Электротехника и электроника для заочников / K00K25ER. Коэффициент мощности двигателяКоэффициент мощности двигателяcos φ1 = I1a/ I1 (14.42) Потребляемая двигателем мощность (Вт) P1 = m1U1I1a(14.43) Электрические потери статора Рэ1 определяют по (13.2), электромагнитную мощность Рэм — по (13.6), электромагнитный момент М — по (13.11), электрические потери в роторе Рэ2 — по (13.5), добавочные потери Рдоб — по (13.7) и (13.8). Полезная мощность двигателя (Вт) Р2 = Рэм – Рэ2 – Рмех – Рдоб, (14.44) где Рмех — механические потери, Вт; их определяют из опыта холостого хода (см. рис. 14.2). Коэффициент полезного действия двигателя определяют по (13.10), частоту вращения ротора — по (10.2). Полезный момент (момент на валу) двигателя (Нм) М2 = 9,55Р2/ n2. (14.45) Результаты расчета сводят в таблицу (см. табл. 14.1), а затем строят рабочие характеристики двигателя (см. рис. 13.7). Пример 14.1. Трехфазный асинхронный двигатель имеет паспортные данные: Рном =3,0 кВт, Uном = 220/380 В, I1ном = 6,3 А, nном = 1430 об/мин. Активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре r1 = 1,70 Ом. Характеристики х.х. двигателя приведены на рис. 14.2 (I0ном = 1,83 А, Рном= 300 Вт, Р/0ном= 283 Вт, Рмех = 200 Вт, соs φ0ном = 0,24, обмотка статора соединена звездой). Характеристики к.з. приведены на рис. 14.3 (Рк.ном = 418 Вт, Uк.ном = 59,5 В, Iк.ном = 6,3 А, cos φк.ном =0,372). Требуется рассчитать данные и построить рабочие характеристики двигателя и определить перегрузочную его способность. Решение. Активная и реактивная составляющие тока х.х. I0a = I0 cos φ0ном = 1,83 • 0,24 = 0,44 А, I0p = I0 sin φ0ном = 1,83 • 0,97 = 1,77 А. Полное сопротивление кз. по (14.10) zк = Uк.ном/ Iк.ном = 59,5/6,3 = 9,45 Ом, его активная и реактивная составляющие по (14.11) и (14.12) rк = zк соs φк.ном = 9,45 • 0,372 = 3,5 Ом, xк = ==8,8 Ом. Приведенное активное сопротивление ротора по (14.30) r/2 = rк – r1 = 3,5 - 1,7 = 1,8 Ом. Критическое скольжение по (14.31) sкр = r/2/ xк = 1,8/ 8,8 = 0,20. Номинальное скольжение по (14.32) sном = (n1 - n2ном)/ n1 = (1500 - 1430)/ 1500 = 0,046. Магнитные потери по (14.8) Рм = Р/0 - Рмех = 283 - 200 = 83 Вт. Задаемся следующими значениями скольжения: 0,01, 0,02, 0,03, 0,046, 0,06 и 0,20. Результаты расчета приведены в табл. 14.1. Рабочие характеристики двигателя представлены на рис. 13.7. Перегрузочная способность двигателя λ = Мmax/ Mном = 38,7/ 21,4 = 1,81. Таблица 14.1
Контрольные вопросы 1.Какие существуют методы получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей? 2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки? 3.Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам х.х.? studfiles.net Коэффициент мощности двигателяcos φ1 = I1a/ I1 (14.42) Потребляемая двигателем мощность (Вт) P1 = m1U1I1a(14.43) Электрические потери статора Рэ1 определяют по (13.2), электромагнитную мощность Рэм — по (13.6), электромагнитный момент М — по (13.11), электрические потери в роторе Рэ2 — по (13.5), добавочные потери Рдоб — по (13.7) и (13.8). Полезная мощность двигателя (Вт) Р2 = Рэм – Рэ2 – Рмех – Рдоб, (14.44) где Рмех — механические потери, Вт; их определяют из опыта холостого хода (см. рис. 14.2). Коэффициент полезного действия двигателя определяют по (13.10), частоту вращения ротора — по (10.2). Полезный момент (момент на валу) двигателя (Нм) М2 = 9,55Р2/ n2. (14.45) Результаты расчета сводят в таблицу (см. табл. 14.1), а затем строят рабочие характеристики двигателя (см. рис. 13.7). Пример 14.1. Трехфазный асинхронный двигатель имеет паспортные данные: Рном =3,0 кВт, Uном = 220/380 В, I1ном = 6,3 А, nном = 1430 об/мин. Активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре r1 = 1,70 Ом. Характеристики х.х. двигателя приведены на рис. 14.2 (I0ном = 1,83 А, Рном= 300 Вт, Р/0ном= 283 Вт, Рмех = 200 Вт, соs φ0ном = 0,24, обмотка статора соединена звездой). Характеристики к.з. приведены на рис. 14.3 (Рк.ном = 418 Вт, Uк.ном = 59,5 В, Iк.ном = 6,3 А, cos φк.ном =0,372). Требуется рассчитать данные и построить рабочие характеристики двигателя и определить перегрузочную его способность. Решение. Активная и реактивная составляющие тока х.х. I0a = I0 cos φ0ном = 1,83 • 0,24 = 0,44 А, I0p = I0 sin φ0ном = 1,83 • 0,97 = 1,77 А. Полное сопротивление кз. по (14.10) zк = Uк.ном/ Iк.ном = 59,5/6,3 = 9,45 Ом, его активная и реактивная составляющие по (14.11) и (14.12) rк = zк соs φк.