Содержание
5.10. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя
5. Асинхронные машины
ности при увеличении полезной нагрузки P2 (рис. 5.24). Ток и потребляемая мощность при значении полезной мощности, равном нулю, отличны от нуля и определяются величиной тока и мощности холостого хода.
Коэффициент полезного действия электродвигателя
|
η =1− |
рΣ |
=1− |
рΣ |
|
|
, |
(5.115) |
|
|
Р + |
р |
|
||||
|
|
Р |
Σ |
|
||||
|
|
1 |
|
2 |
|
|
||
где p∑ – суммарные потери мощности; P1 – потребляемая асинхронным двигателем (его статорной обмоткой) активная электрическая мощность; P2 – полезная механическая мощность (снимаемая с вала двигателя).
КПД современных асинхронных двигателей при номинальной нагрузке для машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,92−0,96, мощностью 1−100 кВт – 0,7−0,9, а микромашин – 0,4−0,6 (большие значения относятся к машинам большей мощности).
Так же, как в трансформаторе, потери мощности асинхронного двигателя следует разделить на потери постоянные и переменные (или потери холостого хода и короткого замыкания). Постоянные потери не зависят от нагрузки. Это потери магнитные, механические, электрические холостого хода.
Магнитные потери определяются аналогично магнитным потерям трансформатора с помощью формулы Штейнметца:
|
р |
|
= k |
p |
B |
2 |
|
f |
1,3 |
G , |
(5.116) |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
мг |
|
d 1,0 / 50 |
|
|
50 |
|
с |
|
|
где p1,0/50 – удельные потери в стали на единицу массы при частоте 50 Гц и индукции 1,0 Тл; B – индукция на участке магнитопровода; Gc – масса
сердечника (магнитопровода) или его участка.
Частота перемагничивания в роторе f2 = f1s в рабочем режиме двигателя существенно меньше частоты магнитной индукции в статоре; масса магнитопровода ротора также меньше аналогичной массы статора. Обычно в практических расчетах асинхронных двигателей общепромышленного применения пренебрегают магнитными потерями в роторе.
Механические потери pмх состоят из потерь в подшипниках pподш, потерь на трение щеток о кольца pтр.щ (только для фазного ротора), вентиля-
220
5. Асинхронные машины
ционных потерь pвент, включающих в себя потери на трение частей машины о воздух и потери в крыльчатке вентилятора, установленной на валу машины:
|
рмх = рподш + рвент + ртр.щ . |
(5.117) |
Механические потери зависят только от частоты вращения и составляют не более 2 % от номинальной мощности машины. Поскольку частота вращения асинхронного двигателя при изменении нагрузки от нуля до номинальной изменяется мало, то механические потери считают постоянными.
В отличие от трансформатора в асинхронном двигателе учитывают электрические потери холостого хода, поскольку ток холостого хода в нем существенно больше, чем в трансформаторе, и составляет от 20 до 50 % от номинального тока (причины такого значения I0 объяснены в п. 5.1):
|
р |
эл0 |
= m r I 2 . |
(5.118) |
|
|
1 1 0 |
|
Таким образом, потери холостого хода
|
р0 = рмх + рмг + рэл0 . |
(5.119) |
К потерям переменным (короткого замыкания) относят электрические потери в обмотках статора и ротора:
|
рэл1 = m1r1I12; рэл2 = m1r2′(I2′)2 . |
(5.120) |
К переменным потерям относят и добавочные потери, вызванные различными причинами: неравномерностью зазора, технологическими погрешностями, вытеснением тока в проводниках обмотки, пульсациями магнитного потока и т.
д. Обычно эти потери рассчитывают как определенный процент от номинальной мощности по формуле (5.73).
Итак, переменные потери, как следует из формул (5.120), (5.73), зависят от второй степени тока или второй степени коэффициента нагрузки kнг = I/Iн (отношения тока текущей нагрузки к номинальному его значению):
|
pк = pэл2 + pд = m1rк(I2′)2 +(I Iн )2 pд = kнг2 ркн, |
(5.121) |
где pкн – потери короткого замыкания при номинальном токе.
Таким образом, суммарные потери мощности можно представить в следующем виде:
|
pΣ = p0 + pк = p0 + kнг2 pкн . |
(5.122) |
221
5. Асинхронные машины
|
р,% |
|
η,% |
|
η |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
80 |
|
|
ηmax |
|
рΣ |
|||
|
|
|
|
|
||||||||
|
8 |
|
|
60 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
рк |
||||||
|
6 |
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
р0 |
|
|||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
kнг |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Iкр |
|
|
|
|
|
|
Рис.
