Електробаланс перетворювачів електроенергії

Для будь-якого перетворювача електричної енергії можна скласти баланс.

W₁= W₂ +∆W, (1.8)

де W₁- підведена енергія;

W₂ - корисна робота (енергія) на виході пристрою;

∆W - втрати енергії.

У загальному вигляді к.к.д. пристрою

η = W₂/W₁ (1.9)

Якщо η оцінюється за період часу, на якому потужність на вході і виході постійні, то

η = Р₂/Р₁

Звичайно η визначають в процентах

η % =(Р₂/Р₁)·100 %, (1.10)

де Р₁ - підведена потужність (на вході);

Р₂ - корисно отримана (на виході).

У загальному випадку потужність втрат енергії має постійну і змінну складові. Перша не залежить від навантаження, а друга пропорційна корисній потужності в степені k >1

∆Р = а + в ·Р₂^k (1.11)

тоді

(1.12)

де а, в, k - коефіцієнти, що визначає вигляд залежності ∆Р=f(Р₂) Залежність ∆Р=f(Р₂) можна представити графічно на рис 1.3.

Оскільки більшу частину часу установки працюють недовантаженими, то звичайно конструктори проектують пристрої так, щоб η_max наступав при навантаженні менше номінального.

Якщо ж пристрій постійно працює з незмінним навантаженням Р_н, то є сенс виготовляти його з η_max при цьому навантаженні. У цьому випадку додаткові витрати на матеріали окупаються меншими втратами енергії.

Крім η_max на енергетичні показники перетворювачів енергії впливає коефіцієнт потужності (cosφ). Іноді ці показники для електроприводу оцінюють непрямо, а як добуток η·cosφ, однак фізичної суті він не має.

Баланси потужностей різних перетворювачів можна записати у вигляді

Р₁ = Р₂ +ΣΔР (1.13)

Для трансформатора

Р₁ = Р₂ +ΔР_м +ΔР_ст; (1.14)

де ΔР_м - електричні втрати в обмотках;

ΔР_ст - втрати в сталі на вихрові струми і гістерезис.

Для електродвигуна

Р₁ = Р₂ +ΣΔР, (1.15)

ΣΔР =ΔР_ел +Δ Р_м +ΔР_мех+ΔР_е.щ+ΔР_доп, (1.16)

де ΔР_ел - електричні втрати в обмотках;

Δ Р_м - магнітні втрати (гістерезис і вихрові струми);

ΔР_мех - механічні втрати (тертя в щітках або кільцях, тертя в підшипниках, вентиляційні втрати);

ΔР_е.щ - електричні втрати в щітковому контакті;

ΔР_доп - додаткові втрати (це втрати від вихрових струмів в провідниках, від перемагнічування полями розсіювання тощо), становлять 1% від Р_н

Для зменшення електричних втрат в обмотках статора ЕД, викликаних струмами нульової послідовності, нульову точку обмоток ізолюють (тобто нульову точку не «саджають на корпус»).

Для ламп розжарювання.

Р₁ = Р₂ + ΔР (1.17)

На світловий потік використовується Р₂, що становить декілька процентів. Інше ΔР - втрати на нагрів.

Світловіддача люмінесцентних ламп приблизно в 5 раз, а термін служби в 5…6 раз більше ніж у ламп розжарювання.

Для нагрівальних установок. Якщо говорити про сам нагрівальний елемент (ТЕН) або про електродний нагрівник, то їх cosφ=1, а ККД близький до 100%, тобто

Р ₁= Р₂. (1.18)

Якщо ж говорити про нагрівальну установку загалом, то значна частина отриманої теплоти витрачається не за призначенням

Р₁ = Р₂ + ΔР (1.19)

Задача проектувальника звести втрати ΔР за рахунок теплоізоляції до мінімуму.

Для індукційних нагрівників cosφ <1, що значно знижує узагальнений енергетичний показник таких установок загалом. Тому індукційні нагрівники бажано експлуатувати спільно з пристроями підвищення cosφ.

Дата добавления: 2014-12-07