Udostępnij Udostępnij Udostępnij Udostępnij Print

Pomiary mocy silnika elektrycznego

-- wtorek, 16 maj 2017

Zapewnienie lepszej wydajności dzięki zrozumieniu podstaw technicznych i fizycznych

Za zużycie energii elektrycznej w produkcji odpowiedzialne są w znaczącej mierze silniki elektryczne. Aby upewnić się, że pracują one optymalnie, niezbędne są precyzyjne pomiary mocy poszczególnych maszyn.

Precyzyjne pomiary parametrów roboczych urządzeń to zawsze pierwszy krok do uzyskania lepszych osiągów. Mogą one również pomóc wydłużyć trwałość silników elektrycznych. Niewielkie przemieszczenie mechaniczne, a także inne usterki, są często niewidoczne gołym okiem, podczas gdy najmniejsza mimoosiowość wału może negatywnie wpływać na wydajność i jakość pracy silnika, a nawet skracać okres jego żywotności.

Podstawowe pomiary mocy elektrycznej

Silniki elektryczne to maszyny elektromechaniczne zamieniające energię elektryczną na pracę mechaniczną. Mimo różnic w rozmiarze i typie wszystkie takie urządzenia pracują na tej samej zasadzie: prąd elektryczny przepływa przez uzwojenie w polu magnetycznym i wytwarza siłę, która obraca uzwojeniem, tworząc moment obrotowy.

Co to jest moc i jakie jest znaczenie tego parametru? Podstawowa fizyczna definicja mocy to stosunek pracy wykonanej w określonym czasie do tego czasu. W silniku elektrycznym moc wytwarzana jest poprzez zamianę energii elektrycznej, według opisanych dalej praw fizyki.

W układach elektrycznych napięcie jest miarą siły potrzebnej do wprawienia elektronów w ruch. Natężenie jest miarą przepływu ładunku na sekundę przez materiał, do którego dane napięcie jest przyłożone. Iloczyn napięcia i natężenia nazywany jest mocą elektryczną.

 

gdzie moc (P) podana jest w watach, napięcie (U) w voltach [V], a natężenie (I) w amperach [A].

Wat [W] to jednostka mocy równa jednemu dżulowi na sekundę. Dla źródła prądu stałego obliczenie mocy to po prostu iloczyn napięcia i natężenia: W = U · A. Jednakże określenie mocy w przypadku źródła prądu przemiennego musi uwzględniać współczynnik mocy (z ang. PF – Power Factor).

Współczynnik mocy jest parametrem bezwymiarowym, przyjmującym wartość od 1 do 1. Opisuje on ilość dostarczanej mocy czynnej. Dla współczynników PF mniejszych od jedności, co niemal zawsze jest spełnione, występują straty mocy. Dzieje się tak, ponieważ napięcie i natężenie obwodu prądu przemiennego mają z natury przebiegi sinusoidalne, z ciągle zmieniającą się wartością napięcia i natężenia, zwykle z pewnym przesunięciem fazowym.

Ponieważ moc to iloczyn napięcia i natężenia (P = U · I), moc jest najwyższa, gdy przebiegi natężenia i napięcia są zgodne w fazie, tj. ich punkty charakterystyczne, takie jak minima i maksima, pokrywają się ze sobą. Zjawisko to zachodzi w przypadku prostego obciążenia rezystancyjnego. W tej sytuacji oba przebiegi są zgodne w fazie i współczynnik mocy wynosi 1. Jest to rzadka sytuacja, ponieważ niemal wszystkie rodzaje obciążeń nie są czysto rezystancyjne.

Dwa przebiegi są rozbieżne w fazie lub przesunięte fazowo, gdy oba sygnały się nie pokrywają. Może to być spowodowane indukcyjnością lub nieliniowością obciążenia. W tej sytuacji współczynnik mocy będzie mniejszy od 1, a moc układu będzie mniejsza.

Ze względu na możliwe fluktuacje napięcia i natężenia w obwodach prądu przemiennego moc mierzy się na kilka różnych sposobów.

Moc rzeczywista jest realną wartością mocy wydzielanej w obwodzie i jest określana w watach. Cyfrowe analizatory mocy wykorzystują technologię do próbkowania napięcia i natężenia, a następnie obliczania wartości mocy rzeczywistej według wzoru:

W tym przypadku wartość chwilowa napięcia jest mnożona przez chwilowe natężenie (I), a następnie całkowana po określonym przedziale czasu (t). Takie obliczenie mocy rzeczywistej będzie poprawne dla każdego rodzaju przebiegu, niezależnie od wartości współczynnika mocy.

