Данная статья посвящена исследованию ключевых аспектов эффективности электродвигателя, которые находятся под контролем пользователя. 2/3 всей вырабатываемой электроэнергии, потребляются электродвигателями, которые используются в различном оборудовании на промышленных площадках всего мира. Электродвигатели развиваются на протяжении последних 150 лет. Не смотря на то, что существует большой выбор из различных конструкций двигателей (например синхронные, асинхронные или постоянного тока), наиболее используемым в промышленности на сегодняшний день является асинхронный электродвигатель переменного тока, т.к. является более надежным. Также асинхронный электродвигатель предпочтительнее при использовании частотного преобразователя. Достаточно высокая эффективность в сочетании с простотой изготовления, высокой надежностью и низкой ценой делает его самым широко-применяемым типом двигателя по всему миру. На рисунке 1 показана обычная компоновка асинхронного электродвигателя с тремя обмотками статора, которые расположены вокруг сердечника. Обмотка ротора состоит из медных или алюминиевых стержней, торцы которых накоротко замкнуты кольцами. Кольца изолированы от ротора. В подшипниковом узле, как правило, используются шарикоподшипники с консистентной смазкой, за исключением очень больших двигателей. Смазка масляным туманом может значительно увеличить срок службы подшипников. Во всех асинхронных электродвигателях используется трехфазный ток, за исключением самых маленьких промышленных процессов (ниже 2 л.с.). Для запуска фазных двигателей необходимы другие средства, такие как щетки или конденсаторный пуск (использование конденсатора во время пуска). Проблема эффективности двигателя При использовании электродвигателя в качестве привода насоса потери энергии и падение давления в результате неэффективности насоса обычно гораздо больше, чем потери энергии связанные с неэффективностью электродвигателя, но они не являются незначительными. Оптимизация эффективности электродвигателя насоса может обеспечить реальную экономию стоимости рабочего цикла на протяжении всего срока службы насоса/электродвигателя. Ключевыми факторами, которые влияют на эффективность асинхронного двигателя являются: Как показано на рисунке 2, эффективность асинхронного электродвигателя изменяется вместе с относительной нагрузкой на электродвигатель по сравнению с номинальной характеристикой. Вплоть до нагрузки в 50% эффективность большинства электродвигателей остается линейной и для некоторых электродвигателей достигает пика у отметки 75%. Электродвигатели могут работать при нагрузке меньше 50% только в течение короткого промежутка времени и не могут эксплуатироваться при нагрузках меньше 20% от номинальных. Таким образом, когда отрегулированные рабочие колеса или насосы возвращаются к своим кривым "напор-подача", необходимо оценить воздействие относительной нагрузки на электродвигатель. Скорость вращения На рисунке 2 также показано влияние скорости вращения на максимально-достижимую эффективность. 4-х полюсный электродвигатель при номинальных 1800 об/мин выходит на самый высокий КДП, а 2-х полюсный при номинальных 3600 об/мин дает низкую эффективность. Таким образом, хотя насосы с номинальной частотой вращения 3600 об/мин могут быть более эффективными (и иметь низкую закупочную стоимость), чем насосы со скоростью вращения 1800 об/мин, электродвигатели последних могут быть более эффективными, плюс эти насосы, как правило, имеют более низкий NPSHR и энергию всасывания, не говоря уже о более длительном сроке службы. Также следует отметить, что номинальная мощность электродвигателя влияет на его эффективность, большие электродвигатели имеют большую эффективность, чем малые. Скорость вращения асинхронного электродвигателя Синхронная скорость вращения асинхронного электродвигателя рассчитывается по следующей формуле: n = 120*f/pгде:n = скорость вращения в об/минf = частота питающей сети (Гц)p = количество полюсов (min = 2) Для регулирования частоты вращения электродвигателя без использования внешних механических устройств необходимо регулировать напряжение и частоту подаваемого тока. Некоторые электродвигатели могут быть изготовлены с несколькими обмотками (количество полюсов) для достижения двух или более различных скоростей вращения. Асинхронные электродвигатели вращаются со скоростью, которая меньше скорости вращения магнитного поля (на 1-3% при полной нагрузке). Разница между фактической и синхронной частотой вращения называется скольжением. Для новых более энергоэффективных электродвигателей скольжение имеет тенденцию уменьшаться в отличие от старых