5.23. Зависимость КПД двигателя и его потерь от коэффициента нагрузки
Формулу (5.115) запишем с учетом выражения (5.122):
|
|
|
|
р |
+ k 2 |
р |
|
|
|
|
|
η =1− |
|
|
0 |
нг |
кн |
|
|
. |
(5.123) |
|
k |
нг |
Р + р + k 2 |
р |
|
|||||
|
|
|
2 |
0 |
нг |
|
кн |
|
||
Характер зависимости КПД от коэффициента нагрузки такой же, как
иу трансформатора.
При увеличении нагрузки КПД возрастает за счет уве-
личения Р2, но одновременно быстрее, чем Р2, возрастают переменные потери рк, поэтому при некотором токе Iкр рост КПД прекращается и в дальнейшем начинает уменьшаться (рис. 5.23). Если исследовать функцию
(5.123) на экстремум (взять производную dη/dkнг и приравнять ее к нулю), то получим условие максимума КПД: он наступает при равенстве переменных
ипостоянных потерь рк = р0. При проектировании электрической машины стремятся так распределить потери мощности, чтобы указанное условие выполнялось при наиболее вероятной нагрузке машины, несколько мень-
шей номинальной. Во вращающихся электрических машинах средней и большой мощности это условие выполняется при нагрузках 60−80 % от номинальной (коэффициент нагрузки kнг = 0,6−0,8). На рис. 5.23 приведены зависимости изменения КПД и потерь мощности от коэффициента нагрузки.
Коэффициент мощности асинхронной машины определяют как отношение активного тока к полному току или активной потребляемой мощности к полной мощности по выражению
|
|
I |
P1 |
|
P1 |
|
|
|
|
cos ϕ = |
1а |
= |
|
= |
|
. |
(4.53) |
|
|
|
|
|||||
|
1 |
I1 |
S |
|
m1U1I1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
222
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Асинхронные машины |
||||
|
cosϕ |
|
|
|
|
|
I2′ |
cosψ2 |
|
|
||||
|
1,0 |
|
|
|
cosϕ |
|
|
|||||||
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
I2′ |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0,6 |
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
I2′а |
cosψ2 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
kнг |
|
|
|
|
s |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
0,5 |
1,0 |
|||||||
|
0,5 |
1,0 |
||||||||||||
|
|
|||||||||||||
|
|
|
Рис. |
|
|
|
Рис. 5.25. Зависимости тока |
|||||||
|
|
|
коэффициента мощности |
|
|
|
роторной обмотки и cosψ2 |
|||||||
5.24. Характеристикаот скольжения
Асинхронный двигатель, так же как и трансформатор, независимо от нагрузки потребляет из сети отстающий ток, поэтому его cos φ1 всегда меньше единицы.
При холостом ходе асинхронного двигателя коэффициент мощности мал и составляет cos φ0 = 0,08−0,15 (рис. 5.24). Это объясняется малой величиной активной составляющей тока, идущего на покрытие лишь достаточно небольших потерь активной мощности. В то же время реактивная составляющая тока холостого хода сравнительно велика, поскольку потребляется двигателем для создания основного магнитного потока, практически не зависящего от нагрузки. При увеличении нагрузки cos φ1 сначала довольно быстро растет при увеличении момента на валу, затем рост его замедляется и достигает максимума при мощности, близкой к номинальной (рис.
5.24). Но при увеличении момента уменьшается частота вращения и растет скольжение. При этом увеличивается частота тока в роторе f2 = f1s, его индуктивное сопротивление. Снижается и cos φ1, как правило, при нагрузках, выше номинальных.
Вследствие массового использования асинхронных двигателей для рационального электроснабжения предприятий следует так организовывать технологический процесс, чтобы асинхронные двигатели были загружены в соответствии сихноминальной мощностью инеработали нахолостомходу.
Величина коэффициента мощности для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 100 кВт достигает 0,7−0,9, а для двигателей свыше 100 кВт cos φ1 = 0,9−0,95. В двигателях с фазным ротором cos φ1 и КПД несколько ниже, что объясняется дополнительными потерями на трение щеток, худшим использованием объема ротора из-за наличия изоляции в его пазах и увеличением намагничивающего тока в результате уменьшения сечения зубцов ротора.
223
Повышение коэффициента мощности асинхронного двигателя
Абдуллаев Хумоюн Фуркатович1, Абдуллаев Мухаммадсайфулло1
1Андижанский машиностроительный институт
Аннотация
В данной статье обсуждается разработка улучшения коэффициента мощности асинхронного двигателя с использованием естественных и искусственных способов.
