует несколько методов определения КПД электродвигателя. Если использовать для расчета показатели полезной и потребляемой мощности электродвигателя, то их соотношение и составит искомую величину, которая может быть:

• 0,75-0,9 (если мощность агрегата не выше 100 кВт);
• до 0,97 (для более мощных моделей).

Существует также косвенный метод расчета коэффициента полезного действия, который основан на определении суммарных потерь мощности.

Потери мощности — основные виды

Значимые потери мощности, от которых зависит величина КПД электродвигателя, делятся на следующие группы:

• магнитные (относятся к постоянным);
• электрические (постоянными не являются);
• механические (постоянные).

Помимо основных, наблюдаются также добавочные потери (например, в полюсных наконечниках), которые сложно поддаются точному расчету. Незначительный уровень таких потерь позволяет принять их сумму условно равной 0,5-1 % и учитывать это значение при расчете общей величины КПД.

Остановимся подробнее на основных разновидностях потерь мощности.

Магнитные, электрические и механические потери

Значение магнитных потерь, которые происходят в результате перемагничивания якорного сердечника, складывается из показателей потерь от вихревых токов в стали и от гистерезиса. От толщины стальных листов, из которых изготовлен сердечник, и качества изоляции может зависеть исходная величина. Также на объем магнитных потерь влияет частота, с которой происходит перемагничивание.

Электрические потери, показатели которых меняются с изменением уровня нагрузки оборудования, происходят:

• в якорных обмотках;
• в щетках;
• в цепях возбуждения.

Основной причиной механических потерь является трение разных видов. Это может быть трение в подшипниках, а также трение щеток о контактные кольца и коллектор, трение ротора и пр. Потери также возникают в процессе вентиляции. Механические и электрические потери воздействуют на эффективность эксплуатируемого двигателя в наибольшей степени.

Изменение КПД двигателя

В процессе работы асинхронного двигателя значение КПД не остается постоянной величиной. Показатели меняются, быстро достигая пиковой величины (при нагрузке, составляющей примерно 80% от номинальной) и далее постепенно снижаясь. Это объясняется существенным ростом электрических потерь, который наблюдается при нагрузках.

Чтобы повысить среднюю величину КПД, необходимо снизить потери мощности. Для этого существует ряд возможностей:

• механические потери сокращаются, если использовать современные материалы с более совершенными эксплуатационными характеристиками;
• электрические потери будут ниже, если двигатель работает при малых скольжениях.

Поскольку коэффициент полезного действия является определяющим параметром для экономичности эксплуатации оборудования, в процессе разработки новых моделей электродвигателей конструкторы ставят своей целью минимизировать неизбежные потери мощности и добиться повышения КПД.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

• Справочник электрика
  • Бытовые электроприборы
  • Библиотека электрика
  • Инструмент электрика
  • Квалификационные характеристики
  • Книги электрика
  • Полезные советы электрику
  • Электричество для чайников
• Справочник электромонтажника
  • КИП и А
  • Полезная информация
  • Полезные советы
  • Пусконаладочные работы
• Основы электротехники
  • Провода и кабели
  • Программа профессионального обучения
  • Ремонт в доме
  • Экономия электроэнергии
  • Учёт электроэнергии
  • Электрика на производстве
• Ремонт электрооборудования
  • Трансформаторы и электрические машины
  • Уроки электротехники
  • Электрические аппараты
  • Эксплуатация электрооборудования
• Электромонтажные работы
  • Электрические схемы
  • Электрические измерения
  • Электрическое освещение
  • Электробезопасность
  • Электроснабжение
  • Электротехнические материалы
  • Электротехнические устройства
  • Электротехнологические установки

Потери энергии и кпд асинхронных двигателей

В электронном движке при преобразовании 1-го вида энергии в другой часть энергии пропадает в виде теплоты, рассеиваемой в разных частях мотора. В электронных движках имеются энергопотери 3-х видов: утраты в обмотках , утраты в стали и механические утраты . Не считая того, имеются малозначительные дополнительные утраты .

Энергопотери в асинхронном движке разглядим с помощью его энергетической диаграммы (рис. 1). На диаграмме Р1 — мощность, подводимая к статору мотора из сети. Основная часть Рэм этой мощности, за вычетом утрат в статоре, передается электрическим методом на ротор через зазор. Рэм именуется электрической мощностью.

Рис. 1. Энергетическая диаграмма мотора

Утраты мощности в статоре складываются из утрат мощности в его обмотке P об1 = m1 х r1 х I1 2 и утрат в стали P с1 . Мощность P с1 является потерями на вихревые токи и на перемагничивание сердечника статора.

Утраты в стали имеются и в сердечнике ротора асинхронного мотора, но они невелики и могут не приниматься во внимание. Это разъясняется тем, что скорость вращения магнитного потока относительно статора n0 во много раз больше скорости вращения магнитного потока относительно ротора n0 — n , если скорость вращения ротора а синхронного мотора n соответствует устойчивой части естественной механической свойства.