электродвигателей с обычным КПД. Это означает, что при заданной нагрузке энергоэффективные электродвигатели работают немного быстрее. На рисунке 3 изображен пример возможного повышения эффективности, когда старый электродвигатель с обычной эффективностью заменяется новым, имеющим более высокий КПД. Как упоминалось ранее, электродвигатели с высоким КПД работают с меньшим скольжением, что дает некоторое увеличение скорости вращения, а следовательно напор насоса и производительность становятся несколько больше. Однако, использование электродвигателей с высоким КПД в некоторых (с изменением подачи) процессах будет не оправданно, из-за большей скорости вращения (и напора насоса), до тех пор пока существующие электродвигатели по-прежнему слабо загружены (работающие с низким КПД). Т.к. входная мощность на валу насоса пропорциональна скорости в кубе, простая замена старого электродвигателя новым с высоким КПД не обязательно приведет к снижению потребления энергии. С другой стороны, если немного большая подача и напор для насоса - это хорошо, замена старого электродвигателя с обычным КПД на новый с высоким КПД может быть оправдана. Коэффициент мощности электродвигателя Другая проблема, которая входит в игру с характеристиками асинхронного электродвигателя (которая имеет косвенное влияние на энергопотребление) называется "Коэффициент Мощности". Некоторые коммунальные предприятия обязывают клиентов платить дополнительные сборы за низкие значения коэффициентов мощности. Потери в сети происходят за счет того, что при меньшем коэффициенте мощности требуется большее количество тока, что приводит к серьезным потерям энергии. Как и КПД, коэффициент мощности электродвигателя также снижается с уменьшением нагрузки на него практически по линейному закону приблизительно до 50% нагрузки. Определение коэффициента мощности:Фазовый сдвиг (задержка) синусоидальной волны тока от синусоиды напряжения, который выбарабывает меньшее количество полезной мощности.Сдвиг, вызванный необходимым током намагничивания двигателяPF = Pi/KVAГде:KVA = VxIx(3)0.5/1,000 Нижняя формула показывает, как коэффициент мощности влияет на входную мощность трехфазного электродвигателя (кВт). Обратите внимание, что чем ниже коэффициент мощности (больший сдвиг фазы ток-напряжение VA), тем меньше входная мощность при данном входном токе и напряжении.Где:Pi = VxIxPF(3)0.5/1,000 Pi= трехфазный вход кВтV= среднеквадратичное напряжение (среднее от 3 фаз)I= среднеквадратичное значение силы тока в амперах (берется от 3 фаз)PF= коэффициент мощности в виде дроби Хотя коэффициент мощности не влияет напрямую на КПД электродвигателя, он оказывает влияние на потери в сети, как это упоминалось выше. Однако, есть способы увеличения PF (коэффициента мощности), а именно: ВыводыТаким образом, когда вы пытаетесь сократить энергопотребление насосных систем не забывайте о КДП электродвигателя и факторах, перечисленных выше, которые на него влияют. www.fluidbusiness.ru От количества витков обмотки и электротехнической стали... 0 ответ написан 6месяцев назад 0 комментариев Войдите что бы оставлять комментарии а я каким языком отвечаю, персидским? 2.3. Получение вращающегося магнитного поля Условия получения: наличие не менее двух обмоток; токи в обмотках должны отличаться по фазе оси обмоток должны быть смещены в пространстве. В трёхфазной машине при одной паре полюсов (р=1) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 120°, при двух парах полюсов (р=2) оси обмоток должны быть смещены в пространстве на угол 60° и т. д. Рассмотрим магнитное поле, которое создаётся с помощью трёхфазной обмотки, имеющей одну пару полюсов (р=1) (рис. 2.7). Оси обмоток фаз смещены в пространстве на угол 120° и создаваемые ими магнитные индукции отдельных фаз (BA, BB, BC) смещены в пространстве тоже на угол 120°. Магнитные индукции полей, создаваемые каждой фазой, как и напряжения, подведённые к этим фазам, являются синусоидальными и отличаются по фазе на угол 120°. Приняв начальную фазу индукции в фазе А (φA) равной нулю, можно записать: Магнитная индукция результирующего магнитного поля определяется векторной суммой этих трёх магнитных индукций. . Найдём результирующую магнитную индукцию (рис. 2.8) с помощью векторных диаграмм, построив их для нескольких моментов времени. а) При t=0 б) При в) При Рис. 2.8 Как следует из рис. 2.8, магнитная индукция B результирующего магнитного поля машины вращается, оставаясь неизменной по величине. Таким образом, трёхфазная обмотка статора создаёт в машине круговое вращающееся магнитное поле. Направление вращения магнитного поля зависит от порядка чередования фаз. Величина результирующей магнитной индукции . Частота вращения магнитного поля n0 зависит от частоты сети f и числа пар полюсов магнитного поля р. n0 = (60 f) / p, [об/мин] . Обратите внимание, что частота вращения магнитного поля не зависит от режима работы асинхронной машины и её нагрузки. При анализе работы асинхронной машины часто используют понятие о скорости вращения магнитного поля ω0, которая определяется соотношением: ω0 = (2 π f) / p = π n0 / 30, [рад/сек]. 