Уроки 43-44. ККД електричного двигуна. Втрати потужності електродвигуна. Застосування асинхронних двигунів.
Коефіцієнт корисної дії (ККД) — відношення виконаної роботи до загальних енергетичних затрат на її виконання. Безрозмірна величина, яка вимірюється у відсотках. Є важливою характеристикою машин та двигунів. При виконанні будь-якої корисної роботи, частина зусиль витрачається на подолання опору й втрачається, переходячи у тепло. Будь-яка машина, будь-який пристрій із рухомими деталями повинні долати тертя. Проходження електричного струму через провідник теж супроводжується нагріванням провідника, при цьому втрачається частина корисної енергії.
Коефіцієнт корисної дії електродвигуна являє собою відношення повної механічної потужності на валу(корисної) до потужності, споживаної з мережі .
Номінальне значення навантаження (потужності) вибирається при ККД трохи нижчому, ніж максимальне значення. Пояснюється це тим, що багато установок працюють зі змінним навантаженням. Крім того, при розрахунку електродвигунів передбачається запас потужності. Це призводить до того, що фактичне навантаження виявляється меншим номінального. Зазначене співвідношення між максимальним і номінальним значеннями ККД сприяють підвищенню ККД циклу, оскільки миттєві значення зосереджують біля максимуму. З огляду на це реальні навантаження АД перебувають в області (0,6..0,7) Рн, розробники масової серії двигунів 4А найбільший розрахунковий ККД розташували саме біля цих значень. Невеликі електродвигуни звичайно мають кращі енергетичні характеристики, ніж більші. Тому в установках, що використовують велику кількість дрібних електродвигунів, загальний коефіцієнт потужності виявляється низьким.
Втрати потужності електродвигуна.
Втрати потужності в електродвигунах поділяються на постійні й змінні. Вони включають:
втрати в сталі (втрати в сердечнику), які залежать від напруги й тому є постійними для електродвигуна незалежно від його навантаження;
втрати на тертя (механічні) і вентиляційні втрати. Ці втрати є постійними для заданої швидкості й не залежать від навантаження;
втрати від струму збудження або струму намагнічування АД;
втрати в міді відомі як втрати I2R, пропорційні квадрату струму навантаження.
Втрати в сталі складаються із втрат на гістерезис, що залежать від фізичних характеристик використовуваної сталі, і втрат на вихрові струми, які визначаються конструкцією й складанням сталевих пластин. Втрати в сталі впливають на коефіцієнт потужності електродвигуна, оскільки їх виникнення пов'язане зі споживанням реактивного струму. При низькому навантаженні основну роль відіграють втрати в сталі, якими спричиняють низькі значення коефіцієнта потужності електродвигуна. Навіть при повному навантаженні асинхронний двигун має відносно невисокий коефіцієнт потужності індуктивного характеру, що становить 0,8 - 0,9. Щоб звести до мінімуму можливе зниження ККД і коефіцієнта потужності, необхідно, щоб номінальна потужність електродвигуна була по можливості ближче до існуючого навантаження двигуна. Крім втрат на тертя, інші втрати належать до класу ”гріючих” втрат, які визначають тепловий режим роботи електродвигуна. Оскільки струм двигуна залежить від статичного моменту й магнітного потоку, то для кожного статичного навантаження є струм збудження, при якому сумарні втрати мінімальні. Ремонтні роботи призводять до того, що результуюча індукція після кожного з ремонтів знижується. При цьому зростають втрати, викликані вихровими струмами. Встановлено, що кожний подальший ремонт збільшує втрати в сталі на 5-13%. Це призводить до різкого збільшення теплової напруженості й швидкого порушення ізоляції.
Застосування асинхронних двигунів.
Залежно від призначення, у промисловості найбільший попит мають наступні типи електродвигунів:
- Загальнопромислові – в аграрному секторі, промисловості.
- Кранові – призначені для експлуатації в різних підіймальних і поворотних механізмах, крановому обладнанні.
- Вибухозахищені – використовуються на підприємствах з вибухонебезпечними умовами виробництва: газова, нафтохімічна промисловість, вугільні шахти.
- Електродвигуни спеціального призначення – електричні машини для роботи в умовах граничних температур, підвищеної вологості, запиленості.