ном = 9,45 • 0,372 = 3,5 Ом, xк = ==8,8 Ом. Приведенное активное сопротивление ротора по (14.30) r/2 = rк – r1 = 3,5 - 1,7 = 1,8 Ом. Критическое скольжение по (14.31) sкр = r/2/ xк = 1,8/ 8,8 = 0,20. Номинальное скольжение по (14.32) sном = (n1 - n2ном)/ n1 = (1500 - 1430)/ 1500 = 0,046. Магнитные потери по (14.8) Рм = Р/0 - Рмех = 283 - 200 = 83 Вт. Задаемся следующими значениями скольжения: 0,01, 0,02, 0,03, 0,046, 0,06 и 0,20. Результаты расчета приведены в табл. 14.1. Рабочие характеристики двигателя представлены на рис. 13.7. Перегрузочная способность двигателя λ = Мmax/ Mном = 38,7/ 21,4 = 1,81. Таблица 14.1
Контрольные вопросы 1.Какие существуют методы получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей? 2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки? 3.Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам х.х.? studfiles.net Электротехника и электроника для заочников / K00K25ERЛ Е К Ц И Я 251. Энергетическая диаграмма и коэффициент полезного действия асинхронного двигателя. 2. Коэффициент мощности асинхронного двигателя. 3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя. 4. Пуск и регулирование скорости вращения. 1. Энергетическая диаграмма и коэффициент полезного действия асинхронного двигателя. Рассмотрим асинхронный двигатель, на валу которого имеется нагрузка и обмотка статора которого потребляет из сети электроэнергию мощностью .
На энергетической диаграмме представлено распределение энергии при работе асинхронного двигателя. Часть мощности теряется в статоре на потери в проводниках обмотки и потери на гистерезис и вихревые токи в стали сердечника Pc. ставшаяся часть электрической мощности посредством вращающегося магнитного потока передается со статора на ротор: электромагнитная мощность Электромагнитная мощность Рэм определяется током и ЭДС ротора. Часть мощности Рэм теряется в проводниках обмотки Рэ . Оставшаяся часть мощности преобразуется в механическую мощность Рмех, под действием которой ротор асинхронного двигателя вращается. Часть механической мощности Рмех теряется на трение в подшипниках, на вентиляцию и т.д. и являются механическими потерями Рмх. Другая часть мощности теряется из-за рассеяния магнитного поля в зубьях статора и ротора и является добавочными потерями Рдоб. Таким образом, полезная механическая мощность на валу двигателя
Эта мощность указывается в паспортных данных асинхронного двигателя. Коэффициент полезного действия (кпд) двигателя определяется
Двигатели малой и средней мощности имеют номинальный кпд в пределах 0,7 - 0,9, двигатели большой мощности имеют кпд 0,94 - 0,96. 2. Коэффициент мощности асинхронного двигателя. Наряду с расходом активной энергии на валу двигателя и в самой машине часть энергии, реактивной, периодически возвращается в сеть. Эта часть энергии характеризуется реактивной мощностью Q1 . Коэффициент мощности двигателя равен
Он зависит от момента нагрузки на валу двигателя. При холостом ходе коэффициент мощности cos = 0,08 - 0,15. С возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, возрастает и cos до 0,75 - 0,95. С дальнейшим возрастанием нагрузки существенно увеличиваются токи статора и ротора, и возрастает реактивная мощность рассеяния. Cos постепенно уменьшается. 3. Рабочие характеристики асинхронного двигателя. Механическая характеристика. Зависимость скорости вращения ротора двигателя от момента, развиваемого им, называется механической характеристикой двигателя n = f (Mэм) , = f (Mэм) , где Мэм - электромагнитный момент, действующий на ротор. Механической характеристикой является также зависимость S= f(Мэм). В установившемся режиме Mэм = М, где М - момент на валу. Известно, что момент можно представить:
Мощность Рэ2 можно выразить через ток I2, который легко определяется из схемы замещения. После подстановки получим подобной трансформатору
Из формулы видно, что с возрастанием скольжения S момент вначале возрастает и далее уменьшается. Максимальное значение момента соответствует критическому скольжению Sкр. Приближенно, при можно считать:
где - реактивное сопротивление потока рассеяния. Для практических целей удобно пользоваться другой формулой момента:
где Мmax - максимальное значение момента. Из формулы видно, что с изменением изменяется ход механической характеристики. Она, например, смещается вниз с увеличением .
Зависимости n, S, M, cos и = f(P2) при U1= Uном = const, f = const ,представленные на рис. , являются рабочими характеристиками асинхронного двигателя. К рабочим характеристикам относят также зависимость I1= f(P2). Зависимость n=f(P2) или S=f(P2) называется скоростной характеристикой. На холостом ходу, т.е. при Р2 =0, ротор вращается со скоростью. С увеличением мощности нагрузки
Рис. скорость вращения n уменьшается, а скольжение S растет. Зависимость M = f(P ) называется моментной характеристикой. При отсутствии нагрузки к валу двигателя приложен небольшой момент на преодоление сил трения. Поэтому при Р2 = 0 М = Мтр. С возрастанием Р кпд вначале возрастает, а в дальнейшем уменьшается, так как при больших токах статора и ротора мощность электрических потерь, пропорциональная квадрату токов, возрастает быстрее мощности P2 . Так как при холостом ходе I1 = I0 и его основной составляющей является намагничивающая составляющая, совпадающая по фазе с магнитным потоком, cos асинхронных двигателей довольно низок - примерно 0,2. С увеличением нагрузки ток статора все в большей степени определяется активной составляющей тока ротора и cos увеличивается. При больших мощностях увеличивается мощность рассеяния. 4. Пуск и регулирование скорости вращения. В момент пуска частота вращения n = 0, а скольжение S = 1. Поэтому имеет место бросок пускового тока, который в 5-6 раз больше номинального. Для снижения пускового тока используют пусковые реостаты в двигателях с фазным ротором или понижают на период пуска напряжение, подводимое к статору. Пуск с помощью пускового реостата осуществляют только для двигателей с фазным ротором. К обмотке каждой фазы ротора через контактные кольца подключен пусковой реостат.
Рис.35 При включении пускового реостата, имеющего максимальное сопротивление, двигатель трогается с места при Мп = Мmax (характеристика I на рис. ). После того, как ротор приходит во вращение, его момент начинает уменьшаться (точка 1' ). Сопротивление пускового реостата уменьшают, что приводит к переходу рабочей точки на новую характеристику (точка 2) Таким образом, с вводом реостата рабочая точка механической характеристики перемещается по ломаной 1 - 1' - 2 - 2' - 3 - 3' - . . . . и т. д. пока не выйдет по естественной ветви при сопротивлении реостата, равном нулю, в номинальный режим ( точка А, рис. ). Пуск при пониженном напряжении применяют для двигателей с короткозамкнутым ротором. Так как вращающий момент пропорционален квадрату напряжения, такой способ пуска применим только при отсутствии нагрузки на валу двигателя. В нормальном режиме обмотки статора двигателя соединены треугольником. При пуске обмотки соединяют звездой, что приводит к уменьшению напряжения на обмотке в раз. Во столько же раз уменьшается и фазный ток в обмотке статора. Так как при соединении звездой Iл = Iф, а при соединении треугольником он больше фазного в раз, то при переключении обмоток двигателя на звезду линейный ток уменьшается в три раза. После разгона двигателя обмотку статора переключают на треугольник. Скорость вращения асинхронного двигателя можно регулировать следующими способами: 1 - включение добавочных сопротивлений в цепь ротора (для двигателей с фазным ротором). С увеличением сопротивления скорость вращения ротора уменьшается. Достоинства: возможность плавного регулирования скорости. Недостатки: а) дополнительные потери в роторе, б) уменьшается жесткость механической характеристики, т.е. увеличивается ее наклон на рабочем участке. 2 - изменением числа пар полюсов (переключением статорных обмоток) Этим добиваются изменения скорости вращения магнитного поля. Достоинства: не вызывает дополнительных потерь, т.е. не снижает кпд двигателя. Недостатки: а) ступенчатое изменение скорости, б) увеличение веса и габаритов двигателя. 3 - регулирование частоты питающего напряжения. Этим способом достигается возможность плавного регулирования скорости двигателя и в то же время не сопровождается дополнительными потерями, т.е. соединяет в себе достоинства 1-го и 2-го методов. Недостатки: применение сложного и дорогостоящего оборудования. Данный метод наиболее перспективный. Обычно используется в асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором. studfiles.net 8. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА8. КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЭП, подключаемые к сети переменного тока, потребляют из нее активную Рл и реактивную Q мощности. Активная мощность расходуется на полезную работу ЭП и покрытие потерь в нем, а реактивная мощность, обеспечивая создание электромагнитных полей двигателя и других его элементов, непосредственно полезной работы не совершает. Отметим, что в отношении реактивной мощности точнее говорить не о потреблении ее, а об обмене (циркуляции) между сетью и двигателем. Работа ЭП, как и любого другого потребителя активной и реактивной энергии, характеризуется коэффициентом мощности
где S - полная (или кажущаяся) мощность. Уголкак известно из электротехники, определяет сдвиг фаз между напряжением сети и током ЭП: если он потребляет реактивную мощность, то сдвиг фазЕсли ЭП реактивную мощность не потребляет, тс ЭП, потребляя реактивную мощность, нагружает ею систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии в ее элементах. По этой причине всегда следует стремиться к обеспечению максимально возможного cos ф ЭП как одного из основных энергетических показателей его работы. Если ЭП работает в каком-то цикле при различных нагрузках или скоростях в установившемся и переходном режимах, то он как потребитель реактивной энергии характеризуется средневзвешенным или цикловым коэффициентом мощности, который определяется отношением потребленной активной энергии за цикл Аа к полной или кажущейся энергии Ап в соответствии с формулой
где Коэффициентом мощности характеризуется работа ЭП с двигателями переменного тока (АД и СД), а также системы ЭП постоянного тока «управляемый выпрямитель - двигатель постоянного тока». Коэффициент мощности АД. Активная Ра и реактивная Q мощности применительно к установившемуся режиму работы трехфазного АД могут быть рассчитаны по следующим формулам:
формулу (8.35) можно записать в следующем виде: Для П-образной схемы замещения АД (см. рис. 5.2) при
На рис. 8.3, а приведены зависимости номинального коэффициента мощности АД от различных номинальных мощностейi чисел пар полюсов р (кривая 1 при р{=\, кривая 2 при р=4). Характерным для них является более высокое значение cosдля двигателей с большими номинальными мощностями и скиристями вращения.
Для большинства АД cos~ 0,8...0,9. Для этих значений Q = (0,5...0,75) Рр т.е. АД на каждый киловатт активной мощности потребляет из сети 0,5...0,75 кВ-А реактивной мощности и чем ниже cos ф, тем большую реактивную мощность потребляет АД из сети, загружая ее дополнительным током и вызывая дополнительные потери. Коэффициент мощности АД существенно зависит от его нагрузки. При холостом ходе АД коэффициент мощности невелик, так как при этом относительно велика доля реактивной мощности по сравнению с активной. По мере увеличения нагрузки АД возрастает и cos ф, достигая своего максимального значения примерно в области ее номинальных значений. Зависимость cos ф от кратности механической нагрузкидля АД серии 4А при различных номинальных значения:приведена на рис. 8.3,б, АД являются основными потребителями реактивной мощности в системе электроснабжения, поэтому повышение коэффициента их мощности представляет собой важную технико-экономическую задачу. В настоящее время существуют несколько способов повышения cos ф АД. Замена малозагруженных АД двигателями меньшей мощности, что иллюстируется кривыми 7...3, построенными соответственно при= 0,9; 0,8 и 0,6 (см. рис. 8.3,б). При замене АД меньшей мощписш иудет работать в области больших нагрузок с более высоким cos ф. Напомним, что и КПД полностью загруженного дви- гателя будет высоким. Замена двигателя, как любая модернизация ЭП, должна быть экономически обоснована. Ограничение времени работы АД на холостом ходу, т.е. работы с низкимДля этого двигатель отключается от сети при его работе вхолостую автоматически или оператором. Понижение напряжения питания АД, работающих с малой или переменной нагрузкой. При этом уменьшаются потребляемый из сети ток и реактивная мощность и повышается cos ф. Реализация этого способа осуществляется с помощью регулятора напряжения (см. разд. 5.5) или, когда это возможно, переключением обмоток статора со схемы треугольника на звезду, что приводит к снижению напряжения на обмотке каждой фазы в)аз. Замена АД на СД, когда это возможно по условиям технологического процесса рабочей машины и экономически обосновано. Коэффициент мощности системы «управляемый выпрямитель-двигатель постоянного тока» (УВ - ДПТ). Так как в этой системе напряжение на якоре двигателя регулируется задержкой открытия вентилей управляемого выпрямителя, происходит сдвиг фазы тока ЭП по отношению к напряжению сети и он начинает потреблять реактивную мощность из сети. Кроме того, работа системы УВ - ДПТ вызывает искажение синусоидальной формы напряжения системы электроснабжения, оказывая вредное воздействие на другие ЭП, что выражается в повышенном нагреве электродвигателей, снижении их мощности и КПД, усилении вибрации и шума при работе. Искажение синусоидальной формы напряжения приводит к появлению высших гармоник напряжения, которые нарушают нормальную работу других потребителей электроэнергии, устройств автоматики, защиты и сигнализации, создает помехи в линиях связи. Несинусоидальность напряжений и токов приводит к дополнительным погрешностям измерительных приборов, а также оказывает отрицательное воздействие и на батареи конденсаторов, применяемых для компенсации реактивной мощности, вызывая их перегрузку по току и напряжению.
где- коэффициент искажения; / - действующее значение потреоляемого из сети тока; /, - действующее значение первой гар- 4 Коэффициент мощности системы УВ - ДПТ определяется двумя факторами: углом :двига основной первой гармоники потребляемого из сети токаотносительно напряжения сети и коэффициентом искаженияv этого же тока: моники этого тока; - соответственно углы управления и коммутации вентилей.
где Ed - ЭДС преобразователя; О)0 - скорость идеального холостого хода, соответствующая Ed. Из приведенных выражений следует, что коэффициент мощности вентильного ЭП постоянного тока зависит от скорости двигателя, определяемой углом управления вентилей а, и его нагрузки, определяющей угол коммутации у. Снижение скорости (увеличение диапазона регулирования) или увеличение нагрузки приводит к уменьшению коэффициента мощности ЭП. Анализ зависимости cos ф вентильного ЭП от относительной скоростипри номинальной нагрузке на валу двигателя (рис. 8.4,а) показывает, что уменьшение коэффициента мощности происходит пропорционально снижению скорости, т.е. увеличению диапазона регулирования. Это видно также и из следующего приближенного выражения для коэффициента мощности при регулировании скорости: При регулировании скорости с одинаковым временем работы двигателя на каждой скорости при Мс = const зависимость средневзвешенного циклового коэффициента мощности cos фсв от диапазона регулирования D показана на рис. 8.4, б. Повышение коэффициента мощности и уменьшение несинусоидальности напряжения сети при работе системы УВ - ДПТ может быть достигнуто несколькими способами: за счет применения фильтрокомпенсирующих и фильтросиммет-рирующих устройств, обеспечивающих одновременно компенсацию реактивной мощности, фильтрацию высших гармоник и уменьшение отклонений напряжения по фазам. Эти устройства целесообразно размещать в узле подключения ЭП к электрической сети. Состоят они из управляемого компенсатора, обеспечивающего регулирование реактивной мощности и выполняемого обычно на основе специального тиристорного преобразователя, и энергетичес кого фильтра, который служит для фильтрации высших гармоник тока ЭП, а также компенсации реактивной мощности. Энергетические фильтры представляют собой последовательные индуктивно-емкостные резонансные цепи, настроенные на частоты высших гармоник вентильных ЭП (нагрузок). Число параллельно включенных резонансных цепей фильтров должно быть таким, чтобы коэффициент несинусоидальности напряжения был не более 5%. Для каждой высшей гармоники используется свой фильтр; путем использования традиционных компенсирующих устройств, к числу которых относятся синхронные двигатели и компенсаторы, батареи конденсаторов, а также тиристорные источники реактивной мощности. Синхронные двигатели являются эффективным и удобным средством компенсации реактивной мощности в системе электроснабжения. Выполняя свою основную функцию приводного электродвигателя, СД одновременно могут генерировать в сеть реактивную мощность, т.е. работать с опережающим cos ф, что обеспечивается соответствующим регулированием их тока возбуждения (см. разд. 6.4). Синхронные компенсаторы представляют собой СД, работающие без нагрузки. Их основная функция состоит только в регулировании реактивной мощности в системе электроснабжения. Конденсаторы по своему действию эквивалентны перевозбужденным СД, по сравнению с другими источниками реактивной мощности они имеют такие преимущества, как малые потери этой мощности, простота монтажа и эксплуатации. К их недостаткам следует отнести зависимость генерируемой мощности от напряжения, недостаточную стойкость при перегрузках по току и напряжению, а также ухудшение их работы в сетях с повышенным содержанием высших гармоник. Тиристорные источники реактивной мощности строятся с использованием преобразователей, имеющих искусственную коммутацию вентилей. Такой преобразователь имеет на стороне выпрямленного тока реактор (индуктивный накопитель энергии) или батарею конденсаторов (емкостный накопитель энергии). Сочетание преобразователя с реактивным элементом позволяет создать устройство для регулирования реактивной мощности в системе энергоснабжения; путем использования специальных законов управления У В и способов коммутации их вентилей, к числу которых относятся поочередное и несимметричное управление преобразователями, а также искусственная коммутация вентилей преобразователей. Сущность этих способов рассмотрена в Г121. - studfiles.net таблицы формул и методы вычисленийСреди технических характеристик приобретаемых электроприборов попадается такой показатель, как коэффициент мощности. В одних случаях данным параметром можно пренебречь, а в других – пренебрежение такой характеристикой может повлечь непредусмотренные расходы и проблемы. Коэффициент мощности Полная мощность и ее составляющиеДовольно часто возникают вопросы, как у электриков, так и у обывателей, о том, какие должны быть характеристики электрической цепи для обеспечения нормальной работы электроприборов, какое должно быть сечение проводов с током. Таким вопросом задаются желающие установить дизельные или бензиновые генераторы, а также сами поставщики электрической энергии. Для того чтобы разобраться с такими вопросами, необходимо иметь представление о том, нагрузка какой мощности подключена к сети, будь то промышленная сеть или сеть собственного генератора. Электрическая мощность, по сути, представляет собой израсходование электроэнергии за одну секунду и характеризует быстроту трансформации или отдачи электрической энергии. Потребляемая мощность зачастую указана на каждом электроприборе. Так называемая общая мощность нагрузки имеет два компонента: активная и реактивная мощности. Мощность, расходуемая на электрическое сопротивление конечного потребителя, является активной мощностью. Существуют также и аналогичные названия в виде резистивной или омической мощности. Непосредственно эта мощность выполняет полезную работу путем преобразования в свет механическую работу или вырабатывание тепла. К потребителям, характеризующимся только активной компонентой мощности, относятся:
Согласно ТОЭ, реактивная мощность представляет собой мощность, которая не была передана в нагрузку, а была затрачена на переходные процессы путем создания электрических и магнитных полей, проходя через реактивные компоненты. Такими компонентами являются катушки индуктивности и конденсаторы. Реактивная мощность представляет собой не расходуемую бесследно энергию, а только временно накапливаемую в электромагнитном поле. Циркуляция реактивной мощности Сущностью реактивной мощности является накопление энергии электромагнитным полем реактивных элементов в первом полупериоде тока и возврат этой энергии в сеть во втором полупериоде. Поскольку питающий ток является переменным, то присутствие паразитной реактивной мощности является постоянным. Циркулируя по проводникам трансформаторов, генераторов, линий передач, дросселей, электромагнитов или двигателей, данная энергия приводит к их нагреву. Треугольник мощностей Согласно картинке выше, существует взаимосвязь между общей, активной и реактивной мощностью, а именно: S=√(P2+Q2), где:
Активная мощность вычисляется по формуле: P=I*U*cosφ, где:
Проходя через катушку индуктивности, электрический ток отстает от напряжения, а проходя через конденсатор, ток опережает напряжение. Объединив оба выражения, выходит формула: P= S*cosφ или cosφ=P/S. Из формулы видно, что такое коэффициент мощности, он прямо пропорционален активной мощности и обратно пропорционален общей мощности. Коэффициент мощностиКосинус фи является тем параметром, который характеризует деформацию синусоиды тока, используемого от электрической сети переменного тока, согласно картинке ниже. Он является основным критерием, определяющим потери в проводах и на внутреннем сопротивлении сети. Искажение тока Косинус фи, основываясь на таблице стандартов энергопотребления, имеет такие показатели:
Коэффициент мощности асинхронного двигателя и генератораПоскольку статор и ротор асинхронного двигателя выполнены путем намотки медного провода, то, помимо активной составляющей, имеется индуктивная и емкостная составляющая сопротивления. Соответственно, каждую половину периода колебания с частотой f в сеть возвращается некоторое количество электричества. Негативными последствиями такой операции, помимо паразитного нагрева проводов, является, по сути, вырабатывание генератором электроэнергии, часть которой расходуется впустую, путем циркулирования между генератором и двигателем. Для частных случаев величина реактивных токов является малой, однако если речь идет о больших предприятиях, то величина реактивной мощности может быть настолько велика, что может повлиять на энергосистему целого региона. Наличие заниженного коэффициента мощности влечет за собой ряд неблагоприятных проявлений:
Мероприятия по увеличению cosφ направлены на:
К основным методам по увеличению коэффициента мощности относятся:
Для таких целей прибегают к таким мероприятиям:
Разобравшись, что такое коэффициент мощности, и осознав техпроцессы, проходящие в питающей сети, при наличии паразитных мощностей можно обоснованно подходить к вопросу выбора оборудования, отвечающего характеристикам этой сети. Второстепенный, на первый взгляд, показатель косинус фи является важным критерием, как для поставщиков электрической энергии, так и для различных ее потребителей. ВидеоОцените статью:elquanta.ru Коэффициент мощности двигателяcos φ1 = I1a/ I1 (14.42) Потребляемая двигателем мощность (Вт) P1 = m1U1I1a(14.43) Электрические потери статора Рэ1 определяют по (13.2), электромагнитную мощность Рэм — по (13.6), электромагнитный момент М — по (13.11), электрические потери в роторе Рэ2 — по (13.5), добавочные потери Рдоб — по (13.7) и (13.8). Полезная мощность двигателя (Вт) Р2 = Рэм – Рэ2 – Рмех – Рдоб, (14.44) где Рмех — механические потери, Вт; их определяют из опыта холостого хода (см. рис. 14.2). Коэффициент полезного действия двигателя определяют по (13.10), частоту вращения ротора — по (10.2). Полезный момент (момент на валу) двигателя (Нм) М2 = 9,55Р2/ n2. (14.45) Результаты расчета сводят в таблицу (см. табл. 14.1), а затем строят рабочие характеристики двигателя (см. рис. 13.7). Пример 14.1. Трехфазный асинхронный двигатель имеет паспортные данные: Рном =3,0 кВт, Uном = 220/380 В, I1ном = 6,3 А, nном = 1430 об/мин. Активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре r1 = 1,70 Ом. Характеристики х.х. двигателя приведены на рис. 14.2 (I0ном = 1,83 А, Рном= 300 Вт, Р/0ном= 283 Вт, Рмех = 200 Вт, соs φ0ном = 0,24, обмотка статора соединена звездой). Характеристики к.з. приведены на рис. 14.3 (Рк.ном = 418 Вт, Uк.ном = 59,5 В, Iк.ном = 6,3 А, cos φк.ном =0,372). Требуется рассчитать данные и построить рабочие характеристики двигателя и определить перегрузочную его способность. Решение. Активная и реактивная составляющие тока х.х. I0a = I0 cos φ0ном = 1,83 • 0,24 = 0,44 А, I0p = I0 sin φ0ном = 1,83 • 0,97 = 1,77 А. Полное сопротивление кз. по (14.10) zк = Uк.ном/ Iк.ном = 59,5/6,3 = 9,45 Ом, его активная и реактивная составляющие по (14.11) и (14.12) rк = zк соs φк.ном = 9,45 • 0,372 = 3,5 Ом, xк = ==8,8 Ом. Приведенное активное сопротивление ротора по (14.30) r/2 = rк – r1 = 3,5 - 1,7 = 1,8 Ом. Критическое скольжение по (14.31) sкр = r/2/ xк = 1,8/ 8,8 = 0,20. Номинальное скольжение по (14.32) sном = (n1 - n2ном)/ n1 = (1500 - 1430)/ 1500 = 0,046. Магнитные потери по (14.8) Рм = Р/0 - Рмех = 283 - 200 = 83 Вт. Задаемся следующими значениями скольжения: 0,01, 0,02, 0,03, 0,046, 0,06 и 0,20. Результаты расчета приведены в табл. 14.1. Рабочие характеристики двигателя представлены на рис. 13.7. Перегрузочная способность двигателя λ = Мmax/ Mном = 38,7/ 21,4 = 1,81. Таблица 14.1
Контрольные вопросы 1.Какие существуют методы получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей? 2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки? 3.Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам х.х.? studfiles.net Коэффициент мощности двигателяcos φ1 = I1a/ I1 (14.42) Потребляемая двигателем мощность (Вт) P1 = m1U1I1a(14.43) Электрические потери статора Рэ1 определяют по (13.2), электромагнитную мощность Рэм — по (13.6), электромагнитный момент М — по (13.11), электрические потери в роторе Рэ2 — по (13.5), добавочные потери Рдоб — по (13.7) и (13.8). Полезная мощность двигателя (Вт) Р2 = Рэм – Рэ2 – Рмех – Рдоб, (14.44) где Рмех — механические потери, Вт; их определяют из опыта холостого хода (см. рис. 14.2). Коэффициент полезного действия двигателя определяют по (13.10), частоту вращения ротора — по (10.2). Полезный момент (момент на валу) двигателя (Нм) М2 = 9,55Р2/ n2. (14.45) Результаты расчета сводят в таблицу (см. табл. 14.1), а затем строят рабочие характеристики двигателя (см. рис. 13.7). Пример 14.1. Трехфазный асинхронный двигатель имеет паспортные данные: Рном =3,0 кВт, Uном = 220/380 В, I1ном = 6,3 А, nном = 1430 об/мин. Активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре r1 = 1,70 Ом. Характеристики х.х. двигателя приведены на рис. 14.2 (I0ном = 1,83 А, Рном= 300 Вт, Р/0ном= 283 Вт, Рмех = 200 Вт, соs φ0ном = 0,24, обмотка статора соединена звездой). Характеристики к.з. приведены на рис. 14.3 (Рк.ном = 418 Вт, Uк.ном = 59,5 В, Iк.ном = 6,3 А, cos φк.ном =0,372). Требуется рассчитать данные и построить рабочие характеристики двигателя и определить перегрузочную его способность. Решение. Активная и реактивная составляющие тока х.х. I0a = I0 cos φ0ном = 1,83 • 0,24 = 0,44 А, I0p = I0 sin φ0ном = 1,83 • 0,97 = 1,77 А. Полное сопротивление кз. по (14.10) zк = Uк.ном/ Iк.ном = 59,5/6,3 = 9,45 Ом, его активная и реактивная составляющие по (14.11) и (14.12) rк = zк соs φк.ном = 9,45 • 0,372 = 3,5 Ом, xк = ==8,8 Ом. Приведенное активное сопротивление ротора по (14.30) r/2 = rк – r1 = 3,5 - 1,7 = 1,8 Ом. Критическое скольжение по (14.31) sкр = r/2/ xк = 1,8/ 8,8 = 0,20. Номинальное скольжение по (14.32) sном = (n1 - n2ном)/ n1 = (1500 - 1430)/ 1500 = 0,046. Магнитные потери по (14.8) Рм = Р/0 - Рмех = 283 - 200 = 83 Вт. Задаемся следующими значениями скольжения: 0,01, 0,02, 0,03, 0,046, 0,06 и 0,20. Результаты расчета приведены в табл. 14.1. Рабочие характеристики двигателя представлены на рис. 13.7. Перегрузочная способность двигателя λ = Мmax/ Mном = 38,7/ 21,4 = 1,81. Таблица 14.1
Контрольные вопросы 1.Какие существуют методы получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей? 2.Чем ограничивается применение метода непосредственной нагрузки? 3.Как определить величину механических и магнитных потерь двигателя по характеристикам х.х.? studfiles.net |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