0 ответ написан 6месяцев назад 0 комментариев Войдите что бы оставлять комментарии Мощность электродвигателя зависит от ряда условий. Прежде всего при конструировании стремятся к уменьшению воздушного зазора между якорем и электромагнитом. В промышленных электродвигателях этот зазор достигает 0,3—0,4 миллиметра. Мощность электродвигателя зависит также от толщины провода, которым производится обмотка якоря и электромагнита. Чем толще будет взят провод для обмотки, тем больший ток будет потреблять электродвигатель. При большем токе он развивает и большую мощность. Кроме того, мощность электродвигателя зависит от конструкции корпуса электромагнита и от конструкции якоря. 0 ответ написан 6месяцев назад 0 комментариев Войдите что бы оставлять комментарии science.ques.ru Бывает, что мощности электродвигателя недостаточно для обеспечения запуска и работы какого-либо устройства. Как увеличить мощность электродвигателя? Прежде всего, следует знать причину: почему не хватает мощности - а она кроется в параметрах тока, протекающего по обмоткам агрегата. Следовательно, нужно увеличить его значение, либо включив двигатель в сеть большей частоты (если это устройство переменного тока), либо внеся некоторые конструктивные изменения (при включении в бытовую сеть). Ниже мы рассмотрим последний случай. Итак, для проведения работ вам следует «вооружиться»: Сначала необходимо подключить электродвигатель к имеющемуся у вас источнику тока и изменяемой ЭДС и увеличить ее значение. Напряжение в обмотках должно увеличиваться соответственно и поравняться со значением ЭДС (если не принимать во внимание потери в подводящих проводниках, но они незначительны). Для расчета увеличения мощности двигателя определите значение увеличения напряжения и возведите эту цифру в квадрат. Например, если напряжение на обмотках выросло в два раза (со 110В до 220В), мощность двигателя увеличилась в четыре раза. Иногда самый рациональный способ повысить мощность электродвигателя – перемотать обмотку. Во многих моделях это медный проводник. Вам следует взять провод из того же материала и той же длины, но большего сечения. Мощность двигателя (и ток в проводе) увеличатся во столько же раз, во сколько снизится сопротивление обмотки. Следите за тем, чтобы напряжение на обмотках оставалось неизменным. Расчет в этом случае тоже достаточно прост. Разделите большую цифру сечения провода на меньшую. Если провод сечением 0.5 мм заменен проводом сечением 0.75 мм, показатель мощности вырастает в 1.5 раза. Если вы включаете асинхронный трехфазный двигатель в однофазную бытовую сеть, на первую обмотку подается фаза, на второй фаза сдвигается конденсатором, на третьей сдвиг фаз отсутствует. Именно последняя обмотка создает момент вращения в противоположном направлении (тормозящий момент). Увеличить полезную мощность двигателя в этом случае можно путем отключения третьей обмотки. Это приведет к исчезновению тормозящего момента, генерируемого при работе всех обмоток, и, соответственно, повышению мощности. Данный метод удобен в том случае, когда одна обмотка у двигателя уже сгорела – двух оставшихся вам вполне хватит для подключения и обеспечения работы агрегата. Еще лучшего результата вы достигнете, поменяв местами выводы третьей обмотки и создав таким образом момент вращения в правильном направлении. В этом случае двигатель «выдаст» более 50% мощности от номинала. Эту обмотку рекомендуется подключать через конденсатор с правильно подобранной емкостью. У асинхронного двигателя переменного тока мощность можно увеличить, присоединив к нему частотный преобразователь, который повысит частоту переменного тока в обмотках. Значение мощности в этом случае фиксируется с помощью тестера, поставленного на режим ваттметра. Существует два вида преобразователей частоты, отличающиеся принципом работы и устройством: Произведя необходимые расчеты и выбрав наиболее эффективный в вашем случае способ, вы сможете заставить двигатель работать с нужной вам мощностью. Не забывайте о мерах предосторожности. Увеличение оборотов электродвигателя также ведет к повышению его мощности. При выборе способа увеличения оборотов