Влияние загрузки электродвигателей на коэффициенты полезного действия и мощности

Запас по мощности вообще или неполная загрузка электродвигателя вызывают ухудшение коэффициентов полезного действия и мощности. Фактические значения этих коэффициентов необходимо бывает знать для определения величин активной и реактивной мощностей, потребляемых электродвигателем из сети.

Коэффициент полезного действия электродвигателей при нагрузках, меньших номинальной, может быть определен по формуле:

где ηном — номинальный к. п. д. электродвигателя.

Для определения β пользуются формулой:

где Кз — отношение фактической нагрузки к номинальной (коэффициент загрузки);

α — коэффициент, принимаемый равным:

• для электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением — от 0,5 (для тихоходных) до 1 (для быстроходных);

• для электродвигателей с параллельным возбуждением — от 1 (для тихоходных) до 2 (для быстроходных);

• для асинхронных электродвигателей — от 0,5 до 1; для крановых и синхронных электродвигателей — до 2.

Значения коэффициента мощности асинхронного электродвигателя зависят от многих факторов и, строго говоря, различны для каждого электродвигателя даже одного и того же типа.

Однако в условиях проектирования достаточно знания лишь примерных средних значений коэффициента мощности в зависимости от предполагаемых нагрузок.

Из упрощенной круговой диаграммы получается следующая зависимость:

Обозначения — см. рис. 1.

К3— коэффициент загрузки.

Рис. 1. Кривые к. п. д. асинхронных различных электродвигателей в зависимости от нагрузки.

Рис. 2. Кривые коэффициента мощности асинхронных электродвигателей в зависимости от нагрузки.

Кривые зависимости η и cosφ от нагрузки для наиболее употребительных типов асинхронных электродвигателей даны на рис. 1 и 2.

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:

Источник

2.3. Расчет коэффициента загрузки двигателя

Определим коэффициент загрузки двигателя:

где,— требуемая мощность, кВт— мощность двигателя, кВт

=0,99

Коэффициент загрузки показывает, что двигатель используется достаточно эффективно.

3. Кинематическая схема привода к рабочему органу. Основные характеристики привода

Схема привода к рабочему органу

Рис. 9.1. Схема гидравлической системы скрепера:

1 — гидробак, 2 — основной насос. 3 — основной распределитель, 4 — гидроцилиндры подъема и опускания ковша, 5 — гидроцилиндры заслонки, 6 — гидроцклиндр задней стенки

Гидросистема скрепера (рис. 9.1) состоит из двух обособленных частей, одну из которых монтируют на тракторе, другую — на скрепере. Первая часть состоит из привода (насоса 2), управления (распределителя 3) и вспомогательного оборудования (масляного бака 1). Вторая часть включает в себя исполнительные механизмы (гидроцилиндры 4, 5 и 6) и связывающие их трубопроводы. Между собой части трубопроводов гидросистемы соединены гибкими рукавами.

Гидроцилиндр 6 разгружающей стенки ковша размещен внутри металлоконструкции буфера. Он выдвигает заднюю стенку вперед для разгрузки ковша и возвращает ее после разгрузки в исходное положение. Гидроцилиндры 4 опускают ковш для загрузки и заглубляют его ножи в грунт, а также поднимают ковш после загрузки в транспортное положение. В процессе загрузки при помощи гидроцилиндров изменяют толщину срезаемой стружки грунта, поднимая и опуская ковш. Гидроцилиндры 5 приподнимают заслонку ковша при его загрузке и опускают заслонку по окончании загрузки для удержания набранного фунта в ковше. Перед разгрузкой гидроцилиндры полностью поднимают заслонку, благодаря чему фунт с заслонки и из передней части ковша высыпается на землю перед его ножами.

4. Определение эксплуатационной производительности машины за смену

1.9. Расчет производительности скрепера

Поскольку скрепер является машиной циклического действия, то эксплуатационная производительность будет определяться по формуле:

, м 3 /смен

Предварительно определим время цикла по формуле:

t_пов— время поворота или изменения движения (8. 10), с,

= 366с.

= 295 м 3 / смена.

Библиографический список

1. Шестопалов К.К. «Строительные и дорожные машины» 2008 г.

2.И. Ф. Дьяков «СТРОИТЕЛЬНЫЕ И ДОРОЖНЫЕ МАШИНЫ И ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ» Ульяновск 2007г.

3.А. Н. Дроздов «Строительные машины и оборудование» 2012 г.

4. Учебное пособие Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» ВолгГТУ Волгоград 2013.

Источник

Анализ влияния коэффициента загрузки асинхронных двигателей на потребление реактивной мощности

Анализ влияния коэффициента загрузки асинхронных двигателей на потребление реактивной мощности

Содержание

Наиболее распространенными электроприемниками на промышленных предприятиях являются асинхронные электродвигатели:

Именно режимы работы асинхронных двигателей зачастую оказывают существенное влияние на общую реактивную мощность, потребляемую промышленным предприятием, и, как следствие, на величину коэффициента реактивной мощности tgϕ промышленного предприятия, значение которого нормируется в [2] в зависимости от уровня номинального напряжения электрической сети.

В связи с этим представляется целесообразным проанализировать потребление реактивной мощности асинхронными двигателями с тем, чтобы в дальнейшем выработать рекомендации по их рациональной эксплуатации, которые бы были направлены на естественное уменьшение реактивной мощности, потребляемой электродвигателями, и, в конечном итоге, на снижение величины tgϕ промышленного предприятия в целом.

Определение реактивной мощности

В общем случае реактивная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, складывается из двух составляющих:

Реактивная мощность определяется по формуле:

Из формулы (1) следует, что реактивная мощность Q₀ не зависит от нагрузки, в то время как реактивная мощность Q_p изменяется пропорционально квадрату коэффициента загрузки асинхронного двигателя.

В [3] приводятся формулы для определения составляющих реактивной мощности Q₀ и Q_p, потребляемой асинхронным двигателем.

На основании данных формул в результате ряда математических преобразований нами была получена формула для определения коэффициента реактивной мощности асинхронного двигателя:

Из формулы (2) видно, что коэффициент реактивной мощности асинхронного двигателя зависит от величины его коэффициента загрузки.

