Что является нагрузкой для двигателя

Что является нагрузкой для двигателя

Почему необходимо повышать коэффициент мощности?

Коррекция коэффициента мощности

Коэффициент мощности – это отношение полезной (активной) мощности к полной (кажущейся) мощности, потребляемой электрооборудованием объекта или электроустановкой. Он является мерой эффективности преобразования электрической энергии в полезную работу. Идеальное значение коэффициента мощности равно единице. Любая величина, меньшая, чем единица, означает, что для получения желаемого результата необходима дополнительная мощность.

Протекание токов приводит к потерям в генерирующих мощностях и распределительной системе. Нагрузка с коэффициентом мощности 1,0 наиболее эффективно загружает источник, а нагрузка с коэффициентом мощности, к примеру, 0,8 является причиной больших потерь в системе и более высоких расходов на электроэнергию. Сравнительно небольшое улучшение коэффициента мощности может привести к значительному снижению потерь, так как они пропорциональны квадрату тока.

Если коэффициент мощности меньше единицы, это указывает на присутствие так называемой реактивной мощности. Она требуется для получения магнитного поля, необходимого для работы двигателей и других индуктивных нагрузок. Реактивная мощность, которую также можно назвать бесполезной мощностью или мощностью намагничивания, создаёт дополнительную нагрузку на систему электропитания и увеличивает затраты потребителя за электроэнергию.

Низкий коэффициент мощности обычно является результатом сдвига фаз между напряжением и током на выводах нагрузки. Также его причиной может стать высокое содержание гармоник, то есть сильно искажённая форма тока. Коэффициент мощности чаще всего понижается из-за наличия индуктивных нагрузок: асинхронных двигателей, силовых трансформаторов, ПРА люминесцентных ламп, сварочных установок и дуговых печей. Искажения формы тока могут быть результатом работы выпрямителей, преобразователей, регулируемых приводов, импульсных источников питания, газоразрядных ламп или других электронных нагрузок.

Низкий коэффициент мощности из-за индуктивных нагрузок может быть улучшен с помощью оборудования коррекции коэффициента мощности, а низкий коэффициент мощности из-за искажения формы тока требует изменения конструкции оборудования или установки фильтров гармоник. Некоторые преобразователи позиционируются как имеющие коэффициент мощности выше 0,95, тогда как на самом деле их реальный коэффициент мощности находится в пределах от 0,5 до 0,75. Значение 0,95 основано на косинусе угла между напряжением и током и не учитывает провалы в форме тока, которые также приводят к увеличению потерь.

Для работы индуктивной нагрузки необходимо магнитное поле, для создания которого требуется ток, отстающий по фазе от напряжения. Коррекция коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности) – это процесс компенсации отставания тока путём генерации опережающего тока при подключении конденсаторов к системе электроснабжения. При этом величина подключаемой ёмкости выбирается таким образом, чтобы коэффициент мощности был максимально возможно близким к единице.

Подробнее о коэффициенте мощности

Представим себе однофазный асинхронный двигатель. Если он является чисто резистивной нагрузкой для источника, ток будет в фазе с напряжением. Но так не бывает. Двигатель имеет магнитную систему, и ток намагничивания находится не в фазе с напряжением. Ток намагничивания – это ток, который определяет магнитный поток в сердечнике. Будучи не в фазе с напряжением, он заставляет поворачиваться вал двигателя. Ток намагничивания не зависит от нагрузки двигателя, его величина обычно находится в пределах от 20 до 60% от номинального тока двигателя при полной нагрузке, и он не вносит вклад в выполнение двигателем полезной работы.

Рассмотрим двигатель с током потребления 10 А и коэффициентом мощности 0,75. В этом случае полезный ток равен 7,5 А. Полезная мощность двигателя равна 230 х 7,5 = 1,725 кВт, однако общая потребляемая мощность составляет 230 х 10 = 2,3 кВт. Без коррекции коэффициента мощности для получения требуемой мощности 1,725 кВт (7,5 А) должна подаваться мощность 2,3 кВА (10 А). То есть потребляется ток 10 А, но полезную работу выполняют только 7,5 А.

Коэффициент мощности можно определить двумя способами:

  • коэффициент мощности равен частному активной мощности (кВт) и полной мощности (кВА).
  • коэффициент мощности равен косинусу угла между активной мощностью и полной мощностью (cosφ).

Коррекция коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности) – это название технологии, которая используется с начала 20 века для восстановления значения коэффициента мощности до значения, как можно более близкого к единице. Это обычно достигается подключением к сети конденсаторов, которые компенсируют потребление реактивной мощности индуктивными нагрузками и таким образом снижают нагрузку на источник. При этом не должно быть никакого влияния на работу оборудования.

