Презентация по электрическим машинам и аппаратам на тему: Энергетические показатели эффективности использования электрических машин (для студентов 2 курса)

Тема 1 Физические основы работы и использования электрических машин * 1.2 Энергетические показатели эффективности использования электрических машин 3 * План занятия 1 Номинальные данные электрической машины2 Энергетические показатели свойств электрических машин3 Факторы, влияющие на энергетические показатели4 Требования, предъявляемые к электрическим машинам, выбор электрических машин для производственных целей5 Энергосбережение средствами электропривода * 1 Номинальные данные электрической машины Номинальными данными электрической машины называют данные, характеризующие ее работу в режиме, для которого она предназначена заводом-изготовителем. К номинальным данным относятся: - мощность, - напряжение, - ток, - частота, - КПД, - коэффициент мощности, - частота вращения - и ряд других данных. * Режим работы электрической машины — установленный порядок чередования и продолжительности нагрузки, холостого хода, торможения, пуска и реверса машины во время ее работы. Номинальным режимом работы называется режим, для работы в котором электрическая машина предназначена заводом-изготовителем. * 2) Номинальная мощность — мощность, для работы с которой в номинальном режиме машина предназначена заводом-изготовителем. Для различных типов машин номинальной мощностью является: для генераторов переменного тока — полная электрическая мощность на выводах при номинальном коэффициенте мощности, ВА; для генераторов постоянного тока — электрическая мощность на выводах машины, Вт; для двигателей переменного и постоянного тока — механическая мощность на валу, Вт; * 3) Номинальное напряжение — напряжение, на которое машина рассчитана заводом-изготовителем для работы в номинальном режиме с номинальной мощностью.4) Номинальный ток — ток, соответствующий работе машины в номинальном режиме с номинальной мощностью и частотой вращения при номинальном напряжении. * 5) Коэффициент полезного действия — отношение полезной (отдаваемой) мощности к затрачиваемой (подводимой); - для генераторов — отношение активной электрической мощности, отдаваемой в сеть, к затрачиваемой механической мощности; - для двигателей — отношение полезной механической мощности на валу к активной подводимой электрической мощности. Номинальным КПД называют указанное отношение мощностей при работе машины с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения. * 6) Коэффициент мощности машин переменного тока: - для генераторов — отношение отдаваемой активной электрической мощности, Вт, к полной отдаваемой электрической мощности, В-А; - для двигателей — отношение активной потребляемой электрической мощности, Вт, к полной потребляемой электрической мощности, В А. Номинальным коэффициентом мощности электрической машины называют указанное отношение мощностей при работе машины в номинальном режиме, с номинальными мощностью, напряжением, частотой тока и частотой вращения. * 7) Нагрузка — мощность, которую развивает электрическая машина в данный момент времени. Нагрузка может быть выражена в единицах активной или полной мощности (Вт, или В • А) либо в долях номинальной мощности. Она также выражается током, потребляемым или отдаваемым электрической машиной, А, либо в процентах или долях номинального тока. Номинальная нагрузка — нагрузка, равная номинальной мощности машины. * 8) Номинальная частота вращения — частота вращения, соответствующая работе машины при номинальных напряжении, мощности и частоте тока и номинальных условиях применения. Основные номинальные величины указываются в паспортной табличке (на щитке), прикрепленной к машине. * 2 Энергетические показатели свойств электрических машин К ним относятся:потери мощности, коэффициент полезного действия η (этта);коэффициент мощности cos φ; коэффициент нагрузки * Как объект эксплуатации электрическая машина должна иметь высокие энергетические показатели (КПД и cos φ). Электрические машины с минимальными потерями позволяют уменьшить вложение материалов в энергосистему. Высокие энергетические показатели электрической машины гарантируют снижение уровня текущих затрат на эксплуатацию и капитальные вложения потребителя. Электрические машины должны быть надежными и, как правило, иметь срок службы не менее 8... 10 лет. Улучшение энергетических показателей электрических машин стало особенно актуальным в связи с ростом цен на энергоносители. * 1) Потери мощности. Электрические машины служат для взаимного преобразования электрической и механической энергии. Любое преобразование неизбежно приводит к потерям энергии. При работе электрической машины часть потребляемой ею энергии теряется бесполезно и рассеивается в виде тепла. Мощность потерянной энергии называют потерями мощности или просто потерями. * Потери в электрических машинах подразделяются на основные и добавочные. Основные потери возникают в результате происходящих в машине основных электромагнитных и механических процессов, а добавочные потери обусловлены различными вторичными явлениями. Во вращающихся электрических машинах основные потери подразделяются на: 1) механические потери, 2) магнитные потери, или потери в стали, 3) электрические потери. * 2) Коэффициент полезного действия η представляет собой отношение полезной или отдаваемой мощности Р2 к потребляемой Р1.Современные электрические машины имеют высокий КПД. Так, у машин постоянного тока мощностью 10 кВт КПД составляет 83—87%, мощностью 100 кВт— 88—93% и мощностью 1000 кВт — 92—96%. Лишь малые машины имеют относительно низкие КПД: например, у двигателя постоянного тока мощностью 10 Вт КПД 30—40%. * Кривая КПД электрической машины η = Р2 / (Р1) сначала быстро растет с увеличением нагрузки, затем КПД достигает максимального значения (обычно при нагрузке, близкой к номинальной) и при больших нагрузках уменьшается (рисунок 8). Последнее объясняется тем, что отдельные виды потерь (электрические и добавочные) растут быстрее, чем полезная мощность. * η = (1) или в процентах η = (2) Рисунок 8 – Зависимость КПД электрической машины от нагрузки * 3) Коэффициент нагрузки определяет относительную величину нагрузки, т. е. kнг = I/Iн = Р2/P2н, (3) 4) Коэффициент мощности соs φ – является важной величиной, характеризующей работу электрических машин переменного тока. Размеры и стоимость генераторов электрических станций, трансформаторов, электрических сетей и аппаратуры зависят от произведения mUI, а их использование — от произведения mUIcos φ. Отсюда понятно, почему повышение cos φ представляет собой задачу, имеющую большое народнохозяйственное значение. * Прежде всего, стремятся повысить cos φ асинхронных двигателей, так как в электрических установках они являются основными потребителями реактивного тока, который приблизительно равен току холостого хода, зависящему от величины воздушного зазора δ между статором и ротором. Уменьшая δ, можно увеличить cos φ АД, но необходимо учитывать, что для δ существует некоторое минимальное значение, ниже которого не следует спускаться, чтобы обеспечить механическую надежность машины. Для машин различной мощности δ = 0,2…1,5 мм. * 3 Факторы, влияющие на энергетические показатели Теряемая в электрических машинах энергия превращается в тепло и вызывает нагревание отдельных их частей. Для надежности работы и достижения приемлемого срока службы нагревание частей машины должно быть ограничено. Наиболее чувствительными в отношении «нагревания» являются электроизоляционные материалы, и именно их качеством определяются допустимые уровни нагревания электрических машин. Большое значение имеет также создание хороших условий отвода тепла и охлаждения электрических машин. * Потери энергии в электрической машине увеличиваются с повышением ее нагрузки, а вместе с этим увеличивается и нагревание машины. Поэтому наибольшая мощность нагрузки, допускаемая для данной машины, определяется главным образом допустимым уровнем ее нагревания, а также механической прочностью отдельных частей машины, условиями токосъема на скользящих контактах и т. д. * 4 Требования, предъявляемые к электрическим машинам, выбор электрических машин для производственных целей Современный уровень развития электромашиностроения характеризуется большим разнообразием электрических машин, различающихся конструкцией, рабочими характеристиками, способностью выдерживать воздействие внешних факторов (температуры, влажности) и т. п. Поэтому требования, предъявляемые к этим машинам, также весьма разнообразны. * Весь комплекс этих требований разделяют на два вида - технические и экономические.Технические требования можно обобщить и сформулировать следующим образом: электрическая машина должна надежно работать в условиях, для которых она предназначена, в течение срока не менее указанного в технических условиях (ТУ), развивая при этом требуемую мощность при установленных напряжении, частоте вращения, КПД и других параметрах, указанных в паспорте машины; при этом машина должна быть удобной и безопасной в эксплуатации. * Экономические требования к электрической машине определяются, с одной стороны, эксплуатационными свойствами электрической машины, а с другой,- технологичностью ее конструкции и стоимостью примененных в ней материалов.Эксплуатационные свойства электрической машины определяются удобством ее монтажа и простотой управления, энергетическими показателями (КПД, соs φ), возможностью ремонта и другими свойствами, характеризующими экономичность машины в процессе ее эксплуатации. * Конструкция машины считается технологичной, если она, удовлетворяя техническим требованиям и обеспечивая необходимые эксплуатационные свойства, позволяет использовать при ее изготовлении высокопроизводительные технологические процессы при минимальных затратах рабочей силы и рациональном использовании оборудования и материалов. * Выбор электрических машин для производственных целей Для привода технологической машины целесообразно выбирать ЭД, простейший в конструктивном отношении, надежный в эксплуатации, имеющий небольшой вес, габарит и стоимость. Одним из важнейших вопросов при выборе электропривода является выбор мощности ЭД. Только правильный расчет мощности и выбор ЭД обеспечат надежность работы электропривода. * Применение ЭД завышенной мощности ухудшает экономические показатели: увеличивает капитальные и эксплуатационные расходы и увеличивает габарит машины. В этих условиях ЭД работает с недогрузкой, в результате чего снижаются его КПД и коэффициент мощности соs φ. Применение ЭД заниженной мощности нарушает технологический процесс и приводит к преждевременному его износу. * 5 Энергосбережение средствами электропривода Эффективное использование энергии является одной из важнейших современных проблем. Ее решение позволит снизить расход энергетических и материальных ресурсов при производстве промышленной и сельскохозяйственной продукции, уменьшить большие непроизводительные расходы в сфере жилищно-коммунального хозяйства, улучшить экологическую обстановку в стране. Важную роль в решении этой проблемы играет электропривод, который является основным потребителем электрической энергии. * Основные пути реализации энергосбережения средствами промышленного электропривода 1) Обоснованный выбор установленной мощности двигателя, соответствующей реальным потребностям управляемого механизма.2) Переход на более экономичные двигатели, в которых за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди), применения более совершенных материалов и технологий повышены номинальные значения КПД и коэффициента мощности. * 3) Переход к более совершенной с энергетической точки зрения системе электропривода, широкое внедрение частотно-регулируемых электроприводов.4) Использование специальных технических средств, обеспечивающих минимизацию потерь энергии в электроприводе. * Контрольные вопросы 1 Какие параметры электрических машин относятся к номинальным данным?2 Что такое нагрузка, номинальная нагрузка?3 Назовите энергетические показатели свойств электрических машин.4 Какие виды потерь возникают в электрической машине?5 Как изменяется КПД с увеличением нагрузки?6 От чего зависит cos φ электрической машины?7 Какие факторы влияют на энергетические показатели электрических машин?8 Назовите технические и экономические требования, предъявляемые к электрическим машинам.9 К каким последствиям приводит выбор двигателя завышенной и заниженной мощности? * 3