Расчет и анализ основных показателей реактивной мощности

Основание для проведения расчетов по методике:

В ходе анализа полученных результатов было установлено, что относительное значение тока холостого хода и величина tgϕ оказались примерно одинаковыми для групп асинхронных двигателей следующих серий:

В результате получили следующие результаты расчетов:

Аналогичные расчеты были проведены для асинхронных двигателей серий 4А и АИ основного исполнения с синхронными частотами вращения n=1500; 1000; 750 об/мин:

Из графиков рис. 1 и 2 нетрудно видеть, что значение коэффициента реактивной мощности асинхронных двигателей увеличивается также с уменьшением их номинальной мощности. Это обусловлено тем, что конструктивное исполнение асинхронных двигателей таково, что с уменьшением их номинальной мощности увеличивается относительная величина воздушного зазора и соответственно относительная величина потребляемой ими реактивной мощности.

Кроме того, сравнение графиков зависимости tgϕ = f(k₃) для асинхронных двигателей серий 4А и АН позволило установить:

Предложения и решения по улучшению реактивной мощности из практики

Следует отметить, что на сегодняшний день в условиях снижения объемов промышленного производства значительная доля реактивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями на промышленных предприятиях, обусловлена их малой загрузкой.

Поэтому при проведении энергетических обследований (энергоаудита) промышленных предприятий, осуществляемых в соответствии с Федеральным законом №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» [7], необходимо:

При систематической недогрузке асинхронных двигателей на промышленных предприятиях в первую очередь должны быть приняты меры по увеличению их загрузки путем рационализации технологического процесса и увеличения загрузки производственного оборудования.

Если после реализации данных мероприятий номинальная мощность асинхронных двигателей остается существенно завышенной по отношению к их мощности нагрузки, то должна производиться замена малозагруженных асинхронных двигателей электродвигателями меньшей номинальной мощности.

По опыту эксплуатации асинхронных двигателей считается:

Анализ зависимости tgϕ=f(k₃) для асинхронных двигателей серий 4А и АИ подтверждает справедливость данных рекомендаций.

В случае невозможности замены малозагруженных асинхронных двигателей электродвигателями меньшей номинальной мощности целесообразным может оказаться снижение напряжения на их зажимах.

Снижение напряжения, подводимого к обмоткам асинхронного двигателя, до определенного минимально допустимого значения приводит к уменьшению реактивной мощности, потребляемой электродвигателем, за счет уменьшения тока намагничивания.

При этом одновременно снижаются потери активной мощности и, следовательно, увеличивается КПД электродвигателя.

На практике известны следующие способы снижения напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей:

К числу мероприятий, направленных на рационализацию работы асинхронных двигателей, можно также отнести ограничение длительности холостого хода. Если промежутки работы асинхронных двигателей на холостом ходу достаточно велики, то целесообразно на это время отключать электродвигатели от сети. Потребление активной и особенно реактивной мощности при этом значительно снижается.

Таким образом, проведение мероприятий по рационализации работы асинхронных двигателей на промышленных предприятиях должно быть направлено на естественное уменьшение величины потребляемой ими реактивной мощности, снижение tgϕ асинхронных двигателей и, тем самым, должно способствовать поддержанию нормируемых значений коэффициента реактивной мощности в промышленных электрических сетях и значительному повышению общей энергетической эффективности промпредприятий.

Источник

Что такое коэффициент загрузки двигателя по мощности

Энергетика Регулирующие эффекты нагрузки приемников электроэнергии

Статические характеристики асинхронных двигателœей

Наибольшее влияние на характер статических характеристик асинхронного двигателя оказывают номинальная мощность двига­теля, его коэффициент загрузки и коэффициент, учитывающий из­менение момента сопротивления производственного механизма при изменении скорости вращения ротора двигателя.

На рис. 19.6 и 19.7 показаны зависимости регулирующих эффек­тов нагрузки АД по активной а₁ и по реактивной b_1л мощности от его коэффициента нагрузки k_з при коэффициенте сопротивления механизма α = 0.

Изменение напряжения на зажимах двигателя на 1 % от номи­нального приводит к изменению в ту же сторону потребляемой ак­тивной мощности на 0,05. 0,35%, а реактивной мощности — на 0,8. 3,2% при изменении k_з от 1 до 0.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, снижение напряжения, подводимого к АД, в допустимых пределах может привести к снижению потребления мощности. При этом эффективность снижения потребления реак­тивной мощности увеличивается с уменьшением номинальной мощ­ности и коэффициента загрузки двигателя.

В табл. 19.3 приведены значения регулирующих эффектов нагруз­ки а₁, b_Л1 нескольких видов приемников электроэнергии.

Содержание

Наиболее распространенными электроприемниками на промышленных предприятиях являются асинхронные электродвигатели:

Именно режимы работы асинхронных двигателей зачастую оказывают существенное влияние на общую реактивную мощность, потребляемую промышленным предприятием, и, как следствие, на величину коэффициента реактивной мощности tgϕ промышленного предприятия, значение которого нормируется в [2] в зависимости от уровня номинального напряжения электрической сети.

В связи с этим представляется целесообразным проанализировать потребление реактивной мощности асинхронными двигателями с тем, чтобы в дальнейшем выработать рекомендации по их рациональной эксплуатации, которые бы были направлены на естественное уменьшение реактивной мощности, потребляемой электродвигателями, и, в конечном итоге, на снижение величины tgϕ промышленного предприятия в целом.

Определение реактивной мощности

В общем случае реактивная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, складывается из двух составляющих:

Реактивная мощность определяется по формуле:

Из формулы (1) следует, что реактивная мощность Q не зависит от нагрузки, в то время как реактивная мощность Q_p изменяется пропорционально квадрату коэффициента загрузки асинхронного двигателя.

В [3] приводятся формулы для определения составляющих реактивной мощности Q и Q_p, потребляемой асинхронным двигателем.

На основании данных формул в результате ряда математических преобразований нами была получена формула для определения коэффициента реактивной мощности асинхронного двигателя:

Из формулы (2) видно, что коэффициент реактивной мощности асинхронного двигателя зависит от величины его коэффициента загрузки.

