Суммарные потери в электродвигателе имеют четыре основные составляющие (рис. 3):

• потери в стали (потери намагничивания), связанные с напряжением питания, постоянны для каждого двигателя и не зависят от нагрузки;

• активные потери в меди I^>2R, пропорциональные квадрату тока нагрузки (как в трансформаторе);

Рис. 3. Сложение составляющих потерь мощности в электродвигателях. Суммарные потери энергии в % от номинальной мощности: 1 – потери на трение и сопротивление вращению; 2 – с учетом потерь в стали; 3 – с учетом потерь на рассеивание; 4 – суммарные потери с учетом активных потерь в меди

• потери на трение – постоянны для данной частоты вращения и не зависят от нагрузки;

• добавочные потери от рассеивания – зависят от нагрузки. Снижение напряжения регулятором питания электродвигателя позволяет уменьшить магнитное поле в стали, которое избыточно для рассматриваемого режима нагрузки, снизить потери в стали и уменьшить их долю в общей потребляемой мощности, т.е. повысить КПД двигателя. Сам регулятор напряжения (обычно в тиристорном исполнении) потребляет мало энергии. Его собственное потребление становится заметным, когда двигатель работает на полной нагрузке.

Часто в режиме холостого хода потребляется почти столько же энергии, сколько необходимо для работы. Переключение обмоток двигателя мощностью 7,5 кВт, работающего в номинальном режиме (линейное напряжение равно 380 В) по схеме «треугольник», при работе на пониженной нагрузке 1кВт (режим холостого хода) на схему «звезда» позволяет уменьшить потери мощности с 0,5 кВт до 0,25 кВт (рис. 4). Необходимо избегать работы двигателя в режиме холостого хода.

Автоматическое переключение обмоток по схеме «треугольник» на соединение по схеме «звезда» в зависимости от нагрузки является простейшим способом регулирования двигателя, длительное время работающего на малой нагрузке.

Рис. 4. Влияние на потери переключения из «треугольника» в «звезду» стандартного двигателя мощностью 7,5 кВт: 1 – соединение «звездой»; 2 – соединение «треугольником»

В установках с регулируемым числом оборотов (насосы, вентиляторы и др.) широко применяются регулируемые электроприводы.

Оценочные значения возможной экономии электроэнергии при применении регулируемого электропривода нагнетательного оборудования в пневмо– и гидросистемах равны:

в компрессорах – 50%;

в воздуходувках и вентиляторах – 40—50%;

в насосах – 30%.

Тиристорные регуляторы напряжения дешевле, их диапазон регулирования скорости вращения на 10—15% ниже номинальных оборотов; частотные регуляторы (наиболее часто – в транзисторном исполнении) дороже, и диапазон регулирования у них шире. Электродвигатели, управляемые частотными регуляторами, для сохранения ресурса нуждаются в замене подшипников на специальные, электрически изолированные.

Стоимость электронного регулятора оборотов примерно равна стоимости электродвигателя.

Ориентировочная удельная стоимость электронного регулятора оборотов для обычного электродвигателя мощностью 75—200 кВт составляет около 60 долл. за кВт, с уменьшением мощности привода она увеличивается, и для 15-киловаттного двигателя стоимость электронной системы управления равна около 200—250 долл.

Применение регуляторов мягкого пуска (регуляторов напряжения) и торможения позволяет достичь экономии 1,6—3,7% электроэнергии для двигателей мощностью 22—30 кВт при 20% времени загрузки двигателя. Удельная стоимость регулятора в 1994 г. составила 50 долл./кВт для двигателей мощностью менее 20 кВт и 33 долл./кВт для двигателей мощностью более 20 кВт.

Все шире находят применение более дорогие, энергетически эффективные (ЭЭ) двигатели, использующие более качественные электротехнические стали и медные обмотки большего сечения, позволяющие на 2—5% уменьшить активные потери.