Механическая мощность асинхронного мотора Рмх, развиваемая на валу ротора, меньше электрической мощности Рэм на значение мощности P об2 утрат в обмотке ротора:

Рмх = Рэм — P об2

Мощность на валу мотора:

где p мх — мощность механических утрат, равная сумме утрат на трение в подшипниках, на трение крутящихся частей о воздух (вентиляционные утраты) и на трение щеток о кольца (для движков с фазным ротором).

Электрическая и механическая мощности равны:

Рэм = ω0 M , Рмх = ω M ,

где ω0 и ω — синхронная скорость и скорость вращения ротора мотора; М — момент, развиваемый движком, т. е. момент, с которым крутящееся магнитное поле действует на ротор.

Из этих выражений следует, что мощность утрат в обмотке ротора:

либо P об2 = s х P эм

В случаях, когда понятно активное сопротивление г2 фазы обмотки ротора, утраты в этой обмотке могут быть найдены также из выражения P об2 = m 2х r 2х I2 2 .

В асинхронных электродвигателях имеются также дополнительные утраты, обусловленные зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в разных конструктивных узлах мотора и другими причинами. При полной нагрузке мотора утраты P д принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

Коэффициент полезного деяния (КПД) асинхронного мотора:

η = P2 / P1 = (P1 — (P об — P с — P мх — P д) ) / P1,

где Роб = P об 1 + Роб2 — суммарная мощность утрат в обмотках статора и ротора асинхронного мотора.

Так как общие утраты зависят от нагрузки, то и КПД асинхронного мотора является функцией нагрузки.

На рис. 2, а дана кривая η = f (Р/Рном), где Р/Рном — относительная мощность.

Рис. 2. Рабочие свойства асинхронного мотора

Асинхронный электродвигатель конструируется так, чтоб максимум ее коэффициента полезного деяния η max имел место при нагрузке, несколько наименьшей номинальной. КПД мотора довольно высок и в широком спектре нагрузок (рис. 2, а). Для большинства современных асинхронных движков КПД имеет значение 80 — 90%, а для массивных движков 90-96%.

КПД асинхронного двигателя

При рассмотрении способов регулирования скорости на рис. 10-29 была приведена энергетическая диаграмма асинхронного двигателя. Подводимая к двигателю мощность

Если из Р₁ вычесть все потери в двигателе, то полезная мощность на валу

где Р₀₁ — потери в обмотке статора;

Р_ст1 — потери в стали статора; Р₀₂ — потери в обмотке ротора; Р _мех — потери на трение. Потерями в стали ротора можно пренебречь, так как частота f₂ близка к нулю.

Рис. 10-37. Рабочие, характеристики асинхронного двигателя.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя, приведенные на рис. 10-37, сходны с характеристиками двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Электрические машины строятся так, что максимум к. п. д. наступает при номинальной нагрузке или близкой к ней.

УЛУЧШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ СЕТЕЙ, ПИТАЮЩИХ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

Все установки, использующие электрическую энергию переменного тока, должны, по возможности, работать при cos φ, близком к единице. На рис; 10-38 показана однолинейная схема электропередачи энергии от пункта питания 1 к асинхронным двигателям 3 через трансформатор 2.

Рис. 10-38. Схема улучшения cos φ в сети.

Известно, что в проводах электропередачи 4 протекает ток I = √(I 2 _a + I 2 _р), показанный на рис. 10-39. Слагающая тока I_а пропорциональна активной мощности Р, а реактивная слагающая I_р необходима для поддержания электромагнитных полей трансформатора и двигателей. Ток I_р со вершенно необходимей остается практически неизменным независимо от того, какая активная мощность Р передается по проводам. Если эта мощность, а следовательно, и ток I_а велики, то угол φ _х мал, a cos φ ₂ велик и использование электропередачи хорошее. Когда двигатели недогружены, I_асильно уменьшен и падает почти до величины I_{а х}, угол φ возрастает, a cos φ становится близким к cos φ _х. Ток холостого хода I_х ≈ I_р достигает 10% I_н в трансформаторах и 40% I_н в асинхронных двигателях, поэтому использование передачи будет плохим. Таким образом, полная нагрузка асинхронных двигателей является необходимым условием их эксплуатации.

Рис. 10-39. Векторная диаграмма улучшения cos φ в сети.

Иногда при тяжелых пусках асинхронный двигатель приходится выбирать завышенной мощности и он работаете не догрузкой. Тогда, еслиР₂ ≤ (40—45)% Р_2н и статор нормально соединен в треугольник, его возможно пересоединить в звезду. Активная мощность, а значит и активный ток остаются неизменными, а реактивный ток уменьшается примерно в 3 раза и cos φ возрастает.

Ранее было указано, что увеличение cos φ возможно путем включения конденсаторов в точке 5 или лучше 6 сети (рис. 10-38). Однако при больших реактивных тока больший эффект дают синхронные компенсаторы.

Статья на тему КПД асинхронного двигателя