Do obliczania mocy rzeczywistej i mocy skutecznej stosuje się równania:


W rzeczywistych układach i sieciach zasilania, ze względu na nieliniowości charakterystyk urządzeń, w liniach zasilających pojawiają się tzw. częstotliwości harmoniczne. Harmoniczne takie tworzą dodatkową komplikację. Nawet pomimo tego, że sieć energetyczna zwykle działa z częstotliwością 50 Hz, istnieje w niej wiele innych częstotliwości i harmonicznych, potencjalnie występujących w obwodzie. Mogą także pojawiać się prądy stałe lub składowe prądu stałego. Moc ogólna jest obliczana z uwzględnieniem wszystkich tych składowych, włącznie z harmonicznymi.

Opisana metoda obliczania jest wykorzystywana do określenia mocy rzeczywistej i wartości skutecznej prądu dla każdego rodzaju przebiegu, włącznie z harmonicznymi, jakie tylko przyrząd jest w stanie zarejestrować, ze względu na swój zakres pomiarowy.


Przeczytaj także

Koła napędowe do zastosowań w środowiskach o wysokich wymaganiach higienicznych
Procesy regulacji podzespołów maszyn i urządzeń, w zależności od częstotliwości ich wykorzystywania, mogą być realizowane ręcznie, bądź w sposób zmechanizowany. Pomimo postępującej automatyzacji... więcej »
Wyłączniki różnicowo-prądowe w świecie cyfrowym
W jaki sposób wykorzystanie cyfrowych wyłączników różnicowo-prądowych zwiększa bezpieczeństwo operatora, wydłuża czas pracy maszyn i podnosi rentowność? Kluczowy czynnik dla utrzymania... więcej »
Mierniki w diagnostyce urządzeń elektrycznych
Przyrządy pomiarowe to jedne z podstawowych narzędzi wykorzystywanych przez służby UR w zakresie obsługi i serwisu urządzeń oraz instalacji elektrycznych. Na rynku dostępne są mierniki... więcej »
Zabezpieczenie obwodów – istotna kwestia dla konstruktorów maszyn
Menedżerowie zakładów oczekują od maszyn wysokiej wydajności, niezawodnej pracy, zmniejszenia kosztów i zwiększenia bezpieczeństwa pracy operatorów. Aby możliwe było spełnienie tych wymagań,... więcej »
Niezawodność instalacji elektrycznej a strategie UR
Podczas określania niezawodności systemu ważne jest, aby nie pomylić niezawodności poszczególnych podzespołów z niezawodnością całego systemu. Niezawodność całego systemu nie będzie bowiem... więcej »
PROCESS AUTOMATION – zbliża się konferencja ekspertów branży procesowej
W dniach 7-8 września br. w Krakowie odbędzie się XI edycja konferencji Process Automation, będąca kontynuacją dziesięciu wcześniejszych wydarzeń organizowanych pod nazwą Systemy Sterowania w... więcej »
 
Aktualne wydanie

Zobacz także

  •   Wydarzenia  
  •   Katalog  

Wydarzenia

PROCESS AUTOMATION
2017-09-07 - 2017-09-08
Miejsce: Kraków
ENERGETAB 2017
2017-09-12 - 2017-09-14
Miejsce: Bielsko Biała
Europejski Kongres Lean Manufacturing
2017-09-28 - 2017-09-29
Miejsce: Katowice
OILexpo 2017
2017-10-03 - 2017-10-05
Miejsce: Sosnowiec
Targi 4INSULATION
2017-10-11 - 2017-10-12
Miejsce: Kraków

Katalog

ONICO Energia
ONICO Energia
ul. Flory 3/4
00-586 Warszawa
tel. 24937510

zobacz wszystkie




SONDA

Czy inwestycje na rzecz energooszczędności się opłacają?

Oddanych głosów: 16

50% 50 %
tak 8 głos(ów)

31.3% 31.3 %
nie 5 głos(ów)

18.8% 18.8 %
nie potrafię wyliczyć 3 głos(ów)


Wydania specjalne

O wydawnictwie   |   Reklama   |   Mapa strony   |   Kontakt   |   Darmowa prenumerata   |   RSS   |   Partnerzy   |   
Copyright © 2003-2017 Trade Media International
zobacz nasze pozostałe strony
Trade Media International Inżynieria & Utrzymanie Ruchu Control Engineering Polska MSI Polska Inteligentny Budynek Design News Polska Almanach Produkcji w Polsce