учитывайте тип агрегата, особенности модели и область ее применения. Для повышения частоты вращения коллекторного двигателя следует или уменьшить нагрузку на вал, или увеличить напряжение питания. Обратите внимание на следующие нюансы: Вышеуказанный способ подходит и для электродвигателей с электронным управлением обмотками (в них используется обратная связь), поскольку их свойства очень схожи с коллекторными моделями (главное различие – невозможность осуществления реверса путем переполюсовки). Все перечисленные ограничения должны соблюдаться при работе с двигателями данного типа. В асинхронном двигателе, подключаемом непосредственно к сети, частоту вращения регулируют, изменяя напряжение питания. Этот способ не слишком эффективен, поскольку коэффициент полезного действия сильно меняется из-за нелинейного характера зависимости скорости от напряжения. К синхронному двигателю данный метод применять нельзя. Трехфазный инвертор позволяет регулировать обороты электродвигателей обоих типов (синхронного и асинхронного). Прибор должен обеспечивать уменьшение напряжения при снижении частоты. Зная, как сделать мощнее электродвигатель, вы сможете заставить оборудование, к которому он подключен, работать с гораздо большей эффективностью и КПД. Естественно, перед началом работ следует четко представлять себе номинальную мощность двигателя. Данные можно найти в паспорте или на табличке, прикрепленной к корпусу агрегата. Если они отсутствуют (или не читаемы), воспользуйтесь одним из способов определения мощности, описанных в предыдущих статьях. Работая с электродвигателем, соблюдайте правила техники безопасности. Не допускайте его перегрева и следите, чтобы он эксплуатировался в подходящих условиях. При поломке агрегата или первых признаках неисправности проведите технический осмотр и устраните неполадки. Если проблема слишком серьезная, и вы не можете справиться с ней самостоятельно, обратитесь к специалисту. Срок службы двигателя зависит от множества факторов, но в ваших силах свести к минимуму возможность поломки и сделать так, чтобы устройство работало долго и эффективно. www.szemo.ru Поэтому стараются подобрать ЭД таким образом, чтобы Рном=Кзап*Рэф. При этом эффективная мощность определяется при помощи нагрузочной характеристики, а коэффициент запаса вводится с учетом неточности графика нагрузочной характеристики. Последовательность выбора мощности ЭД: 1. Предварительный выбор мощности: заключается в анализе нагрузочной диаграммы и выборе Кзап. 2. Проверка правильности предварительного выбора по тепловому режиму. Производится с помощью точного анализа. 3. Проверяется по возможности запуска. 4.Проверка правильности выбора по кратковременной механической нагрузки. 5. Выбор мощности двигателя для продолжительного режима: А) при постоянной нагрузке. В этом случае предварительный расчет мощности не требуется, а определяется эффективная мощность механизма с использованием точных или эмпирических выражений, которая в дальнейшем сравнивается с номинальной мощностью двигателя. Существуют определенные формулы для расчета эффективной мощности различных типов механизмов. Если Рэф < Рном, то двигатель выбран правильно. Причем в этом случае это соотношение является критерием правильности выбора и по нагреву, и по условиям правильности пуска, и по критериям качества. Для любых режимов с изменяющейся нагрузкой выбор мощности представляет собой значительно более сложную задачу и состоит из нескольких стадий, главной из которых является проверка правильности выбора по нагреву. При этом для любого режима наиболее точным методом такой проверки является построение кривой нагрева реального двигателя с учетом его режима с последующим сравнением tуст < tдоп . Б) при переменной нагрузке. Последовательность выбора мощности двигателя: 1. Предварительно выбирается двигатель, для чего сравнивают среднее арифметическое значение мощности по нагрузочной диаграмме с номинальной мощностью по каталогу. 2. Производят проверку правильности выбора двигателя по нагреву. Эту проверку можно осуществить с помощью метода универсальных потерь, поскольку расчет и построение кривых нагрева является сложной и не всегда решаемой задачей. По заданному графику нагрузки определяются средние потери мощности за рабочий цикл двигателя DРср, которые в дальнейшем сравниваются с номинальными потерями мощности в двигателе. DР1,DР2,…,DРn - потери мощности на каждом участке нагрузочной диаграммы; hi - КПД на i-ом участке нагрузочной диаграммы 3. Проверка правильности выбора по условиям пуска (по возможности запуска). Для этого Мпуска ³ М1, если не выполняется, то выбирают двигатель либо с улучшенными пусковыми свойствами, либо большей мощности. 