Меню

Определить мощность отдаваемую генераторам постоянного тока если

Расчёт мощности генератора

Для начала вспомним школу.

Что такое электрическая мощность?
Электрическая мощность обозначается при написании формул латинской буквой Р и измеряется в ваттах Вт или на латинице W, киловаттах (кВт или kW), мегаваттах (МВт или MW) и так далее.
Электрическая мощность равна произведению напряжения и тока:

P (Вт) = U (В) * I (А)

Различают следующие виды электрической мощности, которые, соответственно, по-разному обозначаются:

Активная мощность:
Обозначение: P
Единица измерения: Вт (W)

Это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока (генератору) нагрузки, имеющей активное (омическое) сопротивление. Если нагрузка, имеет только активное сопротивление и не содержит реактивных сопротивлений, то активная мощность будет равна полной мощности.

Расчёт производится по формуле: P = U * I * cos φ

Примеры: лампы накаливания, нагревательные приборы и т. п.

Реактивная мощность:
Обозначение: Q
Единица измерения: вар или VAr (вольт-ампер реактивный)

Это мощность, отдаваемая при подключении к источнику тока компонента сети или нагрузки, имеющей индуктивные (электродвигатель) или ёмкостные (конденсатор) элементы.

Расчёт производится по формуле: Q = U * I * sin φ

Примеры:
Потребители, придающие нагрузке индуктивный характер: электродвигатели, сварочные трансформаторы и т.п.
Потребители, придающие нагрузке ёмкостной характер: конденсаторы в компенсаторных устройствах, конденсаторы, создающие реактивную мощность в цепи возбуждения генераторов и т.п.

Полная мощность:
Обозначение: S
Единица измерения: В·A или VA (вольт-ампер)

Полная электрическая мощность равна произведению сдвинутых по фазе напряжения и тока. Полная мощность непосредственно связана с активной и реактивной мощностями. Её расчёт производится по формуле, выражающей закон Пифагора. Полная электрическая мощность представляет собой максимальную мощность электрического тока, которая может быть выработана генератором или использована.

Расчёт производится по формуле: S = U * I или S = P + Q

Изображенный на рисунке треугольник отображает взаимосвязь между электрическими мощностями или соответствующими им напряжениями.

Теперь о расчёте мощности генератора.

Для точного определения области применения и пригодности любого электроагрегата для выполнения поставленных задач необходимо прежде всего определить суммарную мощность потребителей тока. Только таким образом можно определить, какой электроагрегат может быть использован для данных целей. При выборе необходимой мощности электроагрегата можно использовать приведённые ниже эмпирические формулы.

1. Потребители, являющиеся только активной нагрузкой (например, электронагреватели, лампы накаливания и подобные им приборы с чисто омическим сопротивлением).
Суммарную мощность можно расчитать путём простого сложения мощностей отдельных потребителей, которые могут быть подключены к генератору. В данном случае полная электрическая мощность, измеряемая в ВА или VA (Вольт-ампер) равна активной мощности, измеряемой в Вт или W (Ватт). Необходимая мощность электроагрегата определяется путём увеличения суммарной мощности подключаемых потребителей на 10% (т.е. с учётом определённых технических факторов).

Пример: Суммарная мощность потребителей * 110% = Мощность, требуемая от электроагрегата.

Если суммарная мощность всех потребителей 2000 Вт (в данном случае 2000 Вт = 2000 ВА ), то требуемая мощность электроагрегата будет: 2000 ВА * 110% = 2200ВА

2. Потребители, имеющие индуктивную составляющую мощности (компрессоры, насосы и прочие электродвигатели). Эти нагрузки потребляют очень большой ток при пуске и выходе на рабочий режим. В данном случае, сначала необходимо определить точное значение мощности одновременно подключаемых потребителей. Далее следует выбрать мощность электроагрегата.

Полная мощность такого электроагрегата должна быть не менее, чем в 3,5 раза больше суммарной мощности потребителей. В исключительных случаях она должна превышать мощность потребителей в 4—5 раз.

Пример: Суммарная мощность потребителей * 3,5 = Мощность, требуемая от электроагрегата.

Если суммарная мощность всех потребителей 2000 ВА, то требуемая мощность электроагрегата будет: 2000 ВА * 3,5 = 7000 ВА

Источник

Методические указания к решению задач 18-27

Задачи этой группы относятся к теме «Электрические машины по­стоянного тока». Для их решения необходимо изучить материал, приве­денный в указателе литературы к теме, решить рекомендуемые задачи и ознакомиться с типовыми примерами 17-21. Сведения о некоторых типах машин постоянного тока даны в табл. 22.

Необходимо иметь представление о связи между напряжением на выводах U, э. д. с. Е и падением напряжения IаRа в обмотке якоря для генератора и двигателя: для генератора Е= U+IаRа; для двигателя U=Е+IaRa. Для определения элект­ромагнитного или полного момента, развиваемого двигателем, можно поль­зоваться формулой, приведенной в учебнике:

Здесь магнитный поток выражен в веберах (Вб), ток якоря в амперах (А), момент получаем в ньютон-мет­рах (Н·м). Если магнитный поток машины неизвестен, то электромагнит­ный момент можно найти, определив из формулы для противо- э. д. с. маг­нитный поток и подставив его в фор­мулу для Мэм:

Е = откуда Ф = Тогда Mэм =

Здесь Рэм =ЕIа — электромагнитная мощность, Вт; w — угловая скорость вращения, рад/с.

Аналогично можно вывести формулу для определения полезного номинального момента (на валу):

Здесь Рном выражаем в Вт; Мном получаем в Н·м.

Пример 17. Генератор с независимым возбуждением (рис. 88) работает в номинальном режиме при напряжении на выводах Uном = 220 В. Сопротивление обмотки якоря Rа=0,2 Ом; сопротивление нагрузки Rн=2,2 Ом; сопротивление обмотки возбуждения Rв=55 Ом. Напряжение для питания обмотки возбуждения Uв=110 В. Номиналь­ная частота вращения якоря nном=1200 об/мин. Определить: 1) э. д. с. генератора; 2) силу тока, отдаваемого потребителю; 3) силу тока в 1 обмотке возбуждения; 4) полезную мощность, отдаваемую генератором; 5) электромагнитный тормозной момент, преодолеваемый приводным двигателем.

Читайте также:  Токи проходящие через каждый резистор формула

Решение. 1. Ток, отдаваемый в нагрузку:

2. Ток в обмотке возбуждения

3. Ток в обмотке якоря

4. Э. д. с. генератора

5. Полезная мощность, отдаваемая генератором:

P2 = Uном Iн = 220·100 = 22 000 Вт = 22 кВт.

6. Электромагнитная мощность и электромагнитный тормозной момент:

Рэм = ЕIа = 240,4·102 = 24600 Вт = 24,6кВт;

Пример 18. Генератор с параллельным возбуждением (рис. 89) рассчитан на напряжение Uном =220 В и имеет сопротивление обмотки якоря Rа=0,08Ом, сопротивление обмотки возбуждения Rв=55 Ом. Генератор нагружен на сопротивление Rн= 1,1 Ом.

К. п. д. генератора ηг = 0,85. Определить: 1) токи в обмотке возбуждения Iв, в обмотке якоря Iа и в нагрузке Iв; 2) э. д. с. генератора Е; 3) полезную мощность Р2; 4) мощность двигателя для вращения генератора Р1; 5) электрические потери в обмотках якоря Ра и возбуждения Рв; 6) суммарные потери в генераторе; 7) электромагнитную мощность Рзм.

Решение. 1. Токи в обмотке возбуждения, нагрузке и якоре:

2. Э. д. с. генератора

Е = Uном + IаRa = 220 + 204 · 0,08 = 236,3 В.

3. Полезная мощность

Р2 = Uном /Iн = 220·200 = 44 000 Вт = 44 кВт.

4. Мощность приводного двигателя для вращения генератора

5. Электрические потери в обмотках якоря и возбуждения:

Ра = Rа = 204 2 ·0,03 = 3320 Вт = 3,32 кВт;

Рв = Rв 4 2 ·55 = 880 Вт = 0,88 кВт.

6. Суммарные потери мощности в генераторе

7. Электромагнитная мощность, развиваемая генератором:

Рэм = ЕIа = 236,3·204 = 48 300 Вт = 48,3 кВт.

Пример 19. Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением (рис. 90) рассчитан на номинальную мощность Рном = 10 кВт и номинальное напряжение Рном=220 В. Частота вращения якоря n=3000 об/мин. Двигатель потребляет из сети ток I=63 А. Со­противление обмотки возбуждения Rв=85 Ом, сопротивление обмотки якоря Rа=0,3 Ом. Определить: 1) по­требляемую из сети мощность Р12)к. п. д. двигателя ηдв; 3) по­лезный вращающий момент М; 4) ток якоря Iа; 5) противо-э. д. с. в обмотке якоря Е; 6) суммарные потери в двигателе ; 7) потери в обмотках яко­ря Ра и возбуждения Рв.

Решение. 1. Мощность, пот­ребляемая двигателем из сети:

Р1= Uном I =220·63= 13 900 Вт = 13,9 кВт.

2. К- п. д. двигателя

3. Полезный вращающий момент (на валу)

М =9,55 Рном/n = 9,55·10·1000/3000 = 31,9 Н·м.

4. Для определения тока якоря предварительно находим ток воз­буждения

5. Противо-э. д. с. в обмотке якоря

6. Суммарные потери в двигателе

7. Потери в обмотках якоря и возбуждения:

Пример 20. Четырехполюсный двигатель с параллельным возбуждением (рис.90) присоединен к сети с Uном=110В и потребляет ток I=157 А. На якоре находится обмотка с сопротивлением Rа=0,0427 Ом и числом проводников N=360, обра­зующих четыре параллельных ветви (а=2). Сопротивление обмотки воз­буждения Rв=21,8 Ом. Магнитный поток полюса Ф= 0,008 Вб. Опреде­лить: 1) токи в обмотках возбужде­ния Iв и якоря Iа; 2) противо-э. д. с. Е; 3) электромагнитный момент Mэм; 4) электромагнитную мощность Rэм; 5)частоту вращения якоря n; 6) потери мощности в обмотках якоря Ра и возбуждения Рв.

Решение. 1. Токи в обмотках возбуждения и якоря

Iа = I — Iв = 157 — 5,05 = 151,95 А.

2. Противо-э. д. с. в обмотке якоря

3. Электромагнитный момент

4. Электромагнитная мощность

Рэм = ЕIа = 103,5·151,95 = 15 727 Вт = 15,727 кВт.

Зная Рэм, можно найти электромагнитный момент по формуле

Мэ = Рэм /w = Рэм / =60·15 727/ (2·3,14·2156) = 69,7 Н·м,

что и было получено выше.

Здесь частота вращения якоря

5. Потери мощности в обмотках якоря и возбуждения:

Ра = Rа = 151,95 2 · 0,0427=986 Вт;

Пример 21. Электродвигатель постоянного тока с последователь­ным возбуждением (рис. 91) присоединен к сети с напряжением Uном = 110 В и вращается с частотой n= 1500 об/мин, Двигатель развивает полезный момент (на валу) M=120 Н·м. К. п. д. двигателя ηдв = 0,84. Суммарное сопротивление обмоток якоря и возбуждения Rа+-Rпс = 0,02 Ом. Определить: 1) полезную мощность Р2; 2) потребляемую мощность Р1; 3) потребляемый из сети ток I; 4) сопротивление пуско­вого реостата, при котором пусковой ток ограничивается до 2,5I; 5) противо-э. д. с. в обмотке якоря.

Решение. 1. Полезную мощность двигателя определяем из формулы полезного момента

Р2 =Mn /9,55= 120·1500/9,55 = 18 848 Вт= 18,85 кВт.

2. Мощность, потребляемая из сети:

3. Ток, потребляемый из сети:

4. Необходимое сопротивление пускового реостата

Источник



Как рассчитать мощность генератора?

Мощность любой вырабатывающей электроэнергию установки обязательно приводится в ее паспортных данных, то же касается и дизель-генераторов. Расчет ее необходимого значения логично сводится к суммированию потребляемой мощности нагрузки на энергоустановку и, на первый взгляд, может показаться достаточно простым. Тем не менее, обязательно следует учитывать следующие факторы:

  • размерность параметра мощности, приводимого в технических данных оборудования, — кВА или кВт;
  • значение приводимой мощности оборудования — максимальная или номинальная;
  • наличие в паспортных данных значения коэффициента мощности — cos φ;
  • тип нагрузки подключаемого оборудования — активная или реактивная;
  • величина пускового тока у реактивной нагрузки;
  • реальный режим эксплуатации подключенных нагрузок — одновременно или раздельно.
Читайте также:  Самые популярные ток токеры

Последний фактор рекомендуется иметь в виду только при полной уверенности в раздельном использовании электрооборудования во избежание неудобств при его эксплуатации. А расчет мощности генератора следует начать с приведения этого параметра для каждой единицы подключаемого оборудования к единой размерности с учетом ее типа.

Расчет мощности электрооборудования для подключения к дизель-генератору

Если электроприбор всю потребляемую электроэнергию преобразует в том или ином виде на нагрев, то он является для сети переменного тока активной нагрузкой, не имеющей реактивной составляющей в виде емкости или индуктивности. Таковы осветительные и нагревательные приборы. Таким образом, если на этикетке электрочайника значится 2 кВА, то это будет эквивалентно 2 кВт нагрузки для генератора. Потребляемая мощность в данном случае — произведение значения тока I в цепи нагрева чайника и подводимого к нему напряжения U (действующее значение 220 В).

Иная ситуация возникнет, если нагрузка будет реактивной, то есть содержащей емкостную или индуктивную составляющую. В этом случае активная мощность электрооборудования может быть корректно рассчитана только с использованием коэффициента cos φ по формуле

и будет меньше, чем реальная нагрузка на генератор, поскольку ему приходится тратить энергию и на реактивную составляющую. Эта поправка обязательно должна учитываться при подключении оборудования, содержащего электродвигатели. Среднее значение cos φ для современных электродвигателей — приблизительно 0,8. Таким образом, пылесос, для которого указана мощность 2 кВт, для генератора будет представлять нагрузку 2,5 кВА.

Пусковая мощность оборудования

Точней будет говорить о пусковом токе различных агрегатов, возникающем при их включении. Выход на рабочий режим, к примеру, компрессора холодильника или двигателя погружного насоса сопровождается резким скачком потребляемого тока от электросети. Нетрудно представить, какова эта перегрузка будет для сварочного аппарата. Эту особенность также следует учитывать при расчете мощности соответствующей нагрузки в виде повышающего коэффициента. Его приблизительные значения для бытовых приборов следующие:

  • холодильник — 3;
  • телевизор, пылесос и электроплита — 1,1;
  • стиральная машина — 1,5;
  • микроволновая печь — 2.

Для электроинструмента повышающий коэффициент будет следующим:

  • электродрель — 1,1;
  • циркулярная пила — 1,5;
  • сварочный аппарат — 4;
  • бетономешалка с электроприводом — 3.

Можно, правда, отметить, что в ряде моделей дизель-генераторов применяются специальные средства для нейтрализации пусковых токов в нагрузке. Но использовать эту систему для сварочного аппарата нельзя в силу принципа его функционирования. Ведь сварка — это постоянное возникновение пускового тока.

Требуемая мощность генератора

Очевидно, что требуемая мощность ДГУ должна быть не меньше, чем сумма рассчитанных с помощью вышеприведенных данных нагрузок. Возможна приблизительная оценка при помощи калькулятора расчета мощности дизель-генератора.

В любом случае, определенный запас по мощности следует принять во внимание, поскольку это уменьшит нагрузку на установку, сократит расход топлива и увеличит ресурс силового агрегата.

Источник: Компания «Техэкспо»

Источник

Расчет генератора постоянного тока с параллельным возбуждением

Для расчета генератора постоянного тока с параллельным возбуждением необходимо:

усвоить устройство и принцип действия электрических машин постоянного тока; знать формулы, выражающие взаимосвязь между электрическими величинами, характеризующими данный тип электрической машины.

— отчетливо представлять связь между напряжением U на зажимах машины, ЭДС Е и падением напряжения IRв обмотке якоря генератора и двигателя.

Для генератора Е =U+ IЯ· ∑R, для двигателя U = Е + IЯ· ∑R

В этих формулах ∑R= RЯ+RДП +RКО +RС +RЩ — сумма сопротивлений всех участков цепи якоря: RЯ — обмотки якоря;

RДП — обмотки добавочных полюсов; RКО — компенсационной обмотки;

RЩ — переходного щеточного контакта; RСпоследовательной обмотки возбуж­дения.

При отсутствии в машине (это зависит от её типа и предложен­ной задачи) каких-либо из указанных обмоток в формулу, определяю­щую ∑R, не входят соответствующие слагаемые. Полезный вращающий момент М на валу двигателя определяется по формуле

M = Н·м,

гдеР2— полезная механическая мощность,Вт. n — об/мин. – частота вращения вала двигателя.

Пример

Генератор постоянного тока с параллельным возбуждением ра­ботает в номинальном режиме.

Его технические данные:

РНОМ =16000Вт — номинальная мощность; Uном =230 В — номинальное напряжение;

RЯ=0,13 Ом — сопротивление обмотки якоря; RВ=164 Ом — сопротивление обмотки возбуждения;

ηНОМ= 90,1 % номинальный коэффициент полезного действия.

Определить:

Iном — ток нагрузки, I B — ток возбуждения, I Я — ток якоря,

РЯ— потери мощности в якоре, РВ— потери мощности в обмотке возбуждения,

РЩ — потери мощности в щеточном контакте,

РХ = РСТМЕХ — потери холостого хода, состоящие из по­терь в стали и механических потерь. РДОБ— добавочные потери,

∑P— суммарные потери мощности, Е — ЭДС генератора.

Решение

I. Ток нагрузки Iном = Рном/ Uном =16000 Вт / 230 В = 69,6 А

2. Ток возбуждения IB = U H M / R B = 230 В / I64 Ом = 1,4 А.

3. Ток якоря = Iном + Iв =69,6 А + 1,4 А = 71 А

Читайте также:  Определить все токи в схеме методом узловых напряжений

4. Потери мощности в обмотке якоря Ря = I 2 я · Rя =71 2 А 2 ·0,13 Ом = 655 Вт.

5. Потери мощности в обмотке воз­буждения

РВ = I 2 В · RВ =1,4 2 А 2 · 164 Ом = 321 Вт.

6. Потери мощности в щеточном контакте Рщ =UЩ · Iя=2 В • 71 А= 1428 Вт.

Здесь ∆ UЩ = 2 В падение напряжения на электрографитированных щетках.

7. Добавочные потери мощности РДОБ = 0,01·РНОМ = 0,01 • 16000 Вт = 160 Вт.

8.Мощность, потребляемая генератором от первичного двигателя

Р1 = Рном / ηНОМ= 16000 Вт / 0,901 = 17758 Вт

9. Суммарные потери мощности в генераторе ∑Р = Р1 Рном = 17758 Вт –16000 Вт = 1758 Вт

10. Потери холостого хода, состоящие из потерь в стали и механических потерь

Рх = ∑Р– (РЯ+РВ +РЩ+РДОБ)= 1758 Вт – (655+321+142+160) Вт = 480 Вт

11. ЭДС генератора, без учета потерь в щеточном контакте

Е = U+ IЯ · Rя = 230 В + 71 А · 0,13 Ом = 239,23 В

С учетом потерь в щеточном контакте

Е =U+ IЯ · (Rя + Rщ)= U +(Iя · Rя +∆ UЩ) =230 В+(71 0,13 Ом +2 В) = 241,23 В

7. Расчет двигателя посто­янного тока со смешанным возбуждением

Электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением рассчитан на:

Р2ном = 2000 Вт-номинальная мощность на валу двигателя;

UНОМ = 27 В — номинальное напряжение, подведенное к двигателю;

IНОМ = 100 Аток, потребляемый двигателем из сети;

пНОМ= 8000 об/минчастота вращения якоря вала двигателя;

∑R= RЯ+RДП +RС =0,01443 Ом суммарное сопротивление,

гдеR Я сопротивление обмотки якоря;

РДП сопротивление обмотки добавочных полюсов;

RС сопротивление последовательной /сериесной/ обмотки возбуждения;

RШ =6,75 Ом сопротивление параллельной /шунтовой/ обмотки воз­буждения

ПР –пусковой реостат;РР –регулировочный реостат;

ОВШ параллельная (шунтовая) обмотка возбуждения;

ОВС –последовательная (сериесная) обмотка возбуждения; ОДП – обмотка добавочных полюсов.

Определить:

P1— мощность,потребляемую двигателем из сети; η ном номинальный коэффициент полезного действия;

М вращающий (полезный) момент на валу двигателя;

IЯ— ток в обмотке якоря (он же протекает через обмотку добавочных полюсов и последовательную обмотку воз­буждения);

Е противо-ЭДС в обмотке якоря; ∑P суммарные потери мощности в двигателе;

РЭ== РЯ+РДП +РС +РЩ+РШэлектрические потери мощности в обмотке якоря;

Рдп— электрические потери мощности в обмотке дополнитель­ных полюсов;

РС— электрические потери мощности в последовательной обмотке возбуждения;

PШ электрические потери мощности в параллельной обмот­ке возбуждения;

Рщ электрические потери мощности в переходном контакте щеток коллектора, приняв ∆U =2В

РДОБ добавочные потери мощности;

Рх потери холостого хода, состоящие из потерь в стали и механических потерь.

Решение

1. Мощность, потребляемая двигателем из сети Р1 = Uном · IНОМ =27 В ·100 А = 2700 Вт

2. КПД двигателя равен ηНОМ= 100 % = =74%

3. Полезный вращающий момент на валу двигателя М= = =2,38 Н·м

4. Ток параллельной обмотки возбуждения Iш=Uном / RШ = 27 В / 6,75 Ом = 4 А

5. Ток, протекающий через обмотку якоря, обмотку добавочных полюсов, последовательную обмотку возбуждения (все эти обмотки соединены последовательно) Iя =Iном – IШ =100 А – 4 А = 96 А

6. Противо-ЭДС в обмотке якоря Е=Uном – Iя(RЯ+RДП +RС)–∆UЩ =27–96 · 0, 01443 –2 =23,61В

Здесь∆UЩ потери напряжения в переходном контакте щеток на коллекторе.

7. Суммарные потери мощности в двигателе∑P =Р1 – Р2НОМ =2700 ВТ – 2000 Вт = 700 Вт

8. Электрические потери мощности в двигателеРЭ= РЯ+РДП +РС +РЩ+РШ, где РЯ= I 2 я · RЯ – потери мощности в якоре

Рдп= I 2 я · RДП – электрические потери мощности в обмотке дополнитель­ных полюсов;

РС= I 2 я · RС – электрические потери мощности в последовательной обмотке возбуждения;

Рщ = ∆UЩ ·Iя электрические потери мощности в переходном контакте щеток коллектора.

РШ=UНОМ · IШ илиРШ = I 2 Ш · RШ или PШ = U 2 НОМ / RШ электрические потери мощности в параллельной обмот­ке возбуждения;

Тогда получаем: РЭ =I 2 я(RЯ+RДП +RС)+∆UЩ · Iя +Uном · IШ =96 2 · 0,01443 + 2· 96 +27· 4=433Вт

9.Добавочные потери мощности, возникающие в обмотке якоря, вызванные искажением магнитного поля реакцией якоря и полями, возникающими вокруг секций, в которых происходит коммутация РДОБ = 0,01· Р2НОМ = 0,01 · 2000 = 20 Вт

10.Потери холостого хода, состоящие из потерь в стали и механических потерь

Рх =Рст +Рмех, т. к. ∑Р =Рэ +Рх +Р доб, то Рх =∑Р – (Рэ + Р доб) =700 – (433 + 20)=247 Вт.

Схемы двигателя постоянного тока смешанным возбуждением

Источник