Обычно для уменьшения потерь в системе распределения и снижения расходов на электроэнергию производится компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторов, которые подключаются к сети для максимально возможной компенсации тока намагничивания. Через конденсаторы, содержащиеся в большинстве устройств компенсации реактивной мощности, проходит ток, который опережает по фазе напряжение, обеспечивая таким образом опережающий коэффициент мощности. Если конденсаторы подключаются к цепи, которая работает при отстающем коэффициенте мощности, это отставание соответственно уменьшается.

Обычно значение скорректированного коэффициента мощности находится в пределах от 0,92 до 0,95. Некоторые распределительные энергокомпании поощряют работу при коэффициенте мощности, к примеру, больше 0,9, а некоторые штрафуют потребителей за низкий коэффициент мощности. Имеется много методов достижения данной цели, суть которой сводится к тому, что для снижения потерь энергии в системе распределения потребителю рекомендуется применять коррекцию коэффициента мощности. В настоящее время большинство сетевых компаний штрафуют потребителей при коэффициенте мощности ниже 0,95 или 0,9.

Необходимость повышения коэффициента мощности

При должным образом выполненной коррекции коэффициента мощности достигаются следующие преимущества:

  • экологические: снижение потребления электроэнергии за счёт повышения эффективности её использования. Снижение потребления приводит к уменьшению выбросов парниковых газов и замедлению истощения ресурсов ископаемого топлива для электростанций;
  • уменьшение расходов на электроэнергию;
  • возможность получения большей мощности от имеющегося источника;
  • снижение тепловых потерь в трансформаторах и оборудовании распределения;
  • уменьшение падения напряжения в длинных кабелях;
  • увеличение срока службы оборудования в связи со снижением электрической нагрузки на кабели и другие электрические компоненты.

Методы улучшения коэффициента мощности

Коррекция коэффициента мощности (компенсация реактивной мощности) достигается установкой конденсаторов параллельно двигателю или схеме освещения, которые могут устанавливаться на оборудовании, распределительном щите или на вводе в электроустановку.

Статическая компенсация реактивной мощности может быть достигнута для каждого отдельного двигателя при подключении компенсирующих конденсаторов к пускателю двигателя. При этом при изменении нагрузки двигателя может наблюдаться недо- или перекомпенсация. Статическая компенсация реактивной мощности не должна применяться на выходе регулируемого привода, электронного устройства плавного пуска или преобразователя, так как конденсаторы могут стать причиной выхода из строя электронных компонентов.

При правильно рассчитанной компенсации реактивной мощности не должно быть перекомпенсации. Обычно компенсация реактивной мощности отдельного двигателя рассчитывается исходя из реактивной (намагничивающей) мощности, так как она сравнительно постоянна в отличие от активной мощности, это позволит избежать перекомпенсации.

При применении управления компенсацией реактивной мощности в схеме звезда/треугольник необходимо обратить внимание на то, чтобы конденсаторы не работали в режиме частого подключения и отключения. Обычно устройство компенсации подключается к сети или цепям контактора переключения на треугольник. Устройство компенсации реактивной мощности, подключаемое на вводе электроустановки, состоит из контроллера, измеряющего реактивную мощность и коммутирующего конденсаторы для поддержания значения коэффициента мощности выше заданного значения (обычно 0,95). При применении общей компенсации реактивной мощности другие нагрузки теоретически могут устанавливаться в любом месте сети.

Токовые перегрузки и их влияние на работу и срок службы электродвигателей

Анализ повреждений асинхронных двигателей показывает, что основной причиной их выхода из строя является разрушение изоляции из-за перегрева.

Перегрузка электротехнического изделия (устройства) — превышение фактического значения мощности или тока электротехнического изделия (устройства) над номинальным значением. (ГОСТ 18311-80).

Температура нагрева обмоток электродви гателя зависит от теплотехнических характеристик двигателя и параметров окружающей среды. Часть выделяемого в двигателе тепла идет на нагрев обмоток, а остальное отдается в окружающую среду. На процесс нагрева влияют такие физические параметры, как теплоемкость и теплоотдача .

В зависимости от теплового состояния электродвигателя и окружающего воздуха степень их влияния может быть различной. Если разность температур двигателя и окружающей среды невелика, а выделяемая энергия значительна, то ее основная часть поглощается обмоткой, сталью статора и ротора, корпусом двигателя и другими его частями. Происходит интенсивный рост температуры изоляции . По мере нагрева все больше проявляется влияние теплоотдачи. Процесс устанавливается после достижения равновесия между выделяемым теплом и теплом, отдаваемым в окружающую среду.

Повышение тока сверх допустимого значения не сразу приводит к аварийному состоянию . Требуется некоторое время, прежде чем статор и ротор нагреются до предельной температуры. Поэтому нет необходимости в том, чтобы защита реагировала на каждое превышение тока. Она должна отключать машину только в тех случаях, когда возникает опасность быстрого износа изоляции.

С точки зрения нагрева изоляции большое значение имеют величина и длительность протекания токов, превышающих номинальное значение. Эти параметры зависят прежде всего от характера технологического процесса.