4. Производят проверку двигателя по кратковременной механической перегрузке. Для этого критический момент двигателя по его паспорту сравнивают с максимальным моментом по его диаграмме. Если условие 4 выполняется, то двигатель выбран правильно, если не выполняется, то выбирается двигатель или с большей перегрузочной способностью или с большей мощностью. Однако несмотря на то, что метод средних потерь является достаточно точным и универсальным, т.е. может быть применен для любого типа двигателя, возникают некоторые затруднения. Поэтому в инженерных расчетах чаще всего применят менее точные и универсальные методы эквивалентных величин, к которым относят: А) метод эквивалентных токов Б) метод эквивалентных моментов В) метод эквивалентных мощностей. Метод эквивалентных токов: Основан на том, что реальный ток, соответствующий нагрузочной диаграмме и соответственно изменяющийся, заменяется неким эквивалентным током, который за рабочий цикл выделяет в двигателе такое же количество тепла, что и реально изменяющийся ток. При этом потери мощности в двигателе: 1. Предварительно выбирают двигатель по нагрузочной диаграмме; 2. Проверка правильности выбора по нагреву: Iном ³ Iэкв; 3. Проверяется возможность пуска 4. Перегрузочная способность. Метод эквивалентных токов среди всех методов является более универсальным и может быть использован для любого типа двигателя. Метод эквивалентных моментов: Основан на пропорциональности электромагнитного момента двигателя току: M=KФI; M º I. Критерий правильности выбора двигателя Мном ³ Мэкв. Метод эквивалентных мощностей: Основан на пропорциональной зависимости мощности от момента: Р=М×w, Р º М. Критерием правильности выбора является: Рном ³ Рэкв. Из всех перечисленных методов метод эквивалентных мощностей является наименее точным и применяется только для ДПТ с НВ. Выбор мощности двигателя для кратковременного режима: Серийно выпускаются двигатели, в паспорте которых задается номинальная длительность включения 10, 30, 60, 90 минут. Кроме того задается КПД при работе в кратковременном режиме и Ркр; в продолжительном hпр и Рпр. Если этот двигатель использовать в продолжительном режиме, то необходимо уменьшить нагрузку. Введем понятие о коэффициенте тепловой перегрузки двигателя: Последовательность выбора: В паспорте серийно выпускаемых двигателей для кратковременного режима S2 кроме времени включения указывается мощность при работе в кратковременном режиме, КПД при работе в кратковременном режиме, мощность и КПД в продолжительном режиме. 1. Определяют DРкр и DРпр: DРкр=Ркр*(1-hкр)/hкр; DРпр=Рпр*(1-hпр)/hпр; 2. Определяют коэффициент термической перегрузки: Рт=DРкр/DРпр. 3. Тн=tр/(ln(1-Рт)/Рт). Подставляя tр из паспорта и коэффициент термической перегрузки из предыдущего пункта, находим постоянную времени нагрева Тн, с помощью которой можно легко построить кривую нагрева двигателя и по этой кривой выбрать мощность двигателя. Выбор мощности двигателя для повторно - кратковременных режимов работы: Для режимов S4 и S5 обычно применяют двигатели серийно выпускаемые для режима S3 со стандартными ПВ%=15;25;40;60% либо двигатели серийно выпускаемые для режима S1. В этом случае при выборе мощности двигателя подразумевается ПВ=100%. Чаще всего в качестве математического аппарата для проверки правильности выбора по нагреву используют метод эквивалентных моментов. При этом в формуле эквивалентного момента введены поправочные коэффициенты, которые имеют обозначение b(), и которые учитывают ухудшение теплоотдачи двигателя во время разгона, торможения, паузы по сравнению с теплоотдачей при работе с w=const. М1 и М3 - средние значения момента за время пуска и торможения; М2 - момент при работе с номинальной угловой скоростью. Последовательность выбора мощности двигателя: 1. По нагрузочной диаграмме ориентировочно выбирается двигатель. 2. Производят проверку правильности выбора по нагреву. Для этого: а) определяют реальную ПВ%: . ПВ%=tр+tп+tт/(tр+tо+tп+tт)100%. По каталогу выбирают ближайшую стандартную ПВ%; б) по нагрузочной диаграмме определяют эквивалентный момент; После этого двигатель проверяют по возможности запуска и кратковременным перегрузкам так же как для S1 с переменной нагрузкой. Мощность и коэффициент полезного действия электродвигателей. От чего зависит мощность электродвигателя
Как повысить эффективность электродвигателя - Fluidbusiness
Большинство насосов приводятся в действие с помощью асинхронных электродвигателей, это означает, что двигатели вносят вклад в общую эффективность насосной системы.
