STRATY ENERGII W SILNIKACH ELEKTRYCZNYCH
Kolejnym komponentem napędów, w którym można uzyskać oszczędność energii, są silniki elektryczne. W tym celu stosowane są różne rozwiązania konstrukcyjne.
Sprawność energetyczną silników zwiększa się przede wszystkim, ograniczając straty energii, która jest zamieniana na ciepło. Występują one w wirniku, stojanie i dodatkowych elementach. Dzieli się je na cztery grupy, wyróżniając straty: w uzwojeniu (w miedzi, obciążeniowe), w rdzeniu (w stali), na tarcie (mechaniczne) oraz dodatkowe.
Pierwsze z wymienionych występują w uzwojeniach wirnika i stojana. W wyniku przepływu prądu w postaci ciepła wydziela się moc strat proporcjonalna do kwadratu natężenia prądu i rezystancji przewodnika. Straty w uzwojeniach zmieniają się w zależności od obciążenia silnika i w wyniku zmiany rezystancji. To ostatnie zachodzi m.in. na skutek wahań temperatury otoczenia.
W uzwojeniach miedzianych przyrost temperatury o każde 10°C powoduje zwiększenie rezystancji o 4%. Na wzrost rezystancji uzwojeń w maszynach indukcyjnych wpływ ma też zjawisko naskórkowości i efekt sąsiedztwa. Pierwszy polega na zagęszczaniu się prądu przy powierzchni przewodnika wraz ze wzrostem częstotliwości.
Efekt sąsiedztwa jest z kolei skutkiem wzajemnego oddziaływania na siebie pól w otoczeniu sąsiadujących ze sobą przewodników i też objawia się zmianami gęstości prądu. Szacuje się, że łącznie straty obciążeniowe w uzwojeniach wirnika i stojana stanowią około 50% wszystkich strat energii w silniku. W ramce przedstawiamy przyczyny strat w stali, na tarcie oraz strat dodatkowych.
Straty w staliStraty w stali występują w obwodzie magnetycznym silnika, czyli w rdzeniach stojana oraz wirnika. Dzieli się je na straty: histerezy i na prądy wirowe. Pierwsze wynikają ze strat energii potrzebnej do zmieniania położenia domen w materiale magnetycznym zachodzących w czasie jego okresowego przemagnesowywania, co następuje zgodnie z krzywą pętli histerezy. Oprócz strat histerezowych występują straty cieplne powodowane prądami wirowymi indukowanymi w rdzeniach przez pole magnetyczne. Straty w stali mają około 15-procentowy udział w całkowitych stratach energii w silniku.
Straty na tarcie
Straty dodatkowe |
