ГОСТР 51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Состав показателей

ГОСТР 51387—99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение.

ГОСТ Р 31380—99. Энергосбережение. Методы подтверждения соответствия по­казателей энергетической эффективности энергопотребляющей продукции их нор­мативным значениям. Общие требования.

ГОСТ Р 51379—99. Энергосбережение. Энергетический паспорт промышленного потребителя топливно-энергетических ре­сурсов.

Энергосбережение в АЭП Вопросы

Лекция 15

Статические преобразователи частоты Вопросы

ЛЕКЦИЯ 14

1. 
   Преобразователи частоты с непосредственной связью
2. 
   Статический преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока
3. 
   Преобразователь частоты с инвертором, работающим по принципу широтно-импульсной модуляции (ШИМ)

1. 
   
   

1. 
   Общие вопросы энергосбережения
2. 
   Способы повышения КПД и коэффициента мощности АЭП
3. 
   Снижение потерь энергии в переходных режимах
4. 
   Энергосбережение в регулируемом АЭП

1. 
   Общие вопросы энергосбережения

Энергосбережение — это комплекс правовых, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов. В соответствии с Федеральным законом РФ «Об энергосбережении» на промышленном предприятии должны быть разработаны мероприятия по экономии электроэнергии применительно к каждой электроустановке. В первую очередь это относится к устройствам с электрическим приводом, основной элемент которого электродвигатель. Известно, что более половины всей производимой в мире электроэнергии потребляется электродвигателями в электроприводах рабочих машин, механизмов, транспортных средств. Поэтому меры по экономии электроэнергии в электроприводах наиболее актуальны.

Основные положения энергосбере­жения регламентированы государ-ственными стандартами РФ:

Задачи энергосбережения требуют оптимального решения не только в процессе эксплуатации электрических машин, но и при их проектировании.

1. 
   Способы повышения КПД и коэффициента мощности АЭП

При проектировании и эксплуатации разного рода электроприводов необходимо учитывать потребление и потери электроэнергии, влияние ЭП на сеть и другие электроприемники. Оценка этих свойств осуществляется с помощью так называемых энергетических показателей: коэффициента полезного действия, коэффициента мощности, потерь мощности и энергии.

С целью уменьшения потерь энергии в период пуска или торможения двигатели к рабочим машинам подбирают таким образом, чтобы приведенный момент инерции привода при одной и той же скорости был наименьшим. Это реализуется за счет применения малогабаритных двигателей, имеющих пониженный J (двигатели с повышенным отношением длинны якоря к его диаметру, с полым или дисковым якорем). Целесообразно использование двух двигателей половинной мощности. Расчеты показывают; что?J двух двигателей половинной мощности оказывается меньше момента инерции одного двигателя на полную мощность. Например, два двигателя типа 4АН200 мощностью по 45 кВт имеющий суммарный момент инерции 2·1,38=2,76 кг·м². Двигатель 4АН250 мощностью 90 кВт на ту же скорость имеет j=3,53 кг·м², т.е. почти на 30% больше.

Другой способ уменьшения потерь ЭП – регулирование скорости идеального холостого хода, что хорошо реализуется в ступенчатом пуске ЭП (для АД – регулирование частоты вращения с помощью частоты питающего тока или числа пар полюсов; для ДПТ – регулирование частоты вращения с помощью напряжения).

При ступенчатом пуске отмечается снижение потерь электрической энергии в 2 раза.

За счет изменения в переходном процессе w₀ снижаются потери энергии в роторе АД. Уменьшение потерь энергии в роторе вызовет и снижение потерь в статоре и полных потерь в АД. Приведенный момент инерции ЭП зависит не только от момента инерции двигателя или рабочей машины, но и от передачи отношения между ними. Для уменьшение потерь энергии при пуске, передаточное отношение – i следует выбирать исходя из получения минимального приведенного момента инерции ЭП и проверять экономическим расчетом.