Расчет и анализ основных показателей реактивной мощности

Основание для проведения расчетов по методике:

В ходе анализа полученных результатов было установлено, что относительное значение тока холостого хода и величина tgϕ оказались примерно одинаковыми для групп асинхронных двигателей следующих серий:

В результате получили следующие результаты расчетов:

Аналогичные расчеты были проведены для асинхронных двигателей серий 4А и АИ основного исполнения с синхронными частотами вращения n=1500; 1000; 750 об/мин:

Из графиков рис. 1 и 2 нетрудно видеть, что значение коэффициента реактивной мощности асинхронных двигателей увеличивается также с уменьшением их номинальной мощности. Это обусловлено тем, что конструктивное исполнение асинхронных двигателей таково, что с уменьшением их номинальной мощности увеличивается относительная величина воздушного зазора и соответственно относительная величина потребляемой ими реактивной мощности.

Кроме того, сравнение графиков зависимости tgϕ = f(k₃) для асинхронных двигателей серий 4А и АН позволило установить:

Предложения и решения по улучшению реактивной мощности из практики

Следует отметить, что на сегодняшний день в условиях снижения объемов промышленного производства значительная доля реактивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями на промышленных предприятиях, обусловлена их малой загрузкой.

Поэтому при проведении энергетических обследований (энергоаудита) промышленных предприятий, осуществляемых в соответствии с Федеральным законом №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» [7], необходимо:

При систематической недогрузке асинхронных двигателей на промышленных предприятиях в первую очередь должны быть приняты меры по увеличению их загрузки путем рационализации технологического процесса и увеличения загрузки производственного оборудования.

Если после реализации данных мероприятий номинальная мощность асинхронных двигателей остается существенно завышенной по отношению к их мощности нагрузки, то должна производиться замена малозагруженных асинхронных двигателей электродвигателями меньшей номинальной мощности.

По опыту эксплуатации асинхронных двигателей считается:

Анализ зависимости tgϕ=f(k₃) для асинхронных двигателей серий 4А и АИ подтверждает справедливость данных рекомендаций.

В случае невозможности замены малозагруженных асинхронных двигателей электродвигателями меньшей номинальной мощности целесообразным может оказаться снижение напряжения на их зажимах.

Снижение напряжения, подводимого к обмоткам асинхронного двигателя, до определенного минимально допустимого значения приводит к уменьшению реактивной мощности, потребляемой электродвигателем, за счет уменьшения тока намагничивания.

При этом одновременно снижаются потери активной мощности и, следовательно, увеличивается КПД электродвигателя.

На практике известны следующие способы снижения напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей:

К числу мероприятий, направленных на рационализацию работы асинхронных двигателей, можно также отнести ограничение длительности холостого хода. Если промежутки работы асинхронных двигателей на холостом ходу достаточно велики, то целесообразно на это время отключать электродвигатели от сети. Потребление активной и особенно реактивной мощности при этом значительно снижается.

Таким образом, проведение мероприятий по рационализации работы асинхронных двигателей на промышленных предприятиях должно быть направлено на естественное уменьшение величины потребляемой ими реактивной мощности, снижение tgϕ асинхронных двигателей и, тем самым, должно способствовать поддержанию нормируемых значений коэффициента реактивной мощности в промышленных электрических сетях и значительному повышению общей энергетической эффективности промпредприятий.

Источник

Как правильно подобрать электродвигатель по типу, мощности и другим параметрам

Это не единственные причины, по которым автолюбители пытаются самостоятельно рассчитать мощности двигателей своих авто. Это довольно сложно сделать без наличия необходимых формул для расчета. Именно они будут приведены в этой статье, чтобы каждый автомобилист мог сам посчитать, сколько же составляет реальная мощность двигателя его авто.

Что такое электродвигатель?

Электрический двигатель представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Работа большинства агрегатов зависит от взаимодействия магнитного поля с обмоткой ротора, которая выражается в его вращении. Функционируют они от источников питания постоянного или переменного тока. В качестве питающего элемента может выступать аккумулятор, инвертор или розетка электросети. В некоторых случаях двигатель работает в обратном порядке, то есть преобразует механическую энергию в электрическую. Такие установки находят широкое применение на электростанциях, работающие от потока воздуха или воды.

Электродвигатели классифицируют по типу источника питания, внутренней конструкции, применению и мощности. Также приводы переменного тока могут иметь специальные щетки. Они функционируют от однофазного, двухфазного или трехфазного напряжения, имеют воздушное или жидкостное охлаждение. Формула мощности электродвигателя переменного тока

где P — мощность, U — напряжение, I — сила тока.

Приводы общего назначения со своими размерами и характеристиками находят применение в промышленности. Самые большие двигатели мощностью более 100 Мегаватт используют на силовых установках кораблей, компрессорных и насосных станций. Меньшего размера используют в бытовых приборах, как пылесос или вентилятор.

Пусковой ток и его кратность

Чтобы тронуть с места (пустить) двигатель, нужен громадный пусковой ток (Iп). Громадный – по сравнению с номинальным (рабочим) током Iн на установившейся скорости. В статьях обычно указывают, что пусковой ток превышает рабочий в 5-8 раз. Это число называется “Кратность пускового тока” и обозначается как коэффициент Кп = Iп / Iн.

Пусковой ток – это ток, который потребляет электродвигатель во время пуска. Узнать пусковой ток можно, зная номинальный ток и коэффициент Кп:

Номинальный ток всегда указан на шильдике двигателя:

Номинальный ток двигателя для разных напряжений и схем включения

Кп – рабочий параметр, который указан в характеристиках двигателя, но на корпусе двигателя он никогда не указывается.

Замечу, что не надо путать номинальный и рабочий токи. Номинальный ток – это ток, на котором двигатель может работать продолжительное время, он ограничен только нагревом обмотки статора. Рабочий ток – это реальный ток в данном агрегате, он всегда меньше либо равен номинальному. На практике рабочий ток измеряется токоизмерительными клещами, амперметром или трансформатором тока.

Если рабочий ток больше номинального – жди беды. Читайте мою статью про то, как защитить электродвигатель от перегрузки и перегрева.

Параметры двигателей. Кратность пускового тока

Пример из первой строчки на картинке: конкретный двигатель мощностью 1,5 кВт имеет номинальный ток 3,4 А. Значит, пусковой ток в какой-то момент (сколько длится этот “момент” – рассмотрим ниже) может достигать значения 3,4 х 6,5 = 22,1 А!

