Электрический двигатель Знания об эффективности двигателя

Рассмотрение потерь двигателя важно по трем причинам:

(1) Потери определяют эффективность двигателя и в значительной степени влияют на эксплуатационные расходы двигателя.

(2) Потеря вызывает нагрев двигателя, и соответствующий уровень повышения температуры определяет максимальный выход энергии, который может быть получен.

(3) Факторы падения давления или тока, связанные с этими потерями, должны быть разумно учтены при проектировании двигателя.

расчет эффективности электродвигателя

Эффективность двигателя определяется следующим образом:

Эффективность = Выход / Ввод...... (1)

Или выражается как формула (2) и формула (3)

Эффективность = (вход I потеря) / вход = 1 - потеря / вход...... (2)

КПД = выход / (выход + потеря)...... (3)

Тип потерь и механизм их возникновения

При непосредственном измерении нагрузки тип передачи и выходной мощности (1) определяет, что эффективность двигателя ограничена или ограничена больше, как правило, путем измерения потерь, используя формулы (2) и (3) для расчета эффективности двигателя. При использовании идентичных методов измерения и расчета эффективность, определяемая путем измерения потерь, может быть использована для сравнения конкурирующих электротехнических продуктов. Некоторые виды потерь, которые обычно необходимо учитывать, включают Ом - потери, механические потери, открытые или пустые потери сердечника и потери от рассеивания нагрузки.

? Ом - потери

Омовые потери, то есть потери I2R, присутствуют во всех обмотках двигателя. Хотя расчеты обычно корректируются путем измерения температуры обмотки в каждой конкретной точке работы, было решено, что эти потери будут рассчитываться с использованием сопротивления постоянного тока обмотки при 75°C. Кроме того, потери обмотки I2R при переменном токе зависят от эффективного (переменного) сопротивления обмотки, которое связано с рабочей частотой и магнитным потоком двигателя. Отклонения от потерь, вызванные различием между сопротивлением постоянного тока и эффективным сопротивлением, учитываются в потерях от рассеивания нагрузки.

Для системы возбуждения синхронного двигателя и двигателя постоянного тока потери в обмотке возбуждения учитываются только в расчете эффективности двигателя; Потери в внешних источниках питания, обеспечивающих возбуждение, включают двигатель как часть электростанции в эффективность электростанции.

Потери I2R тесно связаны с контактными потерями щеток на скользящем кольце и коллекторе. Как правило, в индукционных и синхронных двигателях эта потеря обычно игнорируется, а в промышленных двигателях постоянного тока при использовании углеродных и графитовых щеток с выводами (лепестками) считается, что общее контактное давление щетки падает до постоянного значения 2В.

? Механические потери

Механические потери включают потери трения на щетках и подшипниках, потери, вызванные воздушным сопротивлением. При наличии вентиляционного устройства, будь то с собственным или внешним вентилятором, оно также должно включать в себя мощность, необходимую для циркуляции воздуха в двигателе и системе вентиляции (при вентиляции трубопровода, исключая мощность, необходимую для принудительного прохождения потока через длинные или узкие трубопроводы снаружи двигателя), трение и потери сопротивления могут быть определены путем измерения входной мощности двигателя, когда двигатель работает с соответствующей скоростью, но без нагрузки и возбуждения. Как правило, потери трения и сопротивления ветра сочетаются с потерями сердечника железа и определяются одновременно.

? Потери сердечника в открытом или порожнем состоянии

Потери открытого или холостого сердечника включают в себя живую гистерезис и вихревые потери, вызванные изменением плотности магнитного потока в сердце двигателя только при возбуждении основной обмотки возбуждения.

В двигателях постоянного тока и синхронных двигателях, хотя изменения магнитного потока, вызванные прорезью, также вызывают потери в сердечнике магнита, особенно в полярных сапогах и полюсах сердечника магнита, потеря сердечника в основном ограничивается сердцем якоря или вычисляется только потеря сердечника якоря.

В индукционном двигателе потеря сердечника в основном ограничивается сердцем статора, потеря сердечника в роторе из - за очень низкой частоты сдвига магнитного поля, как правило, незначительна. Потеря открытого сердечника может быть получена путем измерения входной мощности двигателя без нагрузки, работы двигателя на номинальной скорости или частоте и соответствующих условиях магнитного потока или напряжения, а затем вычитания потерь трения и сопротивления ветра, и если двигатель в испытании является самоходным, а также путем добавления потерь I2R от холостого якоря (потери I2R от холостого статора индукционного двигателя).

Как правило, вблизи номинального напряжения измеряются данные функциональной кривой, в которой потери сердечника холостого хода изменяются с напряжением якоря. Можно считать, что при коррекции номинального напряжения при падении сопротивления якоря под нагрузкой (коррекция фазы для двигателя переменного тока) напряжение при нагрузке на сердечник равно значению потерь, измеренному при коррекции. Однако для индукционных двигателей эта поправка обычно устраняется, обычно используется потеря сердечника при номинальном напряжении. Если только для определения эффективности нет необходимости отделять потерю сердечника открытой лопаты от потерь трения и сопротивления ветра, сумма которых в совокупности называется потерей вращения холостой нагрузки.

? Расход нагрузки

Потери от рассеяния нагрузки включают потери, вызванные неравномерным распределением тока в медном проводнике, дополнительные потери сердечника, вызванные искажением магнитного поля током нагрузки, и так далее. Такие потери трудно точно определить. Согласно обычной практике, двигатель постоянного тока обычно получает 1,0% выходной мощности. Для синхронных и индукционных двигателей потери от рассеивания нагрузки обычно определяются несколькими стандартными испытаниями.

Расчет потерь на вихри и гистерезис

Вихревые потери изменяются в квадрате с магнитной плотностью, частотой и толщиной слоя. В нормальных условиях работы вихревые потери могут быть достаточно точно приближены

Pe=Ke(Bmax fδ)2……………（4）

В формуле - толщина листа; Bmax - максимальное значение магнитной плотности; f Частота; КЭ - коэффициент пропорциональности. Коэффициент KE зависит от используемой единицы, объема сердечника и сопротивления сердечника.

Закон изменения потерь гистерезиса может быть представлен только эмпирической формулой. Наиболее часто используемые реляционные выражения (5)

Формула (5): Ks представляет собой коэффициент пропорциональности, в зависимости от характеристик и объема сердечника и используемой единицы; Индекс n находится в диапазоне от 1,5 до 2,5, значение, часто получаемое при оценке в двигателе, составляет 2,0. В формулах (4) и (5) частота может быть заменена скоростью, плотность магнитного потока может быть заменена напряжением, но пропорциональный коэффициент должен быть соответствующим образом изменен.

При нагрузке двигателя магнитный потенциал, создаваемый током нагрузки, может серьезно повлиять на пространственное распределение плотности магнитного потока, и фактические потери сердечника могут значительно увеличиться. Например, гармонический магнитный потенциал вызывает значительные потери в сердце железа вблизи воздушного зазора. Общее увеличение расхода железа обычно классифицируется как часть потерь от рассеивания нагрузки.