Регулируемого электропривода

Потери мощности и энергии в установившемся режиме

Выбор того или иного способа регулирования скорости электропривода определяется в конечном счете его экономичностью. При прочих равных условиях большей экономичностью обладает электропривод с меньшими потерями и расходом электроэнергии. Поэтому, чтобы сделать вывод об экономической целесообразности конкретного регулируемого электропривода, необходимо, прежде всего, определить полные потери во всех его элементах.

У ДПТ с независимым возбуждением без большой ошибки можно принять, что механические потери К_м и потери в стали К_с равны

, где

(К_м+К_с)_н – механические потери и потери в стали при номинальной скорости.

Переменные потери в якорной цепи

, где

w_0р - скорость идеального холостого хода двигателя, соответствующая его регулировочной характеристике.

Суммарные потери в регулируемом приводе с двигателем независимого возбуждения с учетом потерь на возбуждение К_в

.

При реостатном регулировании скорости переменные потери изменяются пропорционально относительному перепаду скорости , а постоянные при уменьшении скорости уменьшаются.

При регулировании скорости изменением напряжения (w₀=var) с М_c=М_н=const ток якоря неизменен и равен номинальному. Неизменны и переменные потери .

При регулировании скорости ослаблением магнитного потока при Р_с=М_с·w_с=const ток возбуждения из-за нелинейности кривой намагничивания изменяется в большей степени, чем поток. Кривую намагничивания в пределах изменения тока возбуждения от 0 до I_вн можно аппроксимировать выражением

, где 1<m<2.

Тогда постоянные потери

.

С некоторым приближением можно принять, что снижение потерь в цепи возбуждения при увеличении скорости компенсируется увеличением механических потерь. При регулировании скорости изменением Ф с постоянной мощностью на валу Р_с=Р_н=const ток якоря I_я=I_н=const. Переменные потери тоже не изменяются. Отсюда следует, что суммарные потери в двигателе при данном способе регулирования скорости остаются постоянными .

При регулировании скорости ДПТ изменением напряжения (w₀=var) имеют место потери и в преобразователе. Для системы ГД постоянными являются механические потери и потери в стали машин. Переменные потери в системе ГД состоят из потерь в меди ротора и статора гонного двигателя генератора. Потери в якорной цепи системы

.

Для статического преобразователя с полупроводниковым вентилями постоянные потери определяются в основном потерями в стали силового трансформатора и анодных реакторов. Они практически неизменны. Следовательно, для статического и машинного (вращающегося) преобразователя:

К_п=К_пн=const, где

К_пн – постоянные потери в преобразователе при его номинальном режиме.

К переменным потерям статического преобразователя относятся потери в обмотках силового трансформатора, дросселях, реакторах (если они есть) и в вентилях

или

, где

∆Р_кз - потери к.з. трансформатора;

∆Р_рн, ∆Р_вент.н - потери в уравнительных и сглаживающих реакторах и вентилях при I_я=I_н.

В АД к постоянным потерям относят механические потери К_м, потери в стали статора К_с1 и ротора К_с2, в меди статора от намагничивающего тока I_m, т.е.

.

Потери в стали (от вихревых токов и гистерезиса) пропорциональны квадрату амплитуды магнитной индукции и частоте в степени ~1,3. Принимая, что при регулировании скорости двигателя

и что объем шихтованной стали статора и ротора равны, выражение для суммарных потерь в стали можно представить в виде

или с учетом того, что К_c1н=Кс2н – потери в стали при номинальном напряжении и частоте

.

При реостатном регулировании АД U₁=U_1н; f₁=f_1н и

, т.е.

суммарные потери в стали при увеличении S растут за счет роста потерь в стали ротора.

В диапазоне скоростей от 0 до номинальной увеличение потерь в стали практически компенсируется снижением механических потерь. Поэтому

.

При частотном регулировании и работе двигателя на линейной части механической характеристики скольжение двигателя остается небольшим во всем диапазоне изменения скорости. Потерями в стали ротора в этом случае можно пренебречь. Тогда при регулировании по закону умножая и деля на f₁² правую часть выражения для К_c, получим

Переменные потери

.

Если частотное регулирование осуществляется при М_с=М_н=const, то перепад скорости ∆w=w₀·S=const и переменные потери остаются неизменными

.

При реостатном регулировании

.

Таким образом, переменные потери в роторной цепи V_рот определяются моментом и скольжением, а в статорной цепи V_стат они зависят только от момента. Если регулирование осуществляется при М_с=const, то потери в статоре постоянны, а в роторной цепи ≡ S.

При вентиляторном моменте потери в роторной цепи в зависимости от скорости

.

Взяв производную по скорости, можно найти максимум потерь. Скорость и скольжение, при которых эти потери максимальны

, где

Р_н – номинальная мощность двигателя на валу.

Потери в цепи статора с уменьшением w убывают

.