Потери энергии в установившихся и переходных процессах

Анализ потерь энергии в различных режимах работы тягового электропривода важен как с позиций анализа экономичности работы системы, так и для оценок теплового состояния двигателей при проверке их на нагрев.

В общем случае мощность потерь энергии в двигателях удобно представлять в виде суммы потерь энергии АР_с, не зависящих от нагрузки, и потерь АЛ, которые пропорциональны нагрузке двигателей [8]:

Составляющую постоянных потерь АР_с определяют потери в стали А/>_ст и механические потери А/_1ех, а для двигателей постоянного тока независимого возбуждения и синхронных двигателей — и потери в обмотках возбуждения А/^>_в=/_в²/?_в. Составляющую переменных потерь AP_v определяют потери в меди, которые пропорциональны квадрату тока двигателя и сопротивлениям обмоток:

• для двигателей постоянного тока.

• для асинхронных двигателей.

При небольшом диапазоне изменения токов асинхронного двигателя, когда /ц= const, при малых скольжениях, для которых cos.

2~l, можно принять, что /,² «ll +/₂² • В этом случае потери от тока намагничивания можно отнести к постоянным потерям, добавив к ним величину 3/J²/?, а переменные выразить только через ток ротора в виде.

В синхронных двигателях переменные потери определяются потерями в меди статора и рассчитываются так:

При токах, соответствующих номинальным режимам работы двигателей на естественных характеристиках, переменные потери можно определить по номинальным данным двигателя.

Коэффициент перегрузки по току двигателей к_пер по отношению к току номинального режима работы:

• для тяговых двигателей постоянного тока А: = 1 /1 (обыч;

пер Я Я. НОМ '.

но принимается равным 1,8…2,0;

• • для тяговых асинхронных двигателей к_аср = 1'₂/Г₂ ном (обычно
• 2…3);
• • для тяговых синхронных двигателей к_пер =/,//, (так же, как и для асинхронных).

Общее выражение для переменных потерь имеет вид.

Введя отношение постоянных потерь к номинальным переменным, а = АР_с / AP_{v Ж1М}, суммарные потери можно представить как.

Значение коэффициента а зависит от номинальной мощности, частоты вращения вала и исполнения двигателя и лежит в пределах, а = 0,5…2,0.

Правильная оценка потерь энергии имеет особое значение для регулируемых электроприводов. Выбор способа регулирования частоты вращения или момента двигателя определяется в конечном итоге его экономичностью. Экономичность приводов, характеризуемая расходом энергии и регулировочными потерями при совершении одной и той же работы, служит основой для сопоставления регулируемых электроприводов по экономичности.

С позиций оценки энергозатрат регулирование частоты вращения вала или момента означает изменение развиваемой на валу двигателя мощности Р_мех механической энергии. С учетом структуры тяговых электроприводов (см. рис. 1.1) возможны несколько способов регулирования развиваемой ими Р_мех:

• • установкой на пути потока получаемой от источника энергии пассивного преобразователя, поглощающего в процессе регулирования ее часть. Примером такого типа регуляторов являются реостатные схемы управления пуском;
• • увеличением потерь в самой электрической машине, например, при несимметричном питании асинхронного двигателя, при котором в фазных обмотках двигателя протекают несинусоидальные токи;
• • установкой на пути потока получаемой от источника энергии активного преобразователя, питающего тяговый двигатель в соответствии с мощностью, необходимой в данный момент подвижному составу для движения.

Первые два способа параметрического регулирования при длительном снижении уровня Р_мсх с энергетической точки зрения неэкономичны, так как основаны на увеличении потерь энергии в электроприводе.

Наиболее экономичен третий способ, который используется в тяговых электроприводах, содержащих полупроводниковые преобразователи, позволяющие регулировать параметры U, /, / на входе электромеханического преобразователя таким образом, чтобы управление механической энергией осуществлялось не за счет увеличения потерь, а за счет необходимого снижения потребления энергии электродвигателем.

При оценке экономичности работы регулируемых электроприводов необходимо учитывать, что составляющая суммарных потерь, не зависяшая от нагрузки АР_С9 при регулировании частоты вращения изменяется. Приближенно они рассчитываются [8|:

где АР_Ц — потери в цепи возбуждения;

АРмех ном — механические потери в номинальном режиме;

АР_СТ. ном — потери в стали в номинальном режиме.