Потери энергии в установившихся режимах работы электропривода.

Полученное в параграфе 2,1 соотношение (12) относилось к статическому установившемуся режиму работы нерегулируемого привода. В регулируемых приводах наряду с выбором способа регулирования скорости или момента необходимо учитывать потери в преобразовательных устройствах с целью обеспечения экономичности привода.

А) При регулировании скорости электропривода постоянные потери, состоящие из потерь в цепи возбуждения, механических, потерь в стали и преобразователях, в целом будут изменяться. Однако, потери на возбуждение и в преобразователях остаются практически постоянными (если отсутствует изменение магнитного потока), а потери в стали и механические можно считать изменяемыми пропорционально квадрату скорости.

Б) Переменные потери вращающегося преобразователя определяются аналогично таковым для двигателей. К переменным потерям статического преобразователя относятся потери в меди силового трансформатора и в вентилях.

При частотном регулировании скорости машин переменного тока составляющая постоянных потерь – потери в стали статора - существенным образом зависит от диапазона регулирования частоты. Поскольку рабочее скольжение остается небольшим на всем диапазоне изменения скоростей, остальные виды постоянных потерь остаются примерно постоянными.

А как же обстоит дело с переменными потерями, определяемыми выражением:

v = 3I (R + R ) = Mω s(1 + ) (18)

При частотном регулировании скорости, за счет постоянства момента двигателя, перепад скорости Δω = ω s = const, а соответственно и переменные потери остаются постоянными. Таким образом, переменные потери в роторной цепи определяются моментом и скольжением, а в статорной цепи еще зависят от соотношения сопротивлений статора и ротора.

 

 

2.3 Потери энергии в переходных процессах и способы их уменьшения.

 

Известно, что в переходных процессах ток двигателя, а соответственно и переменные потери значительно превышают номинальные. В этом случае постоянными потерями, как правило, можно пренебречь.

Суммарные потери энергии в переходных режимах определяются выражением:

ΔW = ΔP dt = [ k (t) + v (t) ] dt (19)

В общем случае они оказываются сложной функцией, зависящей от нагрузки на валу, от механической и электромагнитной инерционности двигателя и т.п. Чтобы лучше понять физическую сторону возникновения потерь в переходных режимах электропривода будем пренебрегать электромагнитной инерционностью двигателя и постоянными потерями. Рассматривать будем только активные потери, имеющие место в рабочих цепях двигателей и преобразователей.

В соответствии со сделанными допущениями и с допускаемым равенством 3I R = Mω s, выражение для потерь в роторной (якорной) цепи двигателя можно определить по выражению:

ΔW = , (20)

где t - время переходного процесса;

s = Δω / ω - относительный перепад скорости для двигателя постоянного тока или скольжение для асинхронного.

А) Сначала упростим задачу и найдем выражение для потерь при отсутствии нагрузки, при этом потери энергии будут обусловлены только переходным процессом.

Подставим в (20) выражение для момента из уравнения движения при М = 0, т.е. М = J dω/dt, и получим:

ΔW = . (21)

Из приведенного выражения видно, что производная потерь энергии (подинтегральная функция) по скорости не зависит от времени и равна разности количеств движений при скорости ω и текущей скорости ω.

Проинтегрировав выражение (21), получим формулу для определения потерь (переменных) при изменении скорости от ω до ω вхолостую:

ω ω

ΔW = J ω ω - J ω /2 = J ω (ω -ω ) - J (22)

ω ω

Заменяя значение скоростей ω и ω в (22) через соответствующие величины скольжения s и s [поскольку ω = ω(1- s ); ω = ω (1- s )] и меняя пределы интегрирования, получим:

ΔW = J ω (s -s )/2. (23)

Таким образом, при изменении скорости затрачивается количество энергии, равное разности кинетических энергий при начальной и конечной скоростях привода, выраженных через запас кинетической энергии привода при скорости ω .

Какими же будут потери энергии в приводе при различных случаях переходных процессов? Рассмотрим некоторые из них, подставляя в (22) или (23) соответствующие начальные условия.

а) Процесс пуска: ω = 1; s = 1; ω = ω ; s = 0.

При этом ΔW = - J ω / 2.