Аналіз енергозбереження в ЕМС із некерованими електроприводами

Функціонально-енергетична схема ЕМС з некерованим електро­приводом, зображена на рис. 2.15, має такі позначення: ЕЕ, МЕ — відповідно потоки електричної та механічної енергії; МЕО — ме­ханічна енергія, що використовується в об'єкті для виконання ко­рисної роботи, згідно з його технологічним призначенням; ЕТП, ЕМП — відповідно електротехнічний та електромеханічний перетво­рювачі; ПП — передаточний пристрій; О — технологічний об'єкт (робоча машина).

Рисунок 2.15

Енергетичні особливості кожного елемента функціональної схе­ми визначені коефіцієнтом корисної дії (ККД) η, який характеризує частку втрат енергії у відповідному елементі:

(1)

Де Р_х.вх — потужність, що надходить на вхід елемента х.

Особливістю ЕМС із некерованими ЕП є майже стала величина моменту навантаження (опору) М_с сonst.

Енергетичні рівняння ланок системи, які складають математич­но-енергетичну модель некерованої ЕМС, такі:

(2)

З урахуванням рівнянь (2) потужність на виході об'єкта

(3)

Тут η_ЕМС ^— ККД некерованої електромеханічної системи, що визна­чається як добуток ККД всіх ланок, що входять до складу ЕМС:

(4)

Позначивши ККД електропривода через η_ЕПзапишемо вираз (4) у вигляді

(5)

При М_с соnst для некерованих ЕМС можна вважати, що ККД об'єкта також буде сталою величиною η₀ = соnst.

Максимальне значення можна дістати у разі тривалого, некерованого режиму роботи ЕМС за рахунок зростання ККД ЕП до макси­мально можливого значення (η_ЕП -> mах). Для цього слід:

• використовувати складові ЕП із високими значеннями ККД (наприклад, застосування спеціальних типів електродвигунів із підвищеним значенням ККД). При цьому слід враховувати, що досягнення підвищеного значення номінального ККД елект­родвигуна приблизно на 5% потребує збільшення витрат міді та сталі до 25...30 %, що відповідно впливає на вартість двигуна;

• зменшення кількості елементів у складі ЕП (наприклад, застосування безредукторних ЕП; живлення електромеханічного перетворювача безпосередньо від електричної мережі тощо).

ЕМ с некерованими ЕП більш поширені в технічно розвинутих країнах. Завдяки своїй надійності та невеликій вартості вони широ­ко використовуються на потужних вентиляторних, насосних і транспортних установках.

Водночас при застосуванні некерованих ЕП у ході технологічно­го процесу можливі тривалі відхилення М_с від номінального значен­ня, що можуть досягати десятків процентів. У цьому разі при пере­вантаженнях ЕП можливе спрацьовування електричного захисту, а при недовантаженнях об'єкт разом з ЕП виходить із зони номі­нального ККД, що спричинює додаткові витрати електричної енергії.

За значної потужності технологічних об'єктів і відповідних сис­тем ЕП (на насосних установках великих міст можуть досягати кіль­кох тисяч кіловат) непродуктивні втрати електричної енергії можуть бути досить суттєвими. Це, у свою чергу, може бути обґрунтуванням для застосування хоч і складніших, але економічно вигідніших ЕМС із керованими ЕП.

Нині цей напрям розвитку ЕП є пріоритетним, а широка сфера застосування некерованого ЕП постійно звужується.

Головними напрямами реконструкції ЕМС із некерованими ЕП за тривалих відхилень М_с від номінального значення можна вважати:

• ступеневу зміну швидкості (для цього використовуються спе­ціальні асинхронні двигуни з короткозамкненим ротором і полюсоперемикальними обмотками статора, що приводить до ступеневої зміни кількості пар полюсів Р і відповідної зміни синхронної швидкості п= 60 f / Р);

• застосування додаткового енергозбережного пристрою (ЕЗП) у колі статора двигуна, завдяки якому електродвигун працює (при зміні М_с) у зоні максимуму ККД на новій характеристиці.

Рішення про застосування ЕЗП має бути детально обґрунтовано з урахуванням вартості пристрою, його ККД і впливу на загальні ККД ЕМС порівняно з вартістю збереженої електроенергії (самоокупність ЕЗП не повинна перевищувати 2-3 роки).

Функціональну схему розімкненої ЕМСА з ЕЗП, що містить елементи розімкненої ЕМС, наведено на рис. 2.16. Вимірювальний елемент ВП контролює зміну моменту збурення М_с і залежно від його величини відповідно діє на енергозбережний пристрій ЕЗП (або на ЕЗП', якщо функції енергозбережного елемента ЕЕ і електротехніч­ного перетворювача ЕТП об'єднуються в одному елементі ЕЗП).

Рисунок 2.16

Величини номінальних ККД окремих пристроїв, що входять до складу ЕМС, залежать від типу, потужності та деяких особливос­тей сучасних елементів системи і вказані у відповідних технічних паспортах.

Наведемо деякі приблизні значення ККД головних складових ЕМС.

Електротехнічні перетворювачі. В цих перетворювачах широко використовують сучасні тиристори при різних варіантах схемних рішень. Їх ККД є досить високим і перебуває в межах 0,95...0,96.

Електромеханічні перетворювачі. Найбільші номінальні значення η за приблизно рівної величини інших параметрів (наприклад, швид­кості та потужності) мають асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором.

Величина ККД є такою:

• для двигунів загальної серії 4А при потужності 0,55...30 кВт та номінальної швидкості п= 1000 об/хв η = 0,7...0,9;

• для кранових асинхронних двигунів із короткозамкненим ро­тором серії MTKF при потужності 2...40 кВт та п= 1000 об/хв η = 0,6-0,82;

• для двигунів потужних піднімальних машин серії АКН при по­тужності 800...2 000 кВт та n = 750 об/хв η= 0,935...0,948.

Передаточні пристрої. Призначені вони для узгодження швид­кості валів електродвигунів та об'єктів. До передаточних пристроїв належать такі редуктори:

• циліндричні та зубчасті за наявності мастил, для яких η = 0,95...0,96;

• черв'ячні за однозахідного черв'яка, для яких η = 0,7...0,75; за багатозахідних черв'яків η= 0,82...0,92;

• передаточні муфти, для яких η= 0,99.

Технологічні об'єкти. Для деяких із них номінальні значення ККД приблизно такі:

• відцентрові насоси: при тиску до 40 кПа η_н= 0,3...0,6, при тис­ку понад 40 кПа η_н = 0,6...0,8;

• відцентрові вентилятори: η_н = 0,4...0,6;

• осьові вентилятори: η_н = 0,5...0,85;

• піднімальні машини: η_н = 0,65...0,7.

Дата добавления: 2013-12-13