Читать еще:  Двигатель h07d тех характеристики

Перегрузки электродвигателя технологического происхождения

Перегрузки электродвигателя, вызванные периодическим увеличением момента на валу рабочей машины. В таких станках и установках мощность электродвигателя все время изменяется. Трудно заметить сколько-нибудь длительный промежуток времени, в течение которого ток оставался бы неизменным по величине. На валу двигателя периодически возникают кратковременные большие моменты сопротивления, создающие броски тока.

Такие перегрузки обычно не вызывают перегрева обмоток электродвигателя, имеющих сравнительно большую тепловую инерцию. Однако при достаточно большой длительности и неоднократной повторности создается опасный нагрев электродвигателя. Защита должна «различать» эти режимы. Она не должна реагировать на кратковременные толчки нагрузки.

В других машинах могут возникать сравнительно небольшие, но длительные перегрузки. Обмотки электродвигателя постепенно нагреваются до температуры, близкой к предельно допустимому значению. Обычно электродвигатель имеет некоторый запас по нагреву, и небольшие превышения тока, несмотря на продолжительность действия, не могут создать опасной ситуации. В этом случае отключение не обязательно. Таким образом, и здесь защита электродвигателя должна «различать» опасную перегрузку от неопасной.

Аварийные перегрузки электродвигателя

Кроме перегрузок технологического происхождения , могут быть аварийные перегрузки , возникающие по другим причинам (авария в питающей линии, заклинивание рабочих органов, снижение напряжения и др.). Они создают своеобразные режимы работы асинхронного двигателя и выдвигают свои требования к средствам защиты . Рассмотрим поведение асинхронного двигателя в характерных аварийных режимах.

Перегрузки при длительном режиме работы с постоянной нагрузкой

Обычно электродвигатели выбирают с некоторым запасом по мощности. Кроме того, большую часть времени машины работают с недогрузкой. В результате ток двигателя часто значительно ниже номинального значения. Перегрузки возникают, как правило, при нарушениях технологии, поломках, заедании и заклинивании в рабочей машине.

Такие машины, как вентиляторы, центробежные насосы, ленточные и шнековые транспортеры, имеют спокойную постоянную или слабо изменяющуюся нагрузку. Кратковременные изменения подачи материала практически не влияют на нагрев электродвигателя. Их можно не принимать во внимание. Иное дело, если нарушения нормальных условий работы остаются на длительное время.

Большинство электроприводов имеет определенный запас мощности. Механические перегрузки прежде всего вызывают поломки деталей машины. Однако, принимая во внимание случайный характер их возникновения, нельзя быть уверенным, что при определенных обстоятельствах окажется перегруженным и электродвигатель. Например, это может случиться с двигателями шнековых транспортеров. Изменение физико-механических свойств транспортируемого материала (влажность, крупность частиц и т. д.) немедленно отражается на мощности, требуемой на его перемещение. Защита должна отключать электродвигатель при возникновении перегрузок, вызывающих опасный перегрев обмоток.

С точки зрения влияния длительных превышений тока на изоляцию следует различать два вида перегрузок по величине: сравнительно небольшие (до 50%) и большие (более 50%).

Действие первых проявляется не сразу, а постепенно, в то время как последствия вторых проявляются через короткое время. Если превышение температуры над допустимым значением невелико, то старение изоляции происходит медленно. Небольшие изменения в структуре изолирующего материала накапливаются постепенно. По мере возрастания температуры процесс старения значительно ускоряется.

Считают, что перегрев сверх допустимого на каждые 8 — 10°С сокращает срок службы изоляции обмоток электродвигателя в два раза. Таким образом, перегрев на 40°С сокращает срок службы изоляции в 32 раза! Хоть это и много, но обнаруживается оно после многих месяцев эксплуатации.

При больших перегрузках (более 50%) изоляция быстро разрушается под действием высокой температуры.

Для анализа процесса нагрева воспользуемся упрощенной моделью двигателя. Повышение тока вызывает увеличение переменных потерь. Обмотка начинает нагреваться. Температура изоляции изменяется в соответствии с графиком на рисунке. Величина установившегося превышения температуры зависит от величины тока.

Через некоторое время после возникновения перегрузки температура обмоток достигает допустимого для данного класса изоляции значения. При больших перегрузках оно будет короче, при малых — длиннее. Таким образом, каждому значению перегрузки будет соответствовать свое допустимое время, которое можно считать безопасным для изоляции.

Зависимость допустимой длительности перегрузки от ее величины называется перегрузочной характеристикой электродвигателя . Теплофизические свойства электродвигателей разных типов имеют некоторые отличия, также отличаются и их характеристики. На рисунке сплошной линией показана одна из таких характеристик.