Судя по каталогам (их можно будет скачать в конце статьи, как обычно у меня), пусковой ток превышает номинальный в пределах от 3,5 до 8,5 раз.
Кратность пускового тока зависит прежде всего от мощности двигателя и от количества пар полюсов. Чем меньше мощность, тем меньше пусковой ток. А чем меньше пар полюсов (больше номинальные обороты) – тем больше пусковой ток.

То есть, самым большим током при пуске (7 – 8,5 от номинала) обладают высокооборотистые двигатели (3000 об/мин, 2 пары полюсов) сравнительно большой мощности (более 10 кВт).

Так происходит потому, что потребляемый ток и момент инерции при пуске зависит от конструкции двигателя и способа намотки. Мало полюсов – низкое сопротивление обмоток. Низкое сопротивление – большой ток. Кроме того, высокооборотистым движкам для полной раскрутки требуется больше времени, а это опять же тяжелый пуск.

Если объяснить более научным языком, то дело происходит так. Когда двигатель стоит, его степень скольжения S = 1. При раскручивании (или, как любят говорить спецы, разворачивании) S стремится к нулю, но никогда его не достигает – на то двигатель и называют асинхронным, ведь вращение ротора никогда не догонит вращение поля статора из-за потерь. Одновременно сердечник ротора насыщается магнитным полем, увеличивается ЭДС самоиндукции и индукционное сопротивление. А значит, уменьшается ток.

Кому хочется узнать подробнее – в конце статьи я выложил несколько хороших книг по теме.

На самом деле не так всё просто, начинаем копать глубже.

Конструкция электрического двигателя

Привод включает в себя:

Ротор — единственная подвижная деталь привода, которая вращается вокруг своей оси. Ток, проходя через проводники, образует индукционное возмущение в обмотке. Формируемое магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами статора, что приводит в движение вал. Их рассчитывают по формуле мощности электродвигателя по току, для которой берется КПД и коэффициент мощности, в том числе все динамические характеристики вала.

Подшипники расположены на валу ротора и способствуют его вращению вокруг своей оси. Внешней частью они крепятся к корпусу двигателя. Вал проходит через них и выходит наружу. Поскольку нагрузка выходит за пределы рабочей зоны подшипников, ее называют нависающей.

Статор является неподвижным элементом электромагнитной цепи двигателя. Может включать в себя обмотку или постоянные магниты. Сердечник статора выполнен из тонких металлических пластин, которые называют пакетом якоря. Он призван снижать потери энергии, что часто происходит с твердыми стержнями.

Воздушный зазор — расстояние между ротором и статором. Эффективным является небольшой промежуток, так как он влияет на низкий коэффициент работы электродвигателя. Ток намагничивания растет с увеличением размера зазора. Поэтому его всегда стараются делать минимальным, но до разумных пределов. Слишком маленькое расстояние приводит к трению и ослаблению фиксирующих элементов.

Обмотка состоит из медной проволоки, собранной в одну катушку. Обычно укладывается вокруг мягкого намагниченного сердечника, состоящего из нескольких слоев металла. Возмущение индукционного поля происходит в момент прохождения тока через провода обмотки. В этот момент установка переходит в режим конфигурации с явными и неявными полюсами. В первом случае магнитное поле установки создает обмотка вокруг полюсного наконечника. Во втором случае, в распределенном поле рассредотачивается слотов полюсного наконечника ротора. Двигатель с экранированными полюсами имеет обмотку, которое сдерживает магнитное возмущение.

Коммутатор используют для переключения входного напряжения. Состоит из контактных колец, расположенных на валу и изолированных друг от друга. Ток якоря подается на щетки контактов ротационного коммутатора, который приводит к изменению полярности и заставляет вращаться ротор от полюса к полюсу. При отсутствии напряжения мотор прекращает крутиться. Современные установки оборудованы дополнительными электронным средствами, которые контролируют процесс вращения.

Коэффициент загрузки

Коэффициент загрузки по активной мощности отдельного ЭП (

)или группы ЭП (Кз.а) — есть отношение его (их) средней нагрузки за время включения в течении рассматриваемого промежутка времени (рс.в или Рс.в ) к его (их) номинальной мощности (рн или Рн).

, (5.5)

— средняя нагрузка за время включения ЭП, кВт;

-номинальная активная мощность ЭП, кВт.

. Коэффициент загрузки так же, как и

, зависит от характера технологического процесса и изменяется с изменением режима работы ЭП. Когда нагрузка ЭП равномерна и постоянна

.

Для группы электроприемников

или

, (5.6)

с.в — средняя нагрузка за время включения группы ЭП, кВт; Рн — номинальная активная мощность этой группы ЭП, кВт.

Соотношение коэффициентов kз = kи/ kв

При наличии графиков по реактивной мощности и по току, коэффициенты загрузки этих графиков определяются аналогично по формулам (5.5; 5.6), подставляя значения соответственно реактивной мощности или тока.

Коэффициент формы графика

Коэффициент формы графика характеризует неравномерность графика нагрузки и определяется как отношение среднеквадратичной мощности приемника или группы ЭП за определенный промежуток времени к среднему значению нагрузки за тот же период времени.

Коэффициент формы графика по активной мощности

, (5.7)

— среднеквадратичная мощность, определяемая по графику нагрузки за рассматриваемый период времени, кВт; Так как

, то

.

Для группы электроприемников

, (5.8)

где Рс.к. и Рс – среднеквадратичная и средняя мощности соответственно, кВт.

При наличии графиков по реактивной мощности и по току, коэффициенты формы этих графиков определяются аналогично по формулам (5.7; 5.8), подставляя значения соответственно реактивной мощности или тока.

Коэффициент спроса

Коэффициент спроса применяется только для групповых графиков и при числе ЭП в группе

. Коэффициент спроса – это отношение потребляемой (в условиях эксплуатации) или расчетной (при проектировании) мощности к номинальной мощности группы ЭП

, (5.9)

где Рп – потребляемая мощность из сети группой ЭП, кВт. Так как

.

для определенных технологических процессов и отраслей промышленности является практически постоянным. При, поэтому Кс можно использовать только при большом значении (

).

