Расчет энергетических показателей электропривода

Классификация электрических приводов

Основными элементами современного электропривода являются: регулятор (управление процессами), электропреобразователь (преобразование электроэнергии сети), электромеханический преобразователь (преобразование электроэнергии в механическую), механический преобразователь (изменение скорости вращения двигателя), управляющее воздействие и исполнительный орган. Электроприводы классифицируются по следующим признакам:

1. Количество и связи исполнительных органов. Согласно данному признаку электроприводы делятся на индивидуальные, групповые, взаимосвязанные, многодвигательные.
2. Тип управления. Согласно данному признаку электроприводы делятся на автоматизированные, с программноуправляемым электрическим преобразователем, со следящим электропреобразователем, с позиционным электропреобразователем, с адаптивным электропреобразователем.
3. Характер движения. Согласно данному признаку электроприводы делятся на вращательные, линейные и дискретные.
4. Наличие и характер передаточного устройства. Согласно данному признаку электроприводы делятся на редукторные, электрогидравлические и магнитогидродинамические.
5. Род тока. Согласно данному признаку электроприводы делятся на электроприводы постоянного и переменного тока.
6. Степень важности выполняемых функций. Согласно данному признаку электроприводы делятся на главные, вспомогательные и приводы передач.

Автоматизированные электродвигатели делятся на две подгруппы: замкнутые и разомкнутые. Работа замкнутых заключается в том, что все возмущения оказывают воздействие на выходную переменную двигателя, например, скорость. Основное отличие замкнутого от разомкнутого - локальное или общее удаление влияний внешних возмущений на управляемую переменную привода.

Энергетические показатели электропривода, примеры расчета

Основное назначение электропривода - преобразование электроэнергии в механическую и управление данным процессом. Поэтому энергетические показатели имеют первостепенное значение. Любой процесс передачи и преобразования энергии сопровождается ее потерями - входная мощность во всех случаях больше, чем выходная на величину потерь. Как правило, эффективность процесса оценивается при помощи коэффициента полезного действия следующим образом:

$n = Рвых / Рвх = Рвых / (Рвых + Рп) = (Рвх - Рп) /Рвх = 1- (Рп / Рвх)$

где: Рвых - выходная мощность; Рвх - входная мощность; Рп - величина потерь

Важным энергетическим показателем электропривода также является номинальный коэффициент полезного действия, который может быть рассчитан следующим образом:

$nн = Рн / (Рн + Рпн)$

где: Рн - номинальная мощность; Рпн - номинальные потери.

Когда в линии питания электропривода ток и напряжение не совпадают по фазе и имеют несинусоидальную форму, то используется такой энергетический показатель, как коэффициент мощности, рассчитываемый по формуле:

$К = Р / (U * I) = ncosф(j1)$

где: Р - активная мощность; n - коэффициент искажений; j1 - угол сдвига первыми гармониками напряжения и тока; I - действующее значение тока; U - действующее значение напряжения.

Коэффициент искажений рассчитывается следующим образом:

$n = I/I1$

где I1 - действующее значение первой гармоники тока.

Допустим, что необходимо определить переменные и постоянные потери мощности электрического привода с асинхронным двигателем в случае его работы на естественной характеристике, при известных соотношениях сопротивления якоря и добавочного сопротивления, а также момент сопротивления. Порядок расчета выглядит следующим образом: Сначала рассчитывается номинальная угловая скорость по следующей формуле:

$wн = (п * nн) / 30$

где п=3,14; nн - номинальная частота вращения.

Скорость холостого хода рассчитывается по формуле:

$wo = (2 * п * f1) / p$

где: f - частота тока; р - количество пар полюсов магнитного поля.

Отсюда теперь можно рассчитать номинальное скольжение следующим образом:

$Sн = (wo - wн) / wo$

Формула для расчета номинального момента выглядит следующим образом:

$Мн = Рн / wн$

где Рн - номинальная мощность.

В случае линейного рабочего участка механической характеристики статическое скольжение можно рассчитать:

$Sи = (Sн * Мс) / Мн$

где Мс - момент пуска.

Таким образом теперь можно рассчитать переменные потери в заданной точке:

$G = Mc * wo * Sи * (1 + Ro)$

где Ro - соотношение сопротивлений якоря и добавочного.

В номинальном режиме работы потери рассчитываются следующим образом:

$Рпн = (Рн * (1 - кпдн)) / кпдн$

где кпдн - номинальный коэффициент полезного действия.

Переменные потери в номинальном режиме рассчитываются:

$Gн = Мн * wo * Sн * (1 + Ro)$

Формула для расчета постоянных потерь имеет следующим вид:

$К = Рпн - Gн$

Таким образом теперь можно рассчитать потери мощности в заданной точке:

$Рп = G + K$