Перегрузочная характеристика электродвигателя (сплошная линия) и желаемая характеристика защиты (пунктирная линия)

Из приведенной характеристики можно сформулировать одно из основных требований к защите перегрузок, действующей в зависимости от тока. Она должна срабатывать в зависимости от величины перегрузки. Э дает возможность исключить ложные срабатывания при неопасных бросках тока, возникающие, например, при пуске двигателя. Защита должна срабатывать только при попадании в область недопустимых значений тока и длительности его протекания. Ее желаемая характеристика, показанная на рисунке пунктирной линией, должна всегда располагаться под перегрузочной характеристикой двигателя.

На работу защиты влияет ряд факторов (неточность настройки, разброс параметров и др.), в результате действия которых наблюдаются отклонения от средних значений времени срабатывания. Поэтому пунктирную кривую на графике следует рассматривать как некую среднюю характеристику. Для того чтобы в результате действия случайных факторов характеристики не пересеклись, что вызовет неправильное отключение двигателя, необходимо обеспечить определенный запас. Фактически приходится иметь дело не с отдельной характеристикой, а с защитной зоной, учитывающей разброс времени срабатывания защиты.

С точки зрения точного действия защиты электродвигателя желательно, чтобы обе характеристики были по возможности близки одна к другой. Это позволит избежать ненужное отключение при перегрузках, близких к допустимым. Однако при наличии большого разброса обеих характеристик достигнуть этого невозможно. Для того чтобы не попасть в зону недопустимых значений тока при случайных отклонениях от расчетных параметров, необходимо обеспечить определенный запас.

Характеристика защиты должна располагаться на некотором расстоянии от перегрузочной характеристики двигателя, чтобы исключить их взаимное пересечение. Но при этом получается проигрыш в точности действия защиты электродвигателя.

В области токов, близких к номинальному значению, появляется зона неопределенности. При попадании в эту зону нельзя точно сказать, сработает защита или нет.

Такой недостаток отсутствует у защиты, действующей в функции температуры обмоток. В отличие от токовой защиты она действует в зависимости от причины, вызывающей старение изоляции, ее нагрева. При достижении опасной для обмотки температуры она отключает двигатель независимо от причины, вызвавшей нагрев. Это — одно из главных достоинств температурной защиты .

Однако не следует преувеличивать недостаток токовой защиты. Дело в том, что двигатели имеют определенный запас по току. Номинальный ток электродвигателя всегда ниже того тока, при котором температура обмоток достигает допустимого значения. Его устанавливают, руководствуясь экономическими расчетами. Поэтому при номинальной нагрузке температура обмоток двигателя ниже допустимого значения. За счет этого и создается тепловой резерв двигателя, который в определенной степени компенсирует недостаток тепловых реле.

Многие факторы, от которых зависит тепловое состояние изоляции, имеют случайные отклонения. В связи с этим уточнения характеристик не всегда дают желаемый результат.

Перегрузки при переменном длительном режиме работы

Некоторые рабочие органы и механизмы создают нагрузку, изменяющуюся в больших пределах, как, например, в машинах для дробления, измельчения и других аналогичных операций. Здесь периодические перегрузки сопровождаются недогрузками вплоть до работы на холостом ходу. Каждое увеличение тока, взятое в отдельности, не приводит к опасному росту температуры. Однако, если их много и они повторяются достаточно часто, действие повышенной температуры на изоляцию быстро накапливается.

Процесс нагрева электродвигателя при переменной нагрузке отличается от процесса нагрева при постоянной или слабо выраженной переменной нагрузке. Различие проявляется как в ходе изменения температуры, так и в характере нагрева отдельных частей машины.

Вслед за изменениями нагрузки изменяется и температура обмоток. Из-за тепловой инерции двигателя колебания температуры имеют меньший размах. При достаточно высокой частоте нагрузки температуру обмоток можно считать практически неизменяющейся. Такой режим работы будет эквивалентен длительному режиму с постоянной нагрузкой. При низкой частоте (порядка сотых долей герца и ниже) колебания температуры становятся ощутимыми. Периодические перегревы обмотки могут сократить срок службы изоляции.

При больших колебаниях нагрузки с низкой частотой электродвигатель постоянно находится в переходном процессе. Температура его обмотки изменяется вслед за колебаниями нагрузки. Так как отдельные части машины имеют разные теплофизические параметры, то каждая из них нагревается посвоему.

Протекание тепловых переходных процессов при изменяющейся нагрузке — явление сложное и не всегда поддается расчету. Поэтому о температуре обмоток двигателя нельзя судить по току, протекающему в данный момент времени. Ввиду того, что отдельные части электродвигателя нагреваются по-разному, внутри электродвигателя происходят перетоки тепла из одной ее части в другие. Может быть и так, что после отключения электродвигателя температура обмоток статора будет расти за счет тепла, поступающего от ротора. Таким образом, величина тока может и не отражать степень нагрева изоляции. Следует также принять во внимание, что при некоторых режимах ротор будет нагреваться более интенсивно, а охлаждаться менее интенсивно, чем статор.

