Втрати потужності та енергетичні характеристики електричних машин
Процес перетворення енергії в будь електричної машині завжди супроводжується втратами, що виділяються у вигляді тепла. Втрати зазвичай поділяють на основні та додаткові. До основних відносять електричні, магнітні і механічні втрати.
До електричних втрат? Ре відносять втрати в обмотках? Рео і в перехідних опорах щіткових контактів? Рещ. Потужність втрат, що йде на нагрів обмоток? Pео, визначається законом Джоуля, відповідно до якого в загальному випадку для m – фазною машини при струмі у фазі I і її розрахунковому опорі R (при температурі 75 ° С).
Механічні втрати? Рмех складаються з втрат на тертя щіток про колектор або контактні кільця, втрат на тертя в підшипниках і вентиляційних втрат. Кожна з цих складових втрат залежить від конкретного виконання машини і визначається окремо. Зокрема вентиляційні втрати визначаються конструкцією машини і прийнятою системою вентиляції (з самовентиляцією, з незалежною вентиляцією тощо). Найбільш складно піддаються розрахунку втрати в підшипниках та вентиляційні втрати. Найчастіше їх визначають за результатами заводських випробувань машин, близьких за розмірами і частотам обертання.
Можна вважати, що функціонально механічні втрати не залежать від навантаження і пропорційні квадрату швидкості обертання. Так, в машинах постійного струму потужністю від 10 до 500 Вт механічні втрати становлять від 2 до 0,5% номінальної потужності.
Додаткові втрати? Рдоб обумовлені вторинними явищами в електричній машині (нерівномірним магнітним полем в повітряному зазорі, вихровими струмами в кріпильних деталях і т. п.). Додаткові втрати зазвичай враховують тільки в крупних електричних машинах. Зазвичай приймають, що додаткові втрати в загальнопромислових серіях машин становлять близько 1% номінальної потужності.
Усі втрати, які виділяються в електричній машині? Р?, умовно ділять на постійні K і змінні V, тобто? Р? = K + V. Постійні втрати не залежать або слабо залежать від навантаження. До них зазвичай відносять механічні втрати і втрати в сталі. Електричні втрати, що залежать від навантаження (від струму в силовому ланцюзі двигуна), відносять до змінних втрат. Якщо? Рещ малі або відсутні, то можна вважати, що змінні втрати пропорційні квадрату струму, тобто V = СI2.
Для виключення надмірного нагріву машин через що виділяються в них втрат ис-користуються спеціальні системи охолодження із застосуванням тих чи інших теплоносіїв (найчастіше повітря), причому з ростом потужності машини умови охолодження погіршуються. Перегрів машини призводить до прискореного старіння її ізоляції і скорочення терміну служби. Способи охолодження залежать від конструктивного виконання машин. Найбільш типовими виконаннями є: відкриті машини, що не мають спеціальних пристосувань для запобігання потрапляння сторонніх предметів всередину машини (використовуються в машинних залах, лабораторіях); захищені – з такими пристосуваннями (можуть використовуватися і на відкритому повітрі); закриті машини з повністю відокремленим внутрішнім простором від зовнішнього середовища (використовуються в запорошених, вибухонебезпечних, з підвищеною вологістю і т. п. приміщеннях).
Вентиляція машин може бути природною, коли рух охолоджуючого повітря створюється в результаті обертання самої машини (у відкритих машинах) і штучної допомогою вентилятора. Причому, вентилятор може бути встановлений на валу самої машини (самовентиляція), а може приводитися в рух спеціальним пристроєм (незалежна вентиляція).
Зазвичай для найбільш наочного уявлення енергетичних співвідношень в електричних машинах використовують так звані енергетичні діаграми. Як приклад на рис. 8.67 показана енергетична діаграма асинхронного двигуна. Відповідно до цієї діаграмою електромагнітна потужність Рем, що визначається відповідно до (8.39) через електромагнітний момент М і швидкість ідеального холостого ходу?0, відрізняється від споживаної з мережі потужності Р1 на величину електричних? Р1е і магнітних? Р1м втрат в статорі. Відповідно, вихідна механічна потужність Р2 менше електромагнітної потужності Рем на величину електричних? Р2е і магнітних? Р2м втрат в роторі, а також механічних? Рмех і додаткових? Рдоб втрат.
Коефіцієнт корисної дії електричної машини? визначається як відношення корисної потужності Р2 до підведеної Р1. При цьому, в руховому режимі роботи корисна потужність – механічна потужність на валу, а підведена – електрична потужність, споживана з джерела живлення. У генераторному режимі, навпаки, корисною є вироблювана електрична потужність, а підведеної – механічна.
Сучасні електричні машини мають досить високий ККД, який збільшується в міру зростання їх номінальної потужності. Так, у двигунів постійного струму потужністю близько 10 кВт від становить 83 – 87%, а потужністю 100 кВт вже 88 – 93%. Однак в машинах малої потужності, наприклад, близько 10 Вт, він може складати всього 20 – 30%.
Коефіцієнт потужності cos? є одним з найважливіших енергетичних показників електричних машин змінного струму. Він визначається відношенням активної потужності, споживаної з мережі P1 до повної потужності S1. Різниця між цими потужностями, як уже зазначалося, обумовлена??наявністю реактивної потужності Q1, яка частково витрачається на створення основного магнітного поля, за рахунок якого відбувається передача енергії від статора ротора, а частково на створення полів розсіювання статора і ротора.
Чим менше реактивна складова потужності, споживаної з мережі при тій же потужності на валу, тим вище енергетична ефективність роботи електричної машини. Особливо важливий цей показник для основних споживачів електричної енергії в промисловості – асинхронних двигунів, у яких немає окремої обмотки збудження і магнітне поле створюється тільки енергією, споживаної з мережі змінного струму.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)