КПД ЭП, как электромеханическая система определяется произведением преобразователя, управляющего устройства, электродвигателя и механической передачи?_эп=?_п·?_уу·?_эд·?_мп.

Наиболее значимой величиной является КПД двигателя, который растет с увеличением мощности и частоты вращения.

КПД зависит также от развиваемой им полезной механической мощности на валу (рис. 1).

Работа ЭП, как и любого другого потребителя характеризуется коэффициентом мощности

сos = .

Если Q не потребляется, то сos =1. Потребляя Q ЭП дополнительно загружает систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии, поэтому cos должен стремится к единице. Достаточно часто, коэффициент мощности повышают компенсацией реактивной мощности статическими конденсаторами (в данном случае реактивная мощность для создания электромагнитного поля осуществляется от конденсаторов, расположенных непосредственно у АД).

Рисунок 1 – Зависимость КПД и коэффициента мощности электродвигателя от кратности нагрузки

Способы повышения КПД и коэффициента мощности ЭП:

- ограничение времени работы на холостом ходу;

• 
  обеспечение нагрузки близкой к номинальной (в том числе путем замены малонагруженного (менее 40% от номинальной мощности) двигателя на двигатель меньшей мощности (должно быть экономически обоснованно));
• 
  выбор высокочастотных электродвигателей.

1. 
   Снижение потерь энергии в переходных режимах

В процессе эксплуатации двигателя значительные потери энергии наблю­даются в переходных режимах и в пер­вую очередь при его пуске.

Потери энергии в переходных ре­жимах могут быть заметно снижены за счет применения двигателей с мень­шими значениями моментов инерции ротора, что достигается уменьшени­ем диаметра ротора при одновремен­ном увеличении его длины, так как мощность двигателя при этом должна оставаться неизменной. Например, так сделано в двигателях краново-металлургических серий, предназначенных для работы в повторно-кратковремен­ном режиме с большим числом включений в час.

Эффективным средством снижения потерь при пуске двигателей является пуск при постепенном повышении на­пряжения, подводимого к обмотке статора.

Такой энергосберегающий способ пуска двигателя возможен только при работе двигателя в системе с регули­руемым преобразователем: для асинх­ронных двигателей это устройства плавного пуска или преоб­разователи частоты, а для двигателей постоянного тока это элек­тронные (тиристорные) устройства управления.

Энергия, расходуемая при тормо­жении двигателя, равна кинетической энергии, запасенной в движущихся частях электропривода при его пуске. Энергосберегающий эффект при тор­можении зависит от способа торможе­ния. Наибольший энергосберегающий эффект происходит при генераторном рекуперативном торможении с отдачей энергии в сеть. При ди­намическом торможении двигатель от­ключается от сети, запасенная энер­гия рассеивается в двигателе и расхо­да энергии из сети не происходит. Наи­большие потери энергии наблюдаются при торможении противовключением, когда расход электроэнергии ра­вен трехкратному значению энергии, рассеиваемой в двигателе при дина­мическом торможении.

При установившемся режиме рабо­ты двигателя с номинальной нагруз­кой потери энергии определяются номинальным значением КПД. Но если электропривод работает с пере­менной нагрузкой, то в периоды спа­да нагрузки КПД двигателя понижа­ется, что ведет к росту потерь. Эффек­тивным средством энергосбережения в этом случае является снижение на­пряжения, подводимого к двигателю в периоды его работы с недогрузкой.

Рассмотрим принципы построения ЭП, в котором минимизирует­ся потребляемый АД ток и тем самым потери электроэнергии в нем. Для этого обратимся к зависимостям тока статора I₁ от напряжения U₁(рис. 2) при разных моментах нагрузки М_c. Как видно из графи­ков 1...4, для каждого момента имеется такое напряжение, при котором потребляемыйАД ток из сети минимален. Штриховая линия, проведен­ная через точки минимумов тока для каждой нагрузки, определяет закон регулирования напряжения в функции тока, при реализации которого при любом М_c из сети потребляется минимальный ток.