Читать еще:  Что такое и как влияет паук на двигатель

Сложность процессов теплообмена затрудняет контроль нагрева электродвигателя . Даже непосредственное измерение температуры обмоток может при некоторых условиях дать погрешность. Дело в том, что при неустановившихся тепловых процессах температура нагрева различных частей машины может быть разной и измерение в одной точке не может дать истинной картины. Тем не менее по сравнению с другими методами измерение температуры обмотки дает более точный результат.

Повторно-кратковременный режим работы можно отнести к наиболее неблагоприятному с точки зрения действия защиты. Периодическое включение в работу предполагает возможность кратковременной перегрузки двигателя. При этом величина перегрузки должна быть ограничена по условию нагрева обмоток не выше допустимого значения.

Защита, «следящая» за состоянием нагрева обмотки, должна получать соответствующий сигнал. Так как в переходных режимах ток и температура могут не соответствовать друг другу, то защита, действие которой основано на измерении тока, не может выполнять свою роль должным образом.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Является ли мощность, потребляемая двигателем при различных условиях нагрузки, постоянной?

Двигатель (постоянного тока / индукционный / синхронный) потребляет больше энергии при работе с более высокой нагрузкой, чем при работе с более низкой нагрузкой? Или энергопотребление остается постоянным / одинаковым в обоих случаях?

Я думаю, что мощность, потребляемая двигателем, должна увеличиваться по мере увеличения нагрузки на двигатель.

Но кто-то сказал мне, что потребляемая мощность остается постоянной. Например, двигатель мощностью 10 кВт всегда будет потреблять 10 кВт независимо от нагрузки на него. Он сказал, что потребляемая мощность составляет P = 3 В I pf (pf = коэффициент мощности) для 3-фазной индукции двигатель. Когда нагрузка увеличивает ток, I увеличивается, но потребляемая мощность остается постоянной, так как V, pf изменяются, чтобы компенсировать увеличение I, чтобы мощность оставалась постоянной.

Пожалуйста, объясните это.

JimmyB

Горячие лижет

транзистор

Ваш друг неверен. Номинальная мощность двигателя — это номинальная мощность, которую двигатель вырабатывает на валу. Это не сила, которую тянет мотор. Также обратите внимание, что это номинальная мощность, что означает, что она не всегда вырабатывает эту мощность, только то, что это максимальная мощность, на которой двигатель может безопасно работать непрерывно. Входная мощность двигателя будет варьироваться в зависимости от нагрузки.

LT O’Banion

Не позволяйте запаздыванию индуктивного тока (кажущейся мощности) запутать проблему. Закон Ома все еще применяется.

Когда вы прикладываете напряжение к двигателю, результирующее движение генерирует «обратную электродвижущую силу» на катушки; его вращение возвращает сопротивление, которое регулирует ток, пропорционально скорости двигателя.

Если внешняя нагрузка снижает скорость вращения двигателя, что «обратный ЭДС» уменьшаются ( сопротивление двигателя уменьшается ), увеличивая ток для того , чтобы поддерживать на напряжение , и таким образом мощность увеличивается .

Ambiorix

«Например, двигатель 10 кВт всегда будет потреблять 10 кВт независимо от нагрузки на него. Он сказал, что потребляемая мощность составляет P = 3 VIpf (pf = коэффициент мощности) для 3-фазного асинхронного двигателя».

Если бы это было так, двигатели, которые мы знаем сейчас, вероятно, не существовали бы.

Поскольку V является постоянным, произведение (I x PF) также должно оставаться постоянным. Поскольку коэффициент мощности варьируется от 0 до 1, двигатель будет работать с невероятно низким коэффициентом мощности при полной нагрузке. Вы могли бы решить эту проблему только в том случае, если бы двигатели имели невероятно большой размер, или если бы PF входил в стандартную комплектацию каждого двигателя.

Ли Аунг Йип

В устойчивом состоянии подводимая к двигателю электрическая мощность точно равна выходной механической мощности на валу двигателя за вычетом любых потерь.

Вы можете прийти к такому выводу, рассматривая вопрос сохранения энергии. Если бы мощность, подводимая к двигателю, была больше, чем мощность, потребляемая нагрузкой, дополнительная мощность должна была бы куда-то уходить. (В реальной жизни избыточная мощность сохраняется в виде кинетической энергии — двигатель ускоряется.)

Чтобы проиллюстрировать, что мощность на входе пропорциональна мощности, см. Примерные кривые двигателя ниже. Обратите внимание, что входная мощность двигателя (красная кривая) примерно пропорциональна выходной мощности. Также обратите внимание, что мощность без нагрузки составляет 12 100 Вт — это представляет потери двигателя без нагрузки, то есть потери на трение, потери в стали, потери в меди.

Jasen

Вы правы, а кто-то не прав. двигатель без нагрузки потребляет небольшой ток, а также имеет низкий коэффициент мощности. при нагрузке коэффициент мощности увеличивается, а потребление тока увеличивается.

