1.1.2 Основные энергетические характеристики электропривода

1) Цикловой КПД электропривода.

При работе электропривода происходит преобразование энергии. В двигательном режиме из электрической в механическую, в генераторном (тормозном) – наоборот. Преобразование энергии всегда сопровождается потерями. Экономичность преобразования энергии в любом известном цикле движения характеризует цикловой КПД электропривода - . Он представляет собой отношение полезной мощности за цикл -к потребленной за этот же время энергии от сети или источника -.

;

;

Таким образом, цикловой КПД:

(1.3)

При определении циклового КПД, началу и концу цикла должна соответствовать одна и та же запасенная энергия в электромеханической системе. В целом же, величина КПД зависит как от момента, так и от скорости, поэтому основной характеристикой электропривода является номинальное значение КПД.

Если на  определенных участках работы мощность потребляемой энергии  и механическая мощность были постоянные, то (1.3) можно записать:

(1.4)

При переменных значениях мощностейисотношение (1.4) характеризует мгновенный КПД.

Если на определенных участках цикла энергия передается от рабочего органа в сеть, то в этом случае цикловой КПД отображает экономичность обратного преобразования энергии (из механической в электрическую):

Поскольку ЕМС состоит из силового электрического преобразователя,  электромеханического преобразователя (двигателя) и механической части, которые характеризуются своими потерями, а значит и своим КПД,  общий КПД всей ЕМС:

(1.5)

где –КПД силового электрического преобразователя;

–мощность на выходе силового электрического преобразователя;

–КПД электромеханического преобразователя (двигателя);

–мощность на выходном валу двигателя;

 –КПД механической части.

Однако каждая из составляющих общего η - величина не постоянная, а зависит прежде всего от нагрузки устройства, скорости рабочих  органов и других факторов. Для номинального режима работы устройства значения определяется по паспортным характеристикам.

Таким образом, цикловой КПД является мерой экономичности преобразования энергии электроприводом, мерой полезного использования потребляемой из сети энергии. Универсальной формулой для его определения является формула (1.3).

2) Энергетическая эффективность электропривода как приемника (потребителя) энергии от электрической сети.

Кроме экономичности преобразования энергии электроприводом, важное значение имеет анализ экономичности потребления энергии от сети. В процессе создания механической мощности в электродвигателях часть энергии теряется на пути от источника питания к электроприводу.  Наиболее существенны эти потери в системах, которые питаются от сети переменного тока. Большая часть промышленных устройств потребляют из электрической сети полную мощность , т.е. по сети протекает как активная мощность Р так и реактивная мощность Q индуктивного характера.

Потери мощности в активных сопротивленияхисточника энергии, питающей линии и приемника определяются полным  током  I, протекающим в сети. Ихможно разложить на составляющие, а именно:

где Pа - потери активной мощности за счет передачи по сети активной мощности Р;

Pp - дополнительные потери активной мощности за счет передачи по сети реактивной мощности Q, пропорциональные ее квадрату.

Составляющая реактивного тока в полном токе увеличивает потери энергии в элементах системы питания и в электроприводе. Поэтому экономичность потребления активной мощности на переменном токе определяется , являющимся энергетической характеристикой электропривода,.

Еще  менее экономно передается  энергия, если при регулировании  искажается форма синусоидального тока (при импульсном питании  или использовании силовых тиристорных преобразователей). Активная мощность при периодических  несинусоидальных токах равняется сумме  активных мощностей  всех гармоник:

(1.6)

Отношение активной мощности к полной характеризуется коэффициентом мощности:

. (1.7)

При отсутствии высших гармоник он совпадает с . В противном случае:

, (1.8)

где –фазовый сдвиг между первыми гармониками напряжения и тока;

–коэффициент нелинейности, представляющий собой отношение действующего значения первой (основной) гармоники тока к действующему значению несинусоидального периодического тока.

Литература: 1, с. 438-440; 2, с. 338-339.

СРС: Потери мощности при несинусоидальной форме напряжения.

Литература: 1, с. 438-440; 2, с. 338-339.

Контрольные вопросы:

1. Назовите составляющие баланса мощностей.

2. Что определяет цикловой КПД?

3. Приведите типичные диаграммы энергетических потоков.

4. Как оценить эффективность потребления энергии.

5. Как определяется коэффициент мощности?

ЛЕКЦИЯ 2

Потери энергии в электроприводе