Рисунок 1: Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором
Эффективность электродвигателя при частичной загрузке
Рисунок 2: Эффективность электродвигателя для 100-сильных моторов - Обычные кривые характеристик при нормальном диапазоне нагрузок электродвигателя
Рисунок 3. Эффективность при полной и частичной загрузке двигателя с низким и высоким КПДЭлектродвигатели с высоким КПД
Пусковые конденсаторы электродвигателей являются одним из наиболее поппулярных способов увеличения коэффициента мощности и имеют следующий список преимуществ:
Более высокое напряжение Другим способом повышения КПД электродвигателя является повышение рабочего напряжения. Чем выше напряжение, тем ниже ток и, тем самым будут ниже потери в сети. Однако, высокое напряжение приведет к увеличению цены частотно-регулируемого привода и сделает работу более опасной. 
От чего зависит мощность электромоторов? От чего зависит мощность электромоторов? только ответьте русским языком:)
Как увеличить мощность электродвигателя - ООО «СЗЭМО Электродвигатель»
Как повысить мощность электродвигателя в домашних условиях
Увеличение оборотов электродвигателя
Выбор мощности электродвигателя.
Правильный выбор мощности двигателя для того или иного механизма с учетом его технического режима имеет большое значение для технико - экономических и эксплуатационных показателей. Если при выборе мощность ЭД занижена, то ЭД не обеспечит необходимой надежности и долговечности. Зависимость коэффициента мощности от нагрузки показана на графике. Если выбран ЭД завышенной мощности, т.е. с малым коэффициентом загрузки, то он обладает низкими экономическими и энергетическими показателями.
Пусть нагрузочная диаграмма имеет вид:
Если выполняется условие DРср £ DРном, то двигатель соответствует условиям нагрева.
Последовательность выбора по данному методу:
Чаще всего нагрузочная диаграмма ЭП задается именно в координатах М(t) , поэтому с этой точки зрения метод эквивалентных моментов является более удобным. Однако точная пропорциональная зависимость М(I) характерна только для ДПТ с НВ. Для АД момент кроме того зависит и от коэффициента мощности cosj. Поэтому применительно к АД этот метод не обеспечивает достаточной точности. Используется обычно для АД малой мощности и в линейной части характеристики.
Если изобразить нагрузочную диаграмму и кривую нагрева для двигателя, работающим в кратковременном режиме, то она будет иметь вид:
Рт=DРкр/DРпр=tуст/t¢уст=tуст/tдоп .
b2=1; b0=0,5; b1=b3=0,75.
в) Найденное значение Мэкв приводят к стандартной ПВ% и находят Мэквприв:
г) по каталогу выбирают двигатель, у которого Мном ³ Мэквприв.
Похожие статьи:
poznayka.org
Мощность и коэффициент полезного действия электродвигателей | Полезные статьи
Электрические двигатели имеют высокий коэффициент полезного действия (КПД), но все же он далек от идеальных показателей, к которым продолжают стремиться конструкторы. Все дело в том, что при работе силового агрегата преобразование одного вида энергии в другой проходит с выделение теплоты и неминуемыми потерями. Рассеивание тепловой энергии можно зафиксировать в разных узлах двигателя любого типа. Потери мощности в электродвигателях являются следствием локальных потерь в обмотке, в стальных деталях и при механической работе. Вносят свой вклад, пусть и незначительный, дополнительные потери.