потребляемая мощность — скользкий термин, например, первый закон термодинамики ставит ее в 0

Двигатели вырабатывают тепло в основном за счет электрического сопротивления, поэтому нагревание пропорционально току, протекающему через двигатель, ток в основном пропорционален крутящему моменту, что также увеличивается с нагрузкой.

Поместите большой мотор, такой как пылесос или циркулярная пила, на длинный провод с лампой накаливания. ночью включите двигатель, и вы увидите, что лампа тускнеет, а затем снова загорелась, если это доказательство того, что он создает переменную нагрузку. Аналогичным экспериментом может быть купол с карманным фонариком для электродвигателя вентилятора и резистором 10 Ом, включенным последовательно с батареей. (медленно включите вентилятор и посмотрите, как гаснет лампа)

Единственное, что может быть постоянным, это реактивная мощность

Что является нагрузкой для двигателя

Кроме электромагнитного момента на механическую часть электропривода действуют статические нагрузки, которые делятся на силы и моменты механических потерь и силы и моменты полезных нагрузок исполнительных механизмов:

(2.9)

где первая составляющая суммы является суммарными потерями в двигателе и в исполнительном механизме, а вторая – суммарным приведённым моментом полезной нагрузки.

По характеру взаимодействия с электроприводом различаются активные и реактивные силы и моменты.

Активными силами и моментами называются силы и моменты, величина и направление которых не зависит от движения электропривода; например, силы и моменты, создаваемые перемещаемым по вертикали грузом. Механическая характеристика такого вида статической активной нагрузки изображена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Активные нагрузки электропривода неуравновешенного (а) и уравновешенного (б) подъемных механизмов.

В зависимости от соотношения масс и двигатель работает в тормозном ( ) или двигательном ( ) режимах.

Силы и моменты, возникающие как реакции на движение электропривода, называются реактивными. Направление их всегда противоположно направлению движению электропривода. По характеру зависимости от скорости реактивных сил и моментов различают нагрузки типов сухого трения (рис. 2.6):

Рис. 2.6. Реактивные нагрузки: сухое трение (а) и момент резания (б).

В момент трогания силы сухого трения могут превышать свои значения при движении (рис. 2.6а).

Силы и моменты вязкого трения зависят от скорости линейно (рис. 2.7):

(2.10)

Рис. 2.7. Момент нагрузки типа вязкого трения.

Момент внутреннего вязкого трения:

(2.11)

и – скорости на входе и выходе деформируемого элемента.

По характеру влияния на механические колебания все силы и моменты делятся на консервативные и диссипативные.

При действии консервативных сил и моментов не происходит поглощение колебаний. Например, сила тяжести является консервативной силой, т. к. работа, осуществляемая этой силой за период колебаний, всегда равна нулю.

При действии диссипативных сил происходит поглощение энергии колебаний. Примером является вязкое трение, т.к. при изменении знака скорости изменяется и знак момента, а механическая мощность сохраняет положительный знак, что соответствует поглощению колебаний.

На практике распространённой является вентиляторная нагрузка (рис. 2.8):

Рис. 2.8. Зависимость момента от скорости при вентиляторной нагрузке

(2.12)

Коэффициент полезного действия (КПД) механизма: ηмех1η2η3 . где η1, η2, η3 – КПД элементов кинематической цепи.

Если известен полезный момент нагрузки механизма Mмех, то для прямого направления энергии приведённый к валу двигателя момент статической нагрузки можно определить из равенства:

( – момент механических потерь в двигателе.)

(2.13)

— общее передаточное число от двигателя к рабочему органу механизма.

При обратном направлении потока энергии, когда нагрузка является активной и двигатель должен работать в тормозном режиме, уравнение баланса мощностей можно записать как:

(2.14)

Момент механических потерь в двигателе невелик, он составляет 1-5% номинального момента двигателя. Во многих практических случаях полагают , т.к. точность определения момента Mмех невелика и он рассчитывается с некоторым запасом. При этом формулы приведения момента статической нагрузки к валу двигателя принимают вид:

— для прямого направления передачи энергии (двигательный режим работы)

(2.15)

— для обратного направления (тормозной режим работы)

(2.16)

Если рабочий орган движется поступательно, то уравнение баланса мощностей имеет вид (ΔМ=0):

(2.17)

Соответственно для обратного направления потока механической энергии

(2.18)

Необходимо иметь в виду, что КПД передач зависит от нагрузки, а для червячного зацепления – и от направления передачи энергии, поэтому при расчётах следует использовать соответствующие зависимости η от полезной нагрузки передач.

Читать еще:  Электронный датчик оборотов двигателя

Увеличение энергоэффективности путем компенсации реактивной мощности

Мы работаем
по всей России

Необходимость увеличения энергоэффективности промышленного производства становится все более актуальной. Это обусловлено все большим дефицитом и увеличением стоимости энергоресурсов, ростом объемов производства и в конце концов необходимостью увеличения конкурентоспособности предприятия за счет уменьшения энергоемкости производства.

Большинство промышленных потребителей электроэнергии наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и является бесполезной. Наличие в электросети реактивной мощности снижает качество электроэнергии, приводит к увеличению платы за электроэнергию, дополнительным потерям и перегреву проводов, перегрузке подстанций, необходимости завышения мощности силовых трансформаторов и сечения кабелей, просадкам напряжения в электросети.

В настоящее время нагрузкой электрической сети переменного тока промышленных предприятий в основном являются асинхронные двигатели и распределительные трансформаторы, имеющие значительную индуктивность. Поэтому данные устройства в процессе работы за счет ЭДС самоиндукции генерируют реактивную мощность, которая, совершая колебательные движения от нагрузки к источнику (генератору) и обратно, распространяется по сети.

Индукционные приемники энергии или потребители реактивной мощности

  • Трансформатор. Он является одним из основных звеньев в передаче электроэнергии от источника электрической энергии до потребителя и предназначен для преобразования посредством электромагнитной индукции системы переменного тока одного напряжения в систему переменного тока другого напряжения при неизменной частоте и без существенных потерь мощности.
  • Асинхронный двигатель. Асинхронные двигатели наряду с активной мощностью потребляют до 65% реактивной мощности энергосистемы.
  • Индукционные печи. Это крупные электроприемники, требующие для своего действия большое количество реактивной мощности. Индукционные печи промышленной частоты часто используются для плавки металлов.
  • Преобразовательные установки, преобразующие переменный ток в постоянный при помощи выпрямителей. Данные установки широко применяются на промышленных предприятиях и железнодорожном транспорте, использующем постоянный ток.

Потребителя обычно интересует активная мощность в нагрузке, которая и определяет полезную работу. Генерация нагрузкой реактивной мощности повышает полную мощность, проходящую по сети. Полная мощность (S) равна корню из геометрической суммы P — активной мощности и Q — реактивной мощности.

Генерация реактивной мощности нагрузкой сопровождается отрицательными явлениями, такими как:

  • повышение активных потерь (т. к. величина полной мощности повышается);
  • снижение нагрузочной способности (т. к. увеличивается токовая нагрузка на питающий кабель и распределительный трансформатор);
  • большее падение напряжения (из-за увеличения реактивной составляющей тока питающей сети).

Хотя на выработку реактивной мощности не тратится энергия генератора, но для передачи ее по сети требуется дополнительная, активная энергия генератора. Дополнительный реактивный ток, проходя по сети, вызывает не только активные потери мощности в проводах сети и генератора, но и уменьшает допустимую активную составляющую тока питающей сети, т. к. сечение питающего кабеля рассчитано под максимальную нагрузку. Уровень реактивной мощности двигателей, генераторов и сети предприятия в целом характеризуется коэффициентом мощности cos φ — это численное отношение активной мощности к полной мощности: cos φ = P/S. Например: cos φ асинхронных двигателей составляет примерно 0,7; cos φ сварочных трансформаторов — примерно 0,4; cos φ станков не превышает 0,5 и т. д. Поэтому полное использование мощностей сети возможно только при компенсации реактивной составляющей мощности.

К чему приводит отсутствие компенсации реактивной мощности у потребителей

  • У трансформаторов при уменьшении cos φ уменьшается пропускная способность по активной мощности вследствие увеличения реактивной нагрузки.
  • Увеличение полной мощности при снижении cos φ приводит к возрастанию тока и, следовательно, потерям мощности, которые пропорциональны квадрату тока.
  • Увеличение тока требует повышения сечений проводов и кабелей, растут капитальные затраты на электрические сети.
  • Увеличение тока при снижении cos φ ведет к увеличению потери напряжения во всех звеньях энергосистемы, что вызывает понижение напряжения у потребителей.
  • На промышленных предприятиях понижение напряжения нарушает нормальную работу электроприемников. Снижается частота вращения электродвигателей, что приводит к снижению производительности рабочих машин, уменьшается производительность электрических печей, ухудшается качество сварки, снижается световой поток ламп, уменьшается пропускная способность заводских электрических сетей, а как итог — ухудшается качество продукции.

Применение емкостных компенсаторов реактивной мощности позволяет снизить объем потребляемой индуктивной реактивной мощности и добиться экономического эффекта в вопросах энергосбережения. Существует несколько способов снижения реактивной мощности, однако применение для этих целей именно конденсаторных установок представляется наиболее предпочтительным. Конденсаторные установки имеют малые потери, просты в наладке и эксплуатации, их можно подключить в любой точке электросети. С их помощью можно компенсировать практически любой объем реактивной мощности.

Принцип работы емкостного компенсатора реактивной мощности заключается в том, что реактивная мощность при этом уже не перемещается между генератором и нагрузкой, а совершает локальные колебания между реактивными элементами — индуктивными обмотками нагрузки и емкостным компенсатором. При этом для снижения потерь, вызываемых перетоком реактивной мощности, необходимо компенсатор располагать как можно ближе к нагрузке.

В качестве коммутирующего элемента в конденсаторных установках могут применяться контакторы или тиристоры.

Контакторные конденсаторные установки получили наиболее широкое распространение в силу более простой реализации и низкой стоимости по сравнению с тиристорными (статическими) конденсаторными установками. Однако на промышленных предприятиях довольно часто нагрузка имеет резкопеременный характер, в таких случаях контакторные компенсаторы малоэффективны из-за недостаточного быстродействия механики контакторов. Более того, контакторы имеют ограниченное расчетное количество срабатываний, что при интенсивных переключениях приводит к преждевременному выходу из строя компенсатора.

Указанных выше недостатков контакторных компенсаторов лишены тиристорные компенсаторы реактивной мощности. Тиристоры обладают гораздо большим быстродействием, что позволяет выполнять компенсацию реактивной мощности в условиях быстропеременной нагрузки. А также не имеют ограничений на количество переключений, так как являются полностью электронными элементами, без движущихся механических частей. А то, что коммутация конденсаторов в тиристорных конденсаторных установках происходит при нулевом значении тока, значительно увеличивает срок службы как конденсаторных батарей, так и всей установки в целом.

НПП «РУМИКОНТ» производит тиристорные компентаторы реактивной мощности (ТКРМ) в диапазоне 50 . 1000 кВАр для трехфазных электрических сетей 380 В и 660 В.

Тиристорный компенсатор ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4

номинальная мощность 500 кВАр,

напряжение питания 380 В, номинальный потребляемый ток 750 А

Тиристорный компенсатор ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4

(компоновка шкафов — вид спереди)

Тиристорный компенсатор ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4

(компоновка шкафов — вид сзади)

Модуль тиристорного компенсатора мощностью 120 кВАр

Состав: емкости компенсации, предохраниети, тиристоры,

формирователь импульсов управления тиристорами,

ТКРМ-500/0,4-07-90-Д-УХЛ4 является законченным комплектным устройством, однако требует подключения трансформаторов тока по двум фазам для измерения и регулирования мощности. Состоит из системы управления, панели индикации, четырех регулируемых блоков и одного нерегулируемого блока с конденсаторами.

Тиристорный компенсатор реактивной мощности укомплектован вводным автоматическим выключателем, обеспечивающим защиту ТКРМ от сверхтоков, а также защиту оборудования подстанции от внутренних коротких замыканий в ТКРМ.
Каждый из конденсаторных блоков снабжен дополнительно предохранителями, установленными в двух фазах. Предохранители обеспечивают селективную защиту ТКРМ от сверхтоков внутри отдельных блоков. Защита от перенапряжений осуществляется блоком варисторов, которым укомплектован стационарный блок. Микропроцессорная система управления укомплектована внутренними датчиками, позволяющими отследить пропадание напряжения собственных нужд и отключить ТКРМ.

На панели индикации отображаются следующие параметры:

  • линейное напряжение a-b, В;
  • линейное напряжение b-c, В;
  • ток нагрузкм фазы а, А;
  • ток нагрузки фазы с, А;
  • ток конденсаторной батареи фазы а;
  • ток конденсаторной батареи фазы с;
  • коэффициент мощность (cos φ);
  • реактивная мощность, вКАр;
  • активная мощность, кВт;
  • полная мощность, кВА.

В современных сетях электроснабжения из-за нелинейности нагрузки (например при работе импульсных стабилизаторов и преобразователей электроэнергии) возникают высшие гармоники тока, которые по своей величине часто становятся соизмеримыми с основной гармоникой. Конденсаторы установок компенсации реактивной мощности в совокупности с индуктивностью нагрузки могут образовывать колебательные контуры, близкие по частоте резонанса к частоте одной из высших гармоник. Это приводит к значительному увеличению тока конденсаторов и существенно сокращает их срок службы. Перенапряжения, возникающие при резонансе на элементах конденсаторной установки и нагрузки могут привести к пробою изоляции. Для устранения подобных проблем, а также для оптимизации характеристик компенсатора, до внедрения ТКРМ выполняется исследование электросети заказчика. Для подавления резонансов применяются реакторы, настроенные на частоту наиболее значительных гармоник.

Ниже приведены реальные результаты исследования электросети потребителя до и после внедрения ТКРМ.

Суточный график потребления активной (P) и реактивной (Q) мощности производственного участка

до внедрения компенсатора реактивной мощности

Суточный график коэффициента мощности (cos φ) производственного участка

до внедрения компенсатора реактивной мощности

Суточный график потребления активной (P) и реактивной (Q) мощности производственного участка

после внедрения компенсатора реактивной мощности

Суточный график коэффициента мощности (cos φ) производственного участка

после внедрения компенсатора реактивной мощности

Технические характеристики моделей тиристорных компенсаторов реактивной мощности

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector