Ztráty a účinnost

Ztráty a účinnost indukčních trojfázových motorů

Tato lekce se zabývá ztrátami a účinností trojfázových indukčních motorů s kotvou nakrátko.

Ztráty na indukčních motorech

Jsou dané následujícím vztahem a náhradním schématem:

ΔP = ΔP_j1 +ΔP_Fe1 + ΔP_př,

kde ΔP_př jsou ztráty přídavné, které v sobě zahrnují ztráty vířivými proudy a pulsací magnetického toku,

ΔP_Fe1 jsou ztráty v železe statoru a ΔP_j1 jsou ztráty ve vinutí statoru.

U chodu naprázdno musíme počítat s těmito ztrátami:

ΔP₀ = ΔP_Fe1 + ΔP_m,

kde ΔP_m jsou mechanické ztráty motoru a ΔP_Fe1 jsou ztráty v železe statoru.

Obr. 1: Ztráty motoru [1]

Ztráty v železe rotoru můžeme za normálního chodu zanedbat.
O ztrátách v železe rotoru musíme uvažovat jen u strojů s dlouhým rozběhem.
Pulsační ztráty se počítají jen u motorů s většími výkony.
Hysterezní ztráty a ztráty vířivými proudy se určují měřením na hotových strojích.
Magnetický tok závisí jen na napětí, i ztráty v železe jsou pro každé zatížení stejné a rovnají se ztrátám v železe při chodu naprázdno!

Účinnost indukčních motorů

Účinnost je obecně dána poměrem

kde P je výkon motoru, P₁ příkon motoru a η účinnost.

Účinnost asynchronních indukčních motorů s kotvou nakrátko je problémem celosvětovým z důvodů využívání elektrické energie, která je velmi drahá. Účinnost asynchronních motorů je určité ekonomické kritérium, které je nutno respektovat při stavbě a použití motorů v provozu.

Zlepšování účinnosti asynchronních motorů

Označíme-li si ztráty v železe a ztráty mechanické jako k (konstantní ztráty) a ztráty ve vinutí jako v (proměnlivé ztráty), pak motor může pracovat s maximální účinností, jestliže se tyto ztráty sobě rovnají:

k = v.

Jestliže ztráty rostou pomaleji než výkon, musí mít takové motory menší ztráty a tím vyšší účinnost.

Účinnost motoru závisí i na jeho otáčkách. Čím větší otáčky, tím lepší účinnost. Motory s malými otáčkami pracují nehospodárně.

U některých typů dvoupólových motorů se může stát, že jejich účinnost bude horší než u stejných motorů čtyřpólových, což je dáno velkým třením. Kompenzaci lze provést zmenšením ztrát ve vinutí u vysokootáčkových motorů.

Účinnost motoru se mění také se svorkovým napětím motoru, protože ztráty ve vinutí závisí na druhé mocnině proudu a ztráty v železe na druhé mocnině magnetické indukce B lze psát:

ΔP = k + v = ΔP_m + k₁ B² + k₂I₂².

Motor bude pracovat při proměnném napětí s minimálními ztrátami tehdy, jestliže ztráty ve vinutí se budou rovnat ztrátám v železe, tzn.

k₁ B² = k₂I₂².

Kromě účinnosti má na provoz indukčního motoru velký vliv i účiník cos φ. Proto musíme dbát na tyto zásady:

Pokud velké motory nejsou zatíženy plným výkonem, pracují s malým účiníkem.
Motory musí být zatěžovány kolem 75% jmenovitého výkonu.
Přepínání motorů do hvězdy nebo do trojúhelníku, dle velikosti zatěžujícího výkonu.
Motory nesmí běžet naprázdno – zhoršuje se účiník cos φ – obráběcí stroje o přestávkách.

Nutnost kompenzace pomocí statických kondenzátorů u odběratele:

individuální kompenzace
skupinová kompenzace
centrální kompenzace

Starý standard pro výpočet účinnosti motorů byl nahrazen novou normou IEC 60034-2-1, která vstoupila v platnost v září 2007. Tento nový standard, známý jako EN 60034-2-1, platí jako mezinárodní standard. To znamená, že nová pravidla vstoupila v platnost pro stanovení ztrát a účinnosti motorů. Nové limity účinnosti pro různé velikosti motorů tříd IE1 a IE2 a IE3 jsou uvedeny v IEC 60034-30.

Rozdíly v účinnosti motoru pro 4pólové motory ve třídách IE1 a IE2 a IE3 jsou znázorněny na obrázku níže.

obrazek