Магнитные потери мощности
При перемагничивании в магнитном поле сердечника якоря электродвигателя происходят магнитные потери. Их величина, состоящая из суммарных потерь вихревых токов и тех, что возникают при перемагничивании, зависят от частоты перемагничивания, значений магнитной индукции спинки и зубцов якоря. Немалую роль играет толщина листов используемой электротехнической стали, качество ее изоляции.
Механические и электрические потери
Механические потери при работе электродвигателя, как и магнитные, относятся к числу постоянных. Они складываются из потерь на трение подшипников, на трение щеток, на вентиляцию двигателя. Минимизировать механические потери позволяет использование современных материалов, эксплуатационные характеристики которых совершенствуются из года в год. В отличие от них электрические потери не являются постоянными и зависят от уровня нагрузки электродвигателя. Чаще всего они возникают вследствие нагрева щеток, щеточного контакта. Падает коэффициент полезного действия (КПД) от потерь в обмотке якоря и цепи возбуждения. Механические и электрические потери вносят основной вклад в изменение эффективности работы двигателя.
Добавочные потери
Добавочные потери мощности в электродвигателях складываются из потерь, возникающих в уравнительных соединениях, из потерь из-за неравномерной индукции в стали якоря при высокой нагрузке. Вносят свой вклад в общую сумму добавочных потерь вихревые токи, а также потери в полюсных наконечниках. Точно определить все эти значения довольно сложно, поэтому их сумму принимают обычно равной в пределах 0,5-1%. Эти цифры используют при расчете общих потерь для определения КПД электродвигателя.
КПД и его зависимость от нагрузки
Коэффициент полезного действия (КПД) электрического двигателя это отношение полезной мощности силового агрегата к мощности потребляемой. Этот показатель у двигателей, мощностью до 100 кВт находится в пределах от 0,75 до 0,9. для более мощных силовых агрегатов КПД существенно выше: 0,9-0,97. Определив суммарные потери мощности в электродвигателях можно достаточно точно вычислить коэффициент полезного действия любого силового агрегата. Этот метод определения КПД называется косвенным и он может применяться для машин различной мощности. Для маломощных силовых агрегатов часто используют метод непосредственной нагрузки, заключающийся в измерениях потребляемой двигателем мощности.
КПД электрического двигателя не является величиной постоянной, своего максимума он достигает при нагрузках около 80% мощности. Достигает он пикового значения быстро и уверенно, но после своего максимума начинает медленно уменьшаться. Это связывают с возрастанием электрических потерь при нагрузках, более 80% от номинальной мощности. Падение коэффициента полезного действия не велико, что позволяет говорить о высоких показателях эффективности электродвигателей в широком диапазоне мощностей.
cable.ru
Основания для выбора мощности электродвигателя
Для обеспечения надежной и экономичной работы системы электропривода необходимо произвести выбор электродвигателя правильно. Электрическая машина должна иметь мощность, которая строго соответствует ожидаемой нагрузке, а также режиму работы электропривода. Электропривод довольно сильно распространен в промышленности, имеет большое множество условий работы и требований рабочих машин, что делает выбор мощности электродвигателя не легкой задачей.
Завышение мощности электрической машины не является выходом из ситуации. Это связано с тем, что помимо излишних экономических затрат на завышенную мощность вырастают и габариты электродвигателя, его масса, ухудшаются энергетические показатели системы (машина работает с пониженным КПД), а в случае асинхронных электродвигателей с низким коэффициентом мощности cosφ увеличивается потребление реактивной мощности, что в свою очередь создает дополнительные проблемы. Занижение мощности то же не выход, так как это приведет к повышению температуры изоляции обмоток, соответственно срок службы машины существенно снижается.
Даже если выбор электрической машины осуществлен правильно, то в процессе работы могут возникать кратковременные толчки нагрузки (резкое увеличение момента сопротивления), которые могут значительно превосходить номинальную мощность электромашины. Однако, каждый тип электрической машины имеет свои факторы электрического происхождения, которые даже при кратковременной перегрузке (если она превзойдет определенный предел) могут вызвать нарушение нормальной работы механизма. При выборе электродвигателя необходимо руководствоваться двумя основными факторами – мгновенной перегрузкой и нагревом.
