Потери мощности и КПД машин постоянного тока

КПД машины является отношением полезной выходной мощности Р₂ к подводимой Р₁. Для определения КПД, как правило, применяются косвенные методы, при которых вычисляются потери мощности при нагрузке.

Наиболее просто определяются электрическая мощность на выходе генератора Р₂ и мощность, подводимая к двигателю, Р₁. Поэтому выражения КПД для генераторов и двигателей обычно отличаются друг от друга:

для генераторов ; (27)

для двигателей . (28)

Определение выходной мощности и порядка учета потерь двигателя с параллельным возбуждением показаны на диаграмме (рис. 17).

Потери в цепи якоря двигателя параллельного возбуждения р_м состоит из потерь в сопротивлениях обмотки якоря r_я, обмотки добавочных полюсов r_д.п, компенсационной r_к (при наличии), а также потерь в контакте щетки – коллектор. Сопротивление цепи берется при температуре 75⁰С, падение напряжения в контакте щетки – коллектор ΔU принимается неизменным (1,5…2 В). Исходя из этого,

. (29)

Рисунок 17

Потери в цепи якоря двигателя последовательного возбуждения состоят из потерь в сопротивлениях обмотки якоря r_я, добавочных полюсов r_д.п, последовательной обмотки r_п.о и потерь в контакте щетки – коллектор ΔU:

. (30)

Потери в сопротивлении цепи возбуждения двигателя параллельного возбуждения

. (31)

Вращение сердечника якоря, обусловливает потери мощности в стали р_с при перемагничивании: на гистерезис (потери пропорциональны частоте перемагничивания и наибольшей магнитной индукции в степени, близкой ко второй); на вихревые токи (потери пропорциональны частоте перемагничивания и магнитной индукции в квадрате). Двигатели параллельного возбуждения работают в большинстве случаев при малоизменяющихся скоростях вращения и магнитных потоках, поэтому эти потери можно считать неизменными. У двигателей с последовательным возбуждением произведение скорости вращения на магнитный поток остается примерно неизменным, что определяет некоторое уменьшение потерь при увеличении нагрузки. Вихревые токи и гистерезис оказывают тормозящее действие на якорь.

Механические потери р_мх обусловлены трением вала якоря в подшипниках, трением щеток по коллектору при вращении, трением якоря в воздухе и вентиляционным действием при вращении якоря и вентилятора двигателя. Эти потери при малоизменяющейся скорости вращения остаются неизменными.

Добавочные потери р_доб принимаются равными 1% от мощности двигателя, в них учитываются различные трудноопределимые потери: потери в полюсных наконечниках, обусловленные пульсациями магнитного поля, и пр.

В потери холостого хода р_х.х входят потери р_с, р_мх и р_доб:

. (32)

После вычитания из значения подводимой мощности Р₁ потерь р_м и р_в получим электромагнитную мощность Р_эм, передаваемую якорю, равную произведению электромагнитного момента М_эм на частоту вращения ω:

. (33)

Мощность на валу двигателя

. (34)

ЛИТЕРАТУРА

Основная

8. Касаткин В.С., Немцов М.В., Электротехника. - М.; Энергоатомиздат, 2000.

9. Основы промышленной электроники /Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1985.

10. Основы теории цепей; Учебник для ВУЗов. /В.П. Бакалов и др. 2-ое изд. перераб. и доп. – М.; 2000.

11. Сборник задач по электротехнике и основам электроники / Под ред. В.Г. Герасимова.- М.: Высшая школа, 1987.

12. Прянишников В.А. Электроника. - СПб; Корона принт, 2002.

13. Хоровиц П., Хилл У.. Искусство схемотехники.- М.: Мир, 1997.

14. Амочаева Г.Г. Электронный конспект лекций.

Дополнительная

6. Алексеенко А.Г., Шагурин Н.И. Микросхемотехника. Учебное пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1990.

7. Жеребцов И.П. Основы электроники.- Л.: Энергоатомиздат, 1990.

8. Попов В.П., Основы теории цепей.- Учебник для ВУЗов.- 3-е изд. испр.-М.: Высшая школа, 2000.

9. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на Electronics Workbench. в 2-х томах, Под ред. Д.И. Панфилова ДОДЭКА, 1999.-т.1-Электроника.

10. Электротехника/Ю.М. Борисов, Д.Н. Липатов, Ю.Н. Зорин. Учебник для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1985.

Лекция №29-30

Электропривод

План лекции

1. Общие сведения.

2. Понятие об электроприводе.

3. Режимы работы электродвигателей. Выбор мощности.

4. Релейно-контакторное управление электродвигателями.

Общие сведения.

Электропривод – электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Теория электропривода охватывает многие вопросы, знание которых позволяет рассчитать и выбрать элементы электропривода, а также разработать схему автоматического управления как двигателем, так и всем производственным процессом в соответствии с технологическими требованиями.

К этим вопросам относятся:

- механические характеристики электроприводов в двигательном и тормозном режимах;

- регулирование частоты вращения электроприводов;

- переходные процессы в электроприводах;

- расчет пусковых, тормозных и регулировочных резисторов;

- определение мощности электродвигателя и выбор его по каталогу;

- разработка схемы управления двигателем и всем производственным процессом;

- выбор электрической аппаратуры управления.

Переходным процессом называется процесс перехода электропривода от одного установившегося состояния к другому, когда одновременно изменяются скорость, момент и ток двигателя, а также скорость и моменты всех звеньев кинематической цепи, соединяющей двигатель с рабочим органом механизма.

К переходным процессам относятся пуск, торможение и реверс электропривода, переход с одной скорости на другую, а также процессы, вызванные изменениями момента на валу двигателя, изменением напряжения сети.

Потери в двигателе при пуске и торможении могут оказаться соизмеримыми с потерями в установившихся режимах. Поэтому при определении мощности двигателя необходимо учитывать потери при пуске и торможении, особенно когда число пусков и торможений в час относительно велико.

Характер и длительность переходного процесса определяются моментом двигателя, моментами сил сопротивления, массами и моментами инерции движущихся тел.

Определение мощности двигателя для производственного механизма выполняется в соответствии с нагрузкой на его валу по условиям нагрева. После того как двигатель выбран по условиям нагрева по каталогу, его проверяют по перегрузочной способности и условиям пуска. Необходимо выбрать такой двигатель по номинальной мощности, при которой он бы нагревался за время работы до температуры, не превосходящей допустимую. Превышение допустимой температуры приводит к потере изоляцией электрической и механической прочности и к выходу двигателя из строя.

Завышение мощности двигателя связано с дополнительными капитальными затратами, увеличением расхода энергии, а для асинхронных двигателей – с ухудшением коэффициента мощности.

Защита силовых цепей и двигателя от коротких замыканий осуществляется плавкими предохранителями, защита двигателя от перегрева, вызванного перегрузками – тепловым реле. Включение и отключение двигателя производится электромагнитным аппаратом – контактором. В некоторых случаях вместо контактора используются автоматы или бесконтактные схемы включения на тиристорах.