Втрати енергії в перехідних процесах

У перехідних режимах струми, що протікають по обмотках двигуна, істотно перевищують номінальні значення й викликають підвищені втрати енергії, тобто додаткове нагрівання двигуна. Особливо велике значення визначення втрат електроенергії в перехідних процесах має для електроприводів, у яких динамічний режим є основним або займає помітний час протягом циклу (електроприводи прокатних станів, підйомних кранів, шахтних підйомних машин). Втрати енергії за час перехідного процесу

.

де S - відносний перепад швидкості.

Визначимо втрати енергії при пуску, реверсі й гальмуванні двигунів. При пуску двигунів ухолосту ( ) втрати енергії дорівнюють запасу кінетичної енергії, що буде запасатися до кінця пуску в рухомих частинах електропривода

.

Рис. 3.11

При динамічному гальмуванні (s_поч=0, s_кін= 1) весь запас кінетичної енергії перетворюється у втрати енергії, що виділяється у двигуні у вигляді тепла .

При противвімкненні (s_поч=2, s_кін=1) втрати енергії дорівнюють потрійному запасу кінетичної енергії електропривода

.

Втрати енергії при реверсі (s_нач=2, s_кон=0) дорівнюють сумі втрат при гальмуванні противоввімкненням і пуску

.

Існує два основних способи зниження втрат електроенергії в перехідних процесах:

зменшення моменту інерції електропривода;

регулювання швидкості холостого ходу в перехідних процесах.

Зменшити момент інерції привода можна такими способами:

застосуванням малоінерційних електродвигунів, що мають знижений момент інерції якоря або ротора (збільшена довжина якоря й зменшений діаметр);

раціональним конструюванням механічної передачі (вибором оптимального передаточного числа редуктора, раціональних розмірів і форм елементів механічної передачі й конструкційних матеріалів);

заміною одного двигуна двома, що мають половинну потужність замінюваного двигуна (сумарний момент інерції менше моменту інерції одного двигуна на повну потужність). Наприклад, два двигуни типу 4АН200 потужністю по 45 кВт мають сумарний момент інерції 2x1,38=2,76 кГ·м². Двигун 4АН250 потужністю 90 кВт на ту саму швидкість має момент інерції 3,53 кГ·м², що майже на 30% більше.

Рис. 3.12

Найбільш ефективним способом зниження втрат є реалізація керованих перехідних процесів. Розглянемо найпростіший спосіб керування пуском, коли швидкість ідеального холостого ходу задається у два етапи. Такий пуск можливий при використанні двошвидкісного АД.

Втрати енергії в роторі АД при прямому пуску на характеристику II рис.6.12 з урахуванням s_поч=1, s_кін=0

.

Втрати енергії при ступінчатому пуску при розгоні по характеристиці I (перший ступінь пуску) з урахуванням s_поч=1, s_кін=0,

.

Втрати енергії при розгоні по характеристиці II (другий ступінь пуску) з урахуванням s_поч=0,5, s_кін=0

.

Сумарні втрати при двоступінчастому пуску

.

Втрати скоротилися вдвічі в порівнянні з пуском в один ступінь. Крім того, зниження втрат енергії в роторі викликає зниження втрат у статорі АД. Якщо швидкість ідеального холостого ходу в перехідному процесі має n ступенів регулювання, втрати енергії в роторі зменшуються в n раз

,

де w_о - максимальна швидкість ідеального холостого ходу, що відповідає останньому ступеню.

При плавному заданні швидкості ідеального холостого ходу втрати знижуються в 2T_м/t_пп раз. Чим повільніше розгін, тим менше момент, втрати потужності, сумарні втрати за час пуску. Однак це справедливо при відсутності втрат, пов'язаних з наявністю статичного навантаження, які збільшуються з ростом часу пуску.