Рисунок 2 – Вольтамперные характеристики и функциональная схема минимизирующая потребление электроэнергии
Схема ЭП с минимизацией потребляемого двигателем тока включает в себя двигатель 4, регулятор напря­жения 3 с СИФУ 2, датчики тока 5 и напряжения 6, функциональный преобразователь 7, инерционное звено 8 и элемент сравнения 1.

Требуемый закон управления ЭП реализуется с помощью поло­жительной обратной связи по току. Трехфазный датчик 5 выраба­тывает пропорциональный току сигнал, поступающий на вход фун­кционального преобразователя 7 который обеспечивает требуемую зависимость между напряжением на АД и моментом нагрузки на его валу (штриховая линия на рис. 2). C помощью инерционного звена 8 обеспечивается необходимое качество переходных процессов. Кроме минимизации потерь электроэнер­гии, простыми средствами в такой схеме осуществляется повыше­ние КПД и коэффициента мощности асинхронного ЭП.

Этот способ энергосбережения воз­можно реализовать при работе двига­теля в системе с регулируемым пре­образователем при наличии в нем об­ратной связи по току нагрузки. Сиг­нал обратной связи по току коррек­тирует сигнал управления преобразо­вателем, вызывая уменьшение напря­жения, подводимого к двигателю в пе­риоды снижения нагрузки. Если же приводным является асинхронный двигатель, работающий при соедине­нии обмоток статора «треугольником», то снижение подводимого к фазным обмоткам напряжения можно легко реализовать путем переключения этих обмоток на соединение «звездой», так как в этом случае фазное напряжение понижается в 1,73 раза. Этот метод целесообразен еще и потому, что при таком переключении повышается ко­эффициент мощности, что также способствует энергосбере­жению. Из справочной литературы следу­ет, что при переключении обмоток с «треугольника» на «звезду» при сниже­нии нагрузки до 50% относительно номинальной коэффициент мощности возрастает более чем на 20%. Приме­ром практического применения этого способа энергосбережения может слу­жить электропривод с асинхронным двигателем, работающий в условиях значительных колебаний нагрузки.

Схема, приведенная на (рис.3), по­зволяет с помощью двух реле тока КА1 и КА2, катушки которых включены после­довательно в фазные обмотки статора че­рез измерительные трансформаторы тока ТА1 и ТА2, автоматизировать переключе­ние обмотки статора с «треугольника» на «звезду» при снижении нагрузки двигате­ля на 40—50% относительно номиналь­ной и обратное переключение при восста­новлении нагрузки.

При нажатии кнопки SВ1 «Пуск» вклю­чается силовой контактор КМ1, линейные контакты которого подключают двигатель к сети. Контактор КМ2 в начальный мо­мент пуска остается невключенным и сво­ими размыкающимися контактами соеди­няет обмотку статора «звездой». Но как только начинается пуск двигателя, значи­тельный пусковой ток статора вызывает срабатывание реле тока КА2. При этом контактор КМ2 своими замыкающими контактами переключает обмотку статора «треугольником». Реле тока КА1 срабатывает, и двига­тель переходит в рабочий режим.

Рисунок 3 – Схема автоматического переключения обмотки статора асинхронного двигателя с «треугольника» на «звезду»
Если нагрузка двигателя снизится до значения Р₂< 0,5Р_ном , то реле тока КА1 отпустит и своими контактами отключит контактор КМ2, что приведет к пересоединению обмотки статора с «треугольни­ка» на «звезду». При этом двигатель будет продолжать работу при повышенном зна­чении коэффициента мощности. Если же нагрузка двигателя вновь возрастет до зна­чения Р₂> 0,5Р_ном, то произойдет пере­ключение обмотки статора со «звезды» на «треугольник».

1. 
   Энергосбережение в регулируемом АЭП

Применение регулируемого ЭП позволяет обