Коэффициенты мощности и полезного действия электродвигателей переменного тока, факторы, влияющие на их значение

Коэффицие́нт мо́щности — безразмерная физическая величина, характеризующая потребителя переменного электрического тока с точки зрения наличия в нагрузке реактивной составляющей. Коэффициент мощности показывает, насколько сдвигается по фазе переменный ток, протекающий через нагрузку, относительно приложенного к ней напряжения.

Численно коэффициент мощности равен косинусу этого фазового сдвига.

формулы для расчета мощности двигателя P₂ [кВт] некоторых механизмов.

1. Вентилятор.

,

где Q [м³/с] – производительность вентилятора, Н [Па] – давление на выходе вентилятора, η_вент, η_пер – КПД вентилятора и передаточного механизма соответственно, k_з – коэффициент запаса.

2. Насос

,

где Q [м³/с] – производительность насоса, g =9,8 м/с² – ускорение свободного падения, H [м] – расчетная высота подъема, ρ [кг/м³] – плотность перекачиваемой жидкости, η_нас, η_пер – КПД насоса и передаточного механизма соответственно, k_з – коэффициент запаса.

3. Поршневой компрессор

,

где Q [м³/с] – производительность компрессора, А [Дж/м³] – работа изотермического и адиабатического сжатия атмосферного воздуха объемом 1 м³ давлением 1,1·10⁵ Па до требуемого давления, η_компр, η_пер – КПД компрессора и передаточного механизма соответственно, k_з – коэффициент запаса.

Полная мощность, потребляемая из сети для двигателей переменного тока

при этом потребляемые активная и реактивная мощности соответственно

Основным показателем энергоэффективности двигателя является его коэффициент полезного действия

Величина потерь на трение ртр определяется суммой составляющих, связанных с относительным перемещением поршней и поршневых колец в цилиндрах, поршневых пальцев во втулках, коленчатых и распределительных валов в подшипниках, толкателей и клапанов в направляющих, кулачков с толкателями, а также незначительными вентиляционными потерями, возникающими при вращении коленчатого вала и маховика и их трении о воздух.

Установлено, что величина ртр зависит от условий образования масляной пленки, когда нет прямого контакта металлических поверхностей пар (жидкостное трение,) а также от условий, при которых наряду с жидкостным трением имеется частично граничное трение (контакт металлических поверхностей). Процессы, где имеются элементы граничного трения, могут возникнуть в сопряжениях поршневых колец с поверхностями цилиндров, поршней с цилиндрами и поршневыми кольцами.

Составляющие потерь на трение, обусловленные жидкостным трением, относительно мало зависят от нагрузки на элементы механизма. Среднее давление тр, соответствующее этим составляющим, практически линейно зависит от скоростного режима двигателя, характеризуемого средней скоростью поршня сц.

В отличие от этого составляющие, обусловленные граничным трением, существенно зависят от действия газов и в меньшей мере от инерционных. Эти составляющие также линейно зависят от скорости поршня.

Работа, затрачиваемая на привод вспомогательных механизмов, зависит от частоты вращения коленчатого вала.

Механические потери двигателей зависят от вязкости моторного масла, прокачиваемого через сопряжения механизмов. Вязкость масла в реальных условиях работы определяется его вязкостно-температурной характеристикой и температурой поверхностей деталей двигателя.

При пуске двигателя в условиях низких температур вязкость масла в сопряжениях велика, величина ртр имеет наибольшее значение и прокачка масла через подшипники затруднена. Помимо резкого увеличения нагрузки на стартер это может привести к перегрузке поверхностей подшипников двигателя. Поэтому для эксплуатации двигателей в районах с холодным климатом рекомендуется применять масла, с пологими вязкостно-температурными характеристиками из так называемых загущенных сортов, а также прогревать двигатели перед пуском.

Температура масла сильно влияет на потери на тренне. Из рис. 109 видно, что имеется диапазон температур, где потери на трение наименьшие, обычно он составляет 8090° С. Для ограничения температуры масла при работе двигателя используют масляные теплообменники.

Помимо вязкости масла в условиях граничного трения имеют значение прочность адсорбции масляной пленки, противоизиосные качества масел, для повышения которых вводят специальные присадки.