Индуктивные нагрузки всегда создают низкий коэффициент мощности из-за потребления большей реактивной мощности. Низкий коэффициент мощности не только является штрафом для потребителей, но и приводит к потерям энергии в электрических системах. Когда коэффициент мощности повышается, автоматически экономится энергия. Коэффициент мощности — это цель любой электроэнергетической компании, поскольку, если коэффициент мощности меньше единицы, они должны подавать больший ток пользователю для заданного количества потребляемой мощности.
Ключевые слова: асинхронные двигатели, индуктивное, конденсатор, коэффициент мощности, резистивное, сетевое распределение мощности
Библиографическая ссылка на статью:
Абдуллаев Х.Ф., Абдуллаев М. Повышение коэффициента мощности асинхронного двигателя // Современные научные исследования и инновации. 2021. № 7 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2021/07/96390 (дата обращения: 22.12.2022).
Асинхронные двигатели представляют для линии электропередач отстающий (индуктивный) коэффициент мощности.
Коэффициент мощности больших полностью нагруженных высокоскоростных двигателей может достигать 90% для больших высокоскоростных двигателей. При 3/4 полной нагрузки максимальный коэффициент мощности высокоскоростного двигателя может составлять 92%. Коэффициент мощности малых тихоходных двигателей может составлять всего 50%. При запуске коэффициент мощности может находиться в диапазоне от 10% до 25%, увеличиваясь по мере достижения ротором скорости. Коэффициент мощности (PF) значительно зависит от механической нагрузки двигателя (рисунок ниже). Ненагруженный двигатель аналогичен трансформатору без резистивной нагрузки на вторичной обмотке. Небольшое сопротивление отражается от вторичной обмотки (ротора) к первичной обмотке (статору). Таким образом, в линии электропередачи присутствует реактивная нагрузка до 10% коэффициента мощности. Когда ротор нагружен, возрастающая резистивная составляющая отражается от ротора к статору, увеличивая коэффициент мощности [1].
Большие трехфазные двигатели более эффективны, чем трехфазные двигатели меньшего размера, и почти все однофазные двигатели.
КПД большого асинхронного двигателя может достигать 95% при полной нагрузке, хотя чаще встречается 90%. Эффективность малонагруженного или ненагруженного асинхронного двигателя низкая, потому что большая часть тока связана с поддержанием намагничивающего потока. Когда нагрузка крутящего момента увеличивается, больше тока потребляется для создания крутящего момента, в то время как ток, связанный с намагничиванием, остается фиксированным. Эффективность при 75% FLT может быть немного выше, чем при 100% FLT. Эффективность снижается на несколько процентов при FLT 50% и снижается еще на несколько процентов при FLT 25%. Эффективность становится низкой только ниже 25% FLT. Изменение КПД в зависимости от нагрузки показано на рисунке выше. Индукционные двигатели обычно имеют завышенные размеры, чтобы гарантировать, что их механическая нагрузка может быть запущена и приведена в действие при любых условиях эксплуатации. Если многофазный двигатель нагружен менее 75% номинального крутящего момента, когда КПД достигает пика, КПД снижается лишь незначительно до 25% FLT[2].
Батарею конденсаторов следует подключать непосредственно к клеммам двигателя.
После применения компенсации к двигателю ток в комбинации двигатель-конденсатор будет ниже, чем раньше, при тех же условиях нагрузки с приводом от двигателя. Это связано с тем, что значительная часть реактивной составляющей тока двигателя поступает от конденсатора, как показано на рисунке 1 .
Если устройства максимальной токовой защиты двигателя расположены перед подключением конденсатора двигателя (а это всегда будет иметь место для конденсаторов, подключенных к клеммам), уставки реле максимального тока должны быть уменьшены в соотношении для двигателей, компенсированных в соответствии со значениями квар, указанными на рисунке 1. (максимальные значения, рекомендуемые для предотвращения самовозбуждения стандартных асинхронных двигателей, как описано в разделе «Как избежать самовозбуждения асинхронного двигателя»), вышеупомянутое соотношение будет имеют значение, аналогичное значению, указанному для соответствующей скорости двигателя на Рисунке 1.
Рис. 1 — Перед компенсацией трансформатор выдает всю реактивную мощность; после компенсации конденсатор обеспечивает большую часть реактивной мощности
Основная цель этого исследования – разработать схему энергосбережения для промышленной распределительной сети. Это может быть достигнуто за счет уменьшения потерь в сети и улучшения работы основной электрической нагрузки до более высокого уровня эффективности. Разработанная схема направлена на повышение коэффициента мощности распределительной сети за счет добавления в сеть шунтирующих конденсаторов оптимального размера и расположения. В промышленных распределительных сетях наблюдается рост потерь мощности, а увеличение типа нагрузки сопровождается низким коэффициентом мощности, что приводит к огромной передаче реактивной мощности от энергосистемы через сеть [3].