Выбор мощности двигателя по нагрузке
Для этого необходимо определить номинальный момент из условия:
Где: Ммакс – требуемый механизмом максимальный перегрузочный момент;
λм – перегрузочный коэффициент по моменту;
Если за исходную величину принимают ток, то выражение примет вид:
Перегрузочная способность машин постоянного тока
Для машин постоянного тока также необходимо учитывать и условия коммутации на коллекторе. Результирующая ЭДС, индуктируемая в коммутируемых секциях – фактор, вызывающий искрение в ДПТ:
Где: ер – ЭДС реактивная — коммутируемой секции;
ек – ЭДС коммутирующая. Создается потоком добавочных полюсов;
ет – ЭДС трансформаторная — индуктируется меняющимся магнитным потоком главных полюсов;
Приближенно можно считать, что искрообразование на коллекторе будет одинаковым при различных скоростях работы электродвигателя, если будет соблюдаться условие nIя=const.
Для ДПТ крановых приводов и металлургических типа МП перегрузочная способность по моменту составляет:
Для длительного режима работы перегрузочная способность ДПТ должна быть не ниже чем 2,5. По току перегрузочную способность можно охарактеризовать:
Также необходимо учесть и то, что у двигателей последовательного и смешанного
возбуждения перегрузочная способность по моменту все же выше, чем по току. Это обусловлено усилением магнитного потока из – за последовательной обмотки возбуждения:
Где:
Перегрузочная способность асинхронных машин
Эта способность асинхронных электродвигателей ограничивается моментом критическим Мк. ГОСТ определяет на асинхронные металлургические и крановые трехфазные электроприводы λ>2,3. λ=1,7-2,2 для машин длительного режима работы.
Для асинхронных машин общепромышленной серии длительного режима работы λ:
- Для электродвигателей с фазным ротором – не менее 1,8;
- С короткозамкнутым – 1,65;
Также необходимо помнить и то, что моменты критические и пусковые асинхронной машины напрямую зависят от питающего напряжения. Поэтому необходимо учитывать возможную просадку напряжения в сети до 0,9Uном и в расчетах нужно брать 0,8 перегрузочной способности, приведенной выше.
Перегрузочная способность синхронных машин
У синхронных электромашин такая мгновенная способность примерно равна 2,5-3. За счет форсирования возбуждения можно повысить до 3,5 и даже до 4,0.
Для трехфазных коллекторных электроприводов эта величина сильно зависит от скорости вращения электродвигателя и условий его коммутации. В среднем ее принимают равной порядка λм = 1,5-2.
Изолирующие материалы
Они определяют как и технико-экономические характеристики машины, так и ее надежность работы. Так как нагревостойкость изоляционных материалов относительно невелика, то ее нагрев ограничивает мощность электропривода. Технико-экономические соображения требуют, чтоб при нормальной эксплуатации срок службы изоляции составлял не менее 15-20 лет. По теплостойкости изоляции ее разделяют на:
В связи с тем, что условия работы электрических машин довольно разнообразны в отношении окружающей среды ГОСТ предлагает номинальные данные машины относить к тому случаю, когда температура окружающей среды равна 40 С0. Соответственно устанавливаются предельно допустимые значения перегрева над температурой окружающей среды для различных типов изоляции. Максимально допустимую температуру изоляции ϑизол можно представить как сумму температур окружающей среды и допустимого перегрева:
Где: ϑ0 – температура окружающей среды;
τиз – максимальный перегрев изоляции;
Как показывает практика – даже незначительный перегрев электродвигателя приводит к резкому сокращению срока его службы:
Как мы можем увидеть из графика, что для класса А повышение рабочей температуры с 950 до 1050 снижает срок службы электромашины с 15 до 8 лет, что примерно в два раза.
При экспериментальном определении температуры обмоток используют несколько методов – метод термометра (пирометра), метод сопротивлений – при его использовании нагрев определяют по изменению омического сопротивления обмоток, а также метод температурных детекторов (термопары и прочие).
Результат, полученный в ходе измерений, будет довольно сильно зависеть от метода, который был выбран. Применение термометров (пирометров) довольно просто, при использовании дают довольно точный результат, но не позволяют измерять внутреннюю температуру обмоток. При использовании метода сопротивления – получим усредненный результат перегрева и не более. Температурные детекторы дают наиболее точный результат измерений, но только в местах их закладки.
elenergi.ru
Поделиться с друзьями: