Потери в установившихся режимах

Потери в электрических машинах детально изучаются в соответствующих курсах. Основные составляющие потерь в машине:

потери в обмотках (потери в меди),

потери в магнитопроводе (потери в стали),

потери в трущихся частях (потери механические).

Для нерегулируемого электропривода первую составляющую, пропорциональную относят к переменным потерям, поскольку а последний определяется моментом сопротивления, т.е. зависит от технологического процесса. Две другие составляющие относят условно к постоянным потерям, так как потери в магнитопроводе определяются практически неизменными амплитудой и частотой магнитной индукции, а механические потери — практически неизменной скоростью. Таким образом, для нерегулируемого электропривода в первом приближении можно считать

(6.8)

где постоянные потери; / и R — фазный ток и эквивалентное сопротивление силовой цепи; т -— число фаз.

Более детальное качественное представление о потерях дает рис. 6.2 — диаграмма потерь при передаче энергии от электрического источника

для электропривода постоянного тока) к вращающейся нагрузке На диаграмме указана также электромагнитная мощность мощность в воздушном зазоре машины.

связанный с потерями отнесен к моменту сопротивления

Это допущение, существенно упрощающее все этапы анализа и синтеза электропривода, не вносит ощутимых погрешностей в результаты в подавляющем большинстве случаев, поскольку сами

потери сравнительно невелики. Разумеется, в редких специальных случаях, когда либо потери значительны, либо их аккуратный учет представляет почему-либо самостоятельную задачу, нужно пользоваться более полными и точными моделями.

Общее представление об энергетической эффективности нерегулируемого электропривода дает зависимость КПД двигателя с редуктором от относительной нагрузки. На рис. 6.3 для ориентировки приведена такая зависимость для двигателей средней мощности (15—150 кВт) с хорошим редуктором (КПД больше 0,95).

Необходимо подчеркнуть, что работа с недогрузкой приводит к заметному снижению КПД, поэтому неоправданное завышение мощности двигателя вредно. Так же вредны в соответствии с (6.5) неудачно организованные циклы, когда холостой ход занимает в цикле большое место.

В регулируемом по скорости электроприводе энергетическая эффективность определяется главным образом выбранным способом регулирования, в связи с чем все способы можно разделить на две большие группы в зависимости от того, изменяется или нет в процессе регулирования.

К первой группе относятся все виды реостатного регулирования, а также регулирование асинхронного двигателя с коротко-замкнутым ротором изменением напряжения при неизменной частоте. Если принять для упрощения, что то для этой

группы получим:

(6.9)

т.е. потери в роторной (якорной) цепи при любой нагрузке пропорциональны разности скоростей или скольжению

При реостатном регулировании лишь часть этих потерь, пропорциональная рассеивается внутри машины и греет ее. Другая часть, пропорциональная

рассеивается вне машины, ухудшая, разумеется, энергетические показатели электропривода. Именно эта часть в каскадных схемах используется полезно. Сложнее и неприятнее соотношение (6.9) проявляется в асинхронном электроприводе с короткозамкнутым ротором при регулировании изменением напряжения или каким-либо еще «хитрым» способом,

но при постоянной частоте. Здесь вся мощность рассеивается в двигателе, нагревая его и делая способ практически непригодным для продолжительного режима работы.

Интересно, что соотношение (6.9) нельзя «обмануть», хотя такие попытки делались и еще делаются.

Ко второй группе относятся все безреостатные способы

регулирования в электроприводах постоянного тока — изменением напряжения и магнитного потока и частотное регулирование в электроприводах переменного тока.

Принципиально способы второй группы энергетически предпочтительнее, поскольку в (6.9) разность скоростей однако следует учитывать, что в устройствах, обеспечивающих тоже есть потери и при малых мощностях, небольших диапазонах регулирования и немалой стоимости устройств необходимы детальные сопоставления.