Главный недостаток этой проблемы – увеличение потерь в сети и снижение уровня напряжения. Это может привести к снижению надежности, проблемам с безопасностью и более высоким затратам на электроэнергию.
Чем ниже наш коэффициент мощности, тем менее экономично работает наша система. Фактическое количество мощности, используемой или рассеиваемой в цепи, называется истинной мощностью. Реактивные нагрузки, такие как катушки индуктивности и конденсаторы, составляют так называемую реактивную мощность. Линейная комбинация истинной мощности и реактивной мощности называется полной мощностью. Нагрузки энергосистемы состоят из резистивных, индуктивных и емкостных нагрузок.
В цепях переменного тока обычно существует разность фаз между напряжением и током. Этот термин известен как коэффициент мощности схемы. Если цепь индуктивна, ток отстает от напряжения, а коэффициент мощности называется отставшим коэффициентом мощности, а если цепь емкостная, то ток приводит к напряжению, а коэффициент мощности считается ведущим коэффициентом мощности. Средняя мощность в цепи переменного тока выражается через среднеквадратичное значение тока и напряжения [4].
Средняя мощность в цепи переменного тока выражается через среднеквадратичное значение тока и напряжения.
Чисто резистивная нагрузка (лампы накаливания, электрические нагревательные элементы) будет иметь коэффициент мощности 1,0 (единица).
Рис. 2. Треугольник коэффициента мощности по мощности
Коэффициент мощности асинхронных двигателей – один из важных элементов, который необходимо поддерживать равным единице. Коэффициент мощности изменяется, когда нагрузка двигателя изменяется с холостого хода на полную / перегрузку. Это изменение вызвало мониторинг и определение низкого коэффициента мощности при любых условиях нагрузки становится важным из-за поиска оптимальной реактивной мощности для компенсации коэффициента мощности.
Библиографический список
- Fuchs EF (2008) Качество электроэнергии в энергосистемах и электрических машинах. Academic Press, Кембридж
- Chapman S (2004) Основы электрического машиностроения. McGraw -Hill Education, Нью-Йорк.
- Orsag P (2014) Влияние качества электросети на рабочие характеристики асинхронного двигателя.
В: 14-я международная конференция по окружающей среде и электротехнике (EEEIC), 10–12 мая 2014 г., Острава, Чешская Республика. - Захир Дж. (2009) Оценка коэффициента мощности путем анализа данных о качестве электроэнергии для несимметрии напряжения . В: ICEE, Мелборн
- Кумар С.П. , Саббервал С.П., Мухарджи А.К. (1994) Методы измерения и коррекции коэффициента мощности. Electric Power Syst Res 32: 141–143
- М. Ходапанах1 · А.Ф. Зобаа1 · М. Аббод. Оценка коэффициента мощности асинхронных двигателей при любых условиях нагрузки с использованием опорной векторной регрессии (SVR).
- Студент M.Tech , * 2 доц. Профессор и электроцеха и UIET, Курукшетра Universtiy Power Factor Улучшение асинхронного двигателя с помощью конденсаторов
В: 14-я международная конференция по окружающей среде и электротехнике (EEEIC), 10–12 мая 2014 г., Острава, Чешская Республика.Количество просмотров публикации: Please wait
Все статьи автора «Режабов Зайлобиддин Маматович»
Часто задаваемые вопросы — Schneider Electric
{"searchBar":{"inputPlaceholder":"Поиск по ключевому слову или задать вопрос","searchBtn":"Поиск","error":"Пожалуйста, введите ключевое слово для поиска"} }
— ВДТ: это устройство из линейки Acti 9, используемое для полной защиты (защита от перегрузки + защита от короткого замыкания + защита от утечки на землю с различной чувствительностью) — ВДТ: это устройство…
В чем разница между логикой SR2 и SR3?
SR2 — это компактная линейка Zelio Logic, в которую нельзя добавлять модули расширения ввода-вывода или коммуникационные модули. В то время как SR3 — это модульная серия, в которую можно добавлять модули расширения ввода-вывода и…
Каково значение выдерживаемого напряжения промышленной частоты в течение одной минуты для NSX.
..
Модельный ряд Compact NSX имеет Uimp 8 кВ. В соответствии со стандартом IEC-60947-1 / 60947-2, на выключателе проводятся испытания импульсной волной 1,2/50 мкс и выдерживаемым напряжением промышленной частоты. Для промышленной частоты…
Двигатель 415 В, класс изоляции F, мощность dv/dt 1 кВ/ мкСм, может может…
Обычно двигатель с изоляцией класса F считается двигателем с частотно-регулируемым приводом, но указано, что выдерживаемая способность dV/dT составляет 1 кВ/мкс. Следовательно, мы не можем рассматривать этот двигатель как класс частотно-регулируемого привода…
Узнайте больше в разделе часто задаваемых вопросов по общим знаниямОбщие знания
Как сбросить пароль логики Zelio ?
Пароль можно сбросить, очистив программу внутри Zelio либо путем переноса новой программы на Zelio, либо очистив уже существующую программу путем обновления прошивки Пожалуйста, найдите…
Что понимают под симметричным и асимметричным током отключения?
Проблема: Заказчик хочет знать значение симметричного и несимметричного тока отключения автоматического выключателя и что они означают. Окружающая среда: Автоматический выключатель Разрешение: — Симметричное. ..
Почему некоторые продукты имеют двойной код с двумя классами защиты IP (например, IP65) / IP67)?
Вторая характеристическая цифра в обозначении IP указывает на степень защиты, обеспечиваемую корпусом, от вредного воздействия на оборудование из-за попадания воды. 5 =>…
ПОЧЕМУ АИНХРАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ ВСЕГДА РАБОТАЮТ С ОТСТАВШИМ КОЭФФИЦИЕНТОМ МОЩНОСТИ?
Хасан Тарик
Хасан Тарик
Дармштадт | Бывший К-Электрик | Экс-Мидас Безопасность | НЭД | Электрический | Техническое обслуживание | Автоматизация | Аналитика данных | MS ЭЭ и ИТ | MS Промышленный менеджмент
Опубликовано 21 июня 2017 г.
+ Подписаться
Асинхронные двигатели широко используются в коммерческих и жилых помещениях, но задумывались ли вы когда-нибудь, почему они всегда работают с отстающим коэффициентом мощности? Почему не ведущий? Чтобы понять эту концепцию, сначала рассмотрим некоторые основы.
Коэффициент мощности выражается косинусом (Theta V – Theta I).
1) Если угол между напряжением и током равен нулю градусов или оба находятся в фазе друг с другом, то это чисто резистивная цепь.
2) Если ток отстает от напряжения на 90 градусов, то это чисто индуктивная цепь.
3) Если ток опережает напряжение на 90 градусов, то это чисто емкостная цепь.
В асинхронном двигателе есть обмотки поверх статора, а обмотки имеют собственное сопротивление и индуктивность. Поэтому теоретически асинхронный двигатель всегда будет работать с отстающим коэффициентом мощности.
Теперь следующий вопрос, который можно было бы обдумать, заключается в том, что тогда как какие-либо машины говорят, что синхронная машина сможет работать с любым другим коэффициентом мощности, кроме отстающего?
Синхронные машины, в отличие от асинхронных машин, имеют катушки и схемы на роторе, которыми можно напрямую управлять для регулировки магнитного поля. Такое управление магнитным полем позволяет работать синхронной машине при любом коэффициенте мощности
Что можно сделать, чтобы асинхронная машина работала при любом другом коэффициенте мощности?
Однако, если конденсаторы подключены параллельно к клеммам машины, сетке не будет обеспечен тот же импеданс, который был когда-то при подключении только асинхронной машины. Этот комбинированный импеданс двигателя и конденсатора отражается на сетку и изменяет фазовый угол тока относительно. к напряжению, когда оно берется из источника напряжения коммунальной сети и, следовательно, изменяет чистый коэффициент мощности, измеренный счетчиком коммунальных услуг. Здесь следует отметить, что сама асинхронная машина в этом случае все еще работает с отстающим коэффициентом мощности, но коммунальное предприятие или сеть не смогут этого почувствовать.
-
Школа — Университет — Работа — Брак — Дети — Работа для детей — Пенсия — Смерть.
5 февраля 2022 г.
-
Чему меня научили три года в корпоративном мире:
6 марта 2021 г.
-
20 уроков 2020 года преподали мне:
26 декабря 2020 г.
-
ДРУГИЕ ЛУЧШЕ ТЕБЯ?
13 нояб. 2020 г.
-
Возможно, Окончания — это новые начинания:
7 нояб.
2020 г.
-
Ничего не добился в 22-28 лет:
18 окт. 2020 г.
-
Айтбар: (Духовная сторона этой песни)
4 октября 2020 г.
-
10 уроков, извлеченных в LinkedIn Journey:
19 сент. 2020 г.
-
25 уроков от 25-летнего:
29 авг.
Добавить комментарий