Коэффициент максимума

Коэффициент максимума характерен для группового графика нагрузок.

Коэффициент максимума (Км) по активной мощности есть отношение максимальной нагрузки за определенный промежуток времени к средней за тот же промежуток времени.

(5.10)

где Рmax – максимальное значение мощности (30-минутный максимум), кВт.

Коэффициент одновременности максимумов нагрузки

Коэффициент одновременности максимумов нагрузки (

) – это отношение расчетной мощности на шинах 6; 10 кВ к сумме расчетных мощностей потребителей до и выше 1 кВ, подключенных к этим шинам 6; 10

РП или ПГВ.

Для узла СЭС, к которому подключена группа ЭП можно записать

, (5.11)

расчетное значение активной мощности всех ЭП, подключенных к шинам 6; 10 кВ, кВт;

сумма расчетных активных мощностей групп ЭП до и выше 1 кВ, подключенных к шинам 6; 10 кВ.

меньше, чем сумма расчетных нагрузок (

) групп ЭП, присоединенных к узлу, поэтому

. Для распределительных сетей

Принцип действия

По закону Архимеда ток в проводнике создает магнитное поле, в котором действует сила F1. Если из этого проводника изготовить металлическую рамку и поместить ее в поле под углом 90°, то края будут испытывать силы, направленные в противоположную сторону относительно друг друга. Они создают крутящий момент относительно оси, который начинает ее вращать. Витки якоря обеспечивают постоянное кручение. Поле создается электрическими или постоянными магнитами. Первый вариант выполнен в виде обмотки катушки на стальном сердечнике. Таким образом, ток рамки генерирует индукционное поле в обмотке электромагнита, которое порождает электродвижущую силу.

Рассмотрим более подробно работу асинхронных двигателей на примере установок с фазным ротором. Такие машины работают от переменного тока с частотой вращения якоря, не равной пульсации магнитного поля. Поэтому их еще называют индукционными. Ротор приводится в движение за счет взаимодействия электрического тока в катушках с магнитным полем.

nпр = nобр = f1 × 60 ÷ p = n1

nпр — количество оборотов, которое совершает магнитное поле в прямом направлении, об/мин;

nобр — число оборотов поля в обратном направлении, об/мин;

f1 — частота пульсации электрического тока, Гц;

p — количество полюсов;

n1 — общее число оборотов в минуту.

Испытывая пульсации магнитного поля, ротор получает начальное движение. По причине неоднородности воздействия потока, он будет развиваться крутящий момент. По закону индукции, в короткозамкнутой обмотке образуется электродвижущая сила, которая генерирует ток. Его частота пропорциональна скольжению ротора. Благодаря взаимодействию электрического тока с магнитным полем создается крутящий момент вала.

Для расчетов производительности существуют три формулы мощности асинхронного электродвигателя. По сдвигу фаз используют

S = P ÷ cos (alpha), где:

S — полная мощность, измеряемая в Вольт-Амперах.

P — активная мощность, указываемая в Ваттах.

Под полной мощностью понимаются реальный показатель, а под активной — расчетный.

Пневматические приборы и гидравлические приборы

Шестеренные насосы и гидромоторы

Геометрическая подача зависит от расстояния между полюсом и точкой зацепления. Поскольку геометрическая подача определяется парой зубьев, вновь вступивших в зацепление, действительный график подачи будет проходить по линии и на участке в зацеплении будут находиться две пары зубьев. Между ними образуется запертый объем жидкости, который на участке уменьшается, что может привести к чрезмерной радиальной нагрузке на шестерни и их заклиниванию. Во избежание этого на одном из боковых дисков выполняют канавки для соединения запертого объема с одной из полостей.
Шестеренный насос высокого давления с компенсацией торцевых зазоров состоит из силу минового корпуса, в расточках которого помещены ведущая и ведомая шестерни, выполненные заодно G цапфами, опирающимися на бронзовые втулки. Втулки служат подшипниками для шестерен и уплотняют их торцевые поверхности. Для уменьшения утечек между торцевыми поверхностями шестерен и втулок в насосе применена автоматическая компенсация торцевых зазоров. Рабочая жидкость из камеры нагнетания поступает в полость Б между плавающими втулками и крышкой и поджимает втулки к торцам шестерен.

Со стороны шестерен на втулки давление жидкости действует на несколько меньшую площадь, в результате чего удельное давление на трущейся паре невелико. Давление жидкости со стороны шестерен в торцевом зазоре неравномерно. Для исключения перекоса втулок вследствие неравномерной нагрузки часть их торцевой поверхности со стороны всасывания изолирована от действия поджимающего давления резиновым уплотнением, направляемым пластинкой. Вытекание рабочей жидкости из полости Б предотвращается уплотнительными кольцами.

Ротор выполнен заодно с валом и снабжен шестью зубьями, равномерно расположенными по окружности. Ротор и ролики замыкатели вращаются на подшипниках. Четыре ролика разделяют полости двух рабочих камер. Вырезы роликов замыкателей предназначены для пропускания зубьев ротора. Для разгрузки ротора от сил давления жидкости гидромотор выполнен двойного действия, а для разгрузки роликов в корпусе выполнены карманы, соединенные с соответствующими полостями.

Рабочая жидкость под давлением подводится к двум каналам П в корпусе и рабочим камерам, ограниченным зубьями ротора, цилиндрическими поверхностями корпуса, ротора и роликами замыкателями. Сила давления жидкости на зубьях в каждой из рабочих камер создает вращающий момент и проворачивает ротор, так как с одной стороны она воздействует на зуб, а с другой — на ротор замыкатель. Слив жидкости осуществляется через каналы С. Такие гидромоторы развивают теоретически равномерный вращающий момент. Читать дальше…

Струйная пневмоавтоматика

Для создания элементов дискретного действия широко используют эффект взаимодействия потока со стенкой, получивший название эффекта Коанда по имени румынского ученого Г. Коанда, который установил, что струя жидкости или газа, вытекающая из сопла, стремится отклониться к стенке и в определенных условиях прилипает к ней. Физика этого процесса объясняется образованием зоны пониженного давления у стенки и запирающего вихря с наружной стороны потока (при наличии разделителя), способствующего устойчивому состоянию струи, протекающей вдоль стенки.
Оказалось, что, используя эффект прилипания струи к стенке с прямолинейным или криволинейным профилем, можно реализовать релейные и логические операции, а также операции запоминания и генерирования сигналов. Конструктивно он выполнен в расчете на малый гистерезис и рассчитан так, чтобы струя литания в начальном положении прилипала к одной из стенок той, со стороны которой есть канал управления. Это обеспечивается небольшой не симметрией в расположении выходных каналов — и разделителя потока по отношению к каналу питания E6J.

Работает элемент следующим образом. При подаче давления в канал питания струя жидкости или газа, вытекающего из сопла канала питания, прилипает к стенке и направляется в канал на выходе появляется сигнал. соответственно на другом выходе будет сигнал. Если теперь по каналу подать дискретный управляющий сигнал, основная струя, вытекающая из сопла питания, отрывается от стенки и перебрасывается из канала в канал. На выходах элемента формируются сигналы.

При снятии единичного управляющего сигнала основная струя вновь возвращается в исходное положение и на выходах сформировываются сигналы. Таким образом, на выходе реализуется логическая операция повторения входного сигнала, а на выходе операция отрицания входного сигнала. Ширину петли гистерезиса статической характеристики можно менять, изменяя геометрию элемента. Если в таком моностабильном элементе, имеющем одно устойчивое состояние, выполнить не один, а два канала, по которым будут подаваться дискретные управляющие сигналы, на выходе элемент реализует операцию ИЛИ, а на выходе НЕ ИЛИ.

На этом же элементе можно реализовать операцию запоминания пневматических сигналов, если выход элемента завести по линии обратной связи на один из его входов, например на вход. В этом случае при подаче управляющего сигнала на выходе также формируется единичный сигнал. Будучи заведен на вход, этот сигнал удерживает основную струю в нижнем (по схеме) канале и сигнал сохраняется даже в том случае, если сигнал снят. Таким образом, на выходе реализуется операция запоминания входного сигнала а на выходе его отрицания.

Для возврата основной струи в исходное положение (стирание памяти) необходимо дополнительно подать единичный сигнал в канал, противоположный по отношению к каналу управления. Элемент памяти (триггер с раздельными входами) можно реализовать на бистабильном элементе, имеющем два устойчивых состояния, т. е. выполненном так, что струя прилипает не к одной стенке, как это было в рассмотренных элементах, а к обеим стенкам при поочередном переключении струи. Первоисточник

Коэффициент загрузки двигателя

Коэффициент загрузки двигателя. Загрузка двигателя при испытаниях и в условиях эксплуатации оценивается коэффициентом загрузки k3 и частотой вращения коленчатого вала двигателя. По коэффициенту загрузки определяется средняя за какой-то период степень загрузки двигателя.
По показаниям тахометра загрузка двигателя контролируется трактористом периодически, непосредственно во время работы. Иногда коэффициент k3 определяют как отношение среднего часового расхода топлива к часовому расходу топлива, соответствующему мощности. При исследовании часто вместо мощности Nn пользуются значением Ncv, которое определяют по формуле.

Рассмотрим каждый из этих способов оценки загрузки тракторного двигателя при работе с установившейся нагрузкой. Определение k3 по действующему стандарту заключается в том, что находят средний часовой расход топлива за время опыта, отмечают это значение на регуляторной характеристике двигатели и в качестве Nn берут мощность двигателя, соответствующую полученному часовому расходу топлива. Далее по формуле находят коэффициент.

Форма характеристики часового расхода топлива такова, что его максимальное значение соответствует номинальной загрузке двигателя, а на режимах ниже и выше номинального часовой расход топлива уменьшается. Следовательно, при колебаниях часового расхода топлива вокруг некоторого исходного положения на нелинейном участке характеристики средний часовой расход не может быть равен часовому расходу в этом исходном положении, он всегда ниже. Это значит, что мощность Nn будет также ниже исходной, а коэффициент k3 — ниже действительного.

Если в качестве исходного взять номинальный режим работы двигателя, то средний часовой расход получится ниже максимального. Следовательно, используя в качестве критерия часовой расход топлива, нельзя получить коэффициент загрузки, равный единице (при условии правильного учета расхода топлива во время опыта и сохранения стабильной регулировки топливного насоса).

Полученный во время опыта средний часовой расход топлива может быть отнесен либо к восходящей, либо к нисходящей ветви кривой часового расхода, первая из которых соответствует работе двигателя с недогрузкой, а вторая — с перегрузкой. Так как испытатель не располагает какими-то дополнительными объективными критериями определения загрузки, то он вправе выбрать любой из этих режимов. Руководствуясь тем, что тракторист не может длительно держать двигатель на режиме перегрузки, обычно принимают, что двигатель работал на восходящей ветви характеристики.

Если на график нанести заданные моменты в соответствии с полученными средними частотами вращения, то точки и т. д. сместятся в положения и т. д., вследствие чего зависимость между примет вид, изображенный штриховой линией (при другой амплитуде колебаний кривая прошла бы иначе). Анализируя зависимость от %, следует отметить два обстоятельства. Во-первых, максимальная мощность получилась ниже, чем максимальная мощность при тормозных испытаниях. Первоисточник

Виды электродвигателей

По источнику питания приводы разделяют на работающие от:

По принципу работы их, в свою очередь, делят на:

Вентильные двигатели не относят к отдельному классу, так как их устройство является вариацией коллекторного привода. В их конструкцию входит электронный преобразователь и датчик положения ротора. Обычно их интегрируют вместе с платой управления. За их счет происходит согласованная коммутация якоря.

Синхронные и асинхронные двигатели работают исключительно от переменного тока. Управление оборотами происходит с помощью сложной электроники. Асинхронные делятся на:

Теоретическая формула мощности трехфазного электродвигателя при соединении в звезду или треугольником

P = 3 * Uф * Iф * cos(alpha).

Однако для линейных значений напряжения и тока она выглядит как

P = 1,73 × Uф × Iф × cos(alpha).

Это будет реальный показатель, сколько мощности двигатель забирает из сети.

Синхронные подразделяются на:

В своей конструкции шаговые двигатели имеют постоянные магниты, поэтому их не относят к отдельной категории. Управление работой механизмов производится с помощью частотных преобразователей. Существуют также универсальные двигатели, которые функционируют от постоянного и переменного тока.

Как уменьшить пусковой ток асинхронного двигателя

Решить проблему большого пускового тока электрически можно двумя путями:

Можно сконструировать какую-то муфту, коробку передач, вариатор – для того чтобы раскрутить двигатель вхолостую, а потом подключить потребителя механического момента.

В современном оборудовании двигатели мощнее 2,2 кВт практически никогда напрямую не включают, поэтому для них пусковые токи рояли не играют. Для уменьшения пускового тока (и не только) в основном применяют преобразователи частоты, о которых будут отдельные статьи.

Общие характеристики двигателей

Все моторы имеют общие параметры, которые используются в формуле определения мощности электродвигателя. На их основе можно рассчитать свойства машины. В разной литературе они могут называться по-разному, но означают они одно и то же. В список таких параметров входит:

Вышеуказанные параметры необходимы, прежде всего, для определения эффективности электрических установок, работающих за счет механической силы двигателей. Расчетные величины дают лишь приблизительное представление о реальных характеристиках изделия. Однако эти показатели часто используют в формуле мощность электродвигателя. Именно она определяет результативность машин.

Какой вред от пускового тока?

Пусковой ток – это проблема. Это –

От пускового тока перегружается всё, и момент пуска становится в тягость вcем участникам процесса. Именно в этот критический момент может проявиться “слабое звено”. Кроме того, многие участники электропитания, работающие в этой сети, испытывают проблемы – например, лампочки снижают яркость из-за снижения напряжения, а контроллеры могут зависнуть из-за мощной помехи.

И в то же время пусковой ток – это проблема, от которой никуда не деться, если сразу подавать на двигатель номинальное питание и не использовать специальные методы.

Вращательный момент

Этот термин имеет несколько синонимов: момент силы, момент двигателя, Вращательный момент, вертящий момент. Все они используются для обозначения одного показателя, хотя с точки зрения физики эти понятия не всегда тождественны.

В целях унификации терминологии были разработаны стандарты, которые приводят все к единой системе. Поэтому в технической документации всегда используются словосочетание «крутящий момент». Он представляет собой векторную физическую величину, которая равна произведению векторных значений силы и радиуса. Вектор радиуса проводится от оси вращения к точке приложенной силы. С точки зрения физики разница между крутящим и вращательным моментом заключается в точке прикладывания силы. В первом случае это внутреннее усилие, во втором — внешнее. Измеряется величина в ньютон-метрах. Однако в формуле мощности электродвигателя крутящий момент используется как основное значение.

Рассчитывается он как

M — крутящий момент, Нм;

F — прикладываемая сила, H;

Для расчета номинального вращающего момента привода используют формулу

Мном = 30Рном ÷ pi × нном, где:

Рном — номинальная мощность электрического двигателя, Вт;

нном — номинальное число оборотов, мин-1.

Соответственно, формула номинальной мощности электродвигателя бедует выглядеть следующим образом:

Рном = Мном * pi*нном / 30.

Обычно все характеристики указаны в спецификации. Но бывает, что приходится работать с совершенно новыми установками, информацию о которых найти очень сложно. Для расчета технических параметров таких устройств берут данные их аналогов. Также всегда известны только номинальные характеристики, которые даются в спецификации. Реальные данные необходимо рассчитывать самостоятельно.

Энергоэффективность

Рациональное потребление энергии при сохраняющейся высокой мощности сокращает текущие производственные затраты при одновременном увеличении производительности электродвигателя. Поэтому при выборе привода обязательно учитывается класс энергоэффективности.

В технической документации и каталогах обязательно указывается класс энергоэффективности двигателя. Он зависит от показателя КПД.

Проводимые в тестовом и рабочем режимах экспериментальные исследования показывают, что электродвигатель мощностью 55 кВт высокого класса энергоэффективности сокращает потребление электроэнергии на 8-10 тысяч кВт ежегодно.

Мощность двигателя

В общем смысле данный параметр представляет собой скалярную физическую величину, которая выражена в скорости потребления или преобразования энергии системы. Он показывает, какую работу механизм выполнит за определенную единицу времени. В электротехнике характеристика отображает полезную механическую мощность на центральном вале. Для обозначения показателя используют литеру P или W. Основной единицей измерения является Ватт. Общая формула расчета мощности электродвигателя может быть представлена как:

A — механическая (полезная) работа (энергия), Дж;

t — затраченное время, сек.

Механическая работа также является скалярной физической величиной, выражаемой действием силы на объект, и зависящей от направления и перемещения этого объекта. Она представляет собой произведение вектора силы на путь:

s — пройденное расстояние, м.

Она выражает дистанцию, которую преодолеет точка приложенной силы. Для вращательных движений она выражается как:

teta — угол оборота, рад.

Таким образом можно вычислить угловую частоту вращения ротора:

Из нее следует формула мощности электродвигателя на валу: P = M × omega.

Номинальное количество оборотов

Еще одним ключевым показателем электромеханических характеристик двигателя является частота вращения вала. Он выражается в числе оборотов в минуту. Часто его используют в формуле мощности электродвигателя насоса, чтобы узнать его производительность. Но необходимо помнить, что показатель всегда разный для холостого хода и работы под нагрузкой. Показатель представляет физическую величину, равной количеству полных оборотов за некий промежуток времени.

Расчетная формула частоты оборотов:

n = 30 × omega ÷ pi, где:

n — частота вращения двигателя, об/мин.

Для того, чтобы найти мощность электродвигателя по формуле оборотистости вала, необходимо привести ее к расчету угловой скорости. Поэтому P = M × omega будет выглядеть следующим образом:

P = M × (2pi × n ÷ 60) = M × (n ÷ 9,55), где

Реальные измерения тока

Как я говорил выше, по моему мнению лучший способ “увидеть” пусковой ток – использовать активный (резистивный) шунт, и смотреть на нём напряжение осциллографом.

Я использовать вот такой шунт:

Шунт для измерения пускового тока при помощи осциллографа

Подопытный – мотор-редуктор, который через цепную передачу крутит вертикальный шнек:

Мотор-редуктор, на котором измеряем пусковой ток

Шнек на момент пуска был полным, поэтому его рабочий ток (7,7 А, измерено клещами) был почти равен номинальному (8,9 А, видно на шильдике).

Шильдик двигателя вертикального шнека

Ситуация по пусковому току видна на осциллографе:

Осциллограмма пускового тока 500 мс/дел

Приблизим интересующий момент, ускорив развертку до 100 мс/дел:

Осциллограмма пускового тока 100 мс/дел

Тут уже легко увидеть синус питающего тока и оценить коэффициент кратности пускового тока Кп, который примерно равен 4.

Ещё приблизим момент истины (до 50 мс/дел):

Момент пуска двигателя – ток пуска

Тут уже видны хорошо и переходные процессы, обусловленные индуктивностью и ЭДС самоиндукции обмоток двигателя. Этот импульс, длительность которого гораздо меньше периода сети 20 мс, даёт хорошую помеху с широким спектром в питающую сеть и радиоэфир.

Ещё один повод для использования ПЧ? Не совсем, там с помехами ситуация гораздо хуже!

Расчетное напряжение

Его еще называют номинальным. Оно представляет собой базовое напряжение, представленное стандартным набором вольтажа, которые определяется степенью изоляции электрического оборудования и сети. В действительности оно может отличаться в разных точках оборудования, но не должно превышать предельно допустимых норм рабочих режим, рассчитанных на продолжительное функционирование механизмов.

Для обычных установок под номинальным напряжением понимают расчетные величины, для которых они предусмотрены разработчиком в нормальном режиме работы. Перечень стандартного вольтажа сети предусмотрен в ГОСТ. Эти параметры всегда описаны в технических характеристиках механизмов. Для расчета производительности используют формулу мощности электродвигателя по току:

Как узнать пусковой ток?

Кратность пускового тока (отношение пускового тока к номинальному) найти в документации на двигатель бывает не так-то просто. Но его можно измерить (оценить, узнать) самому. Вот навскидку несколько способов:

Конечно, реальность отличается от эксперимента. Прежде всего тем, что ток короткого замыкания реальной сети питания не бесконечен. То есть, провода, питающие двигатель, имеют сопротивление, на котором в момент пуска падает напряжение (иногда – до 50%). Из-за этого ограничения реальный пусковой ток будет меньше, а разгон – длительнее. Поэтому нужно понимать, что значение кратности пускового тока, указанное производителем, в реальности всегда будет меньше.

Для чего нужны двигатели – приводить в действие механизмы и получать прибыль!

Теперь разберём другой вопрос –

Электрическая константа времени

Представляет собой время, необходимое для достижения уровня тока до 63 % после подачи напряжения на обмотки привода. Параметр обусловлен переходными процессами электромеханических характеристик, так как они быстротечны ввиду большого активного сопротивления. Общая формула расчета постоянной времени:

Однако электромеханическая константа времени tm всегда больше электромагнитной te. Первый параметр получается из уравнения динамических характеристики двигателя при сохранении условии, когда ротор разгоняется с нулевой скоростью до максимальных оборотов холостого хода. В этом случае уравнение принимает вид

M = Mст + J × (d(omega) ÷ dt), где

Отсюда получаем формулу:

По факту электромеханическую константу времени рассчитывают по пусковому момент — Mп. Механизм, работающий в идеальных условиях, с прямолинейными характеристиками будем иметь формулу:

M = Mп × (1 — omega ÷ omega0), где

omega0 — скорость на холостом ходу.

Такие расчеты используют в формуле мощности электродвигателя насоса, когда ход поршня напрямую зависит от оборотистости вала.

Как снизить вред от пускового тока?

Если изменить схему питания двигателя невозможно (например, сосед по даче каждые пол часа запускает токарный станок, а никакие “методы воздействия” не воздействуют), то можно применить различные методы минимизации вреда от пусковых токов. Например:

Но напоминаю, что мы тут занимаемся не устранением последствий, а предотвращением проблем, поэтому погнали дальше.

Основные формулы расчета мощности двигателей

Для вычисления реальных характеристик механизмов всегда нужно учитывать много параметров. в первую очередь нужно знать, какой ток подается на обмотки электродвигателя: постоянный или переменный. Принцип их работы отличается, следовательно, отличаются метод вычислений. Если упрощенный вид расчета мощности привода выглядит как:

Pэл — подведенная электрическая мощность. Вт.

В формуле мощности электродвигателя переменного тока необходимо также учитывать сдвиг фаз (alpha). Соответственно, расчеты для асинхронного привода выглядят как:

Pэл = U × I × cos(alpha).

Кроме активной (подведенной) мощности существует также:

В расчетах также необходимо учитывать тепловые и индукционные потери, а также трение. Поэтому упрощенная модель формулы для электродвигателя постоянного тока выглядит как:

Pэл = Pмех + Ртеп +Ринд + Ртр, где

Рмех — полезная вырабатываемая мощность, Вт;

Ртеп — потери на образование тепла, ВТ;

Ринд — затраты на заряд в индукционной катушке, Вт;

Рт — потери в результате трения, Вт.

Мощность через массу авто и время разгона до «сотни»

Расчет с применением веса автомобиля и его скорости разгона до 100 км/ч – один из самых простых методов вычисления реальной мощности двигателя, ведь масса авто и заявленное время разгона до «сотни» – паспортные параметры машины.

Этот метод актуален для двигателей, работающих на любых видах топлива – бензин, дизельное топливо, газ – ведь он учитывает лишь динамику разгона.

При расчете стоит учитывать вес транспортного средства вместе с водителем. Также чтобы максимально приблизить результат вычислений к действительному, стоит учесть и потери, затрачиваемые на торможение, пробуксовку, а также скорость реакции коробки передач. Играет роль и тип привода. Например, переднеприводные автомобили теряют на старте около 0,5 секунды, заднеприводные – от 0,3 секунды до 0,4 секунды.

Остается найти в сети калькулятор для расчета мощности авто через скорость разгона, внести необходимые данные и получить ответ. Нет смысла приводить математические расчеты, которые производит калькулятор, из-за их сложности.

Результат вычислений будет одним из самых точных, приближенных к реальному.

Данный метод расчета реальной мощности машины многие считают самым удобным, ведь автовладельцам придется приложить минимум усилий – измерить для чистоты эксперимента скорость разгона до 100 км/ч и внести дополнительные данные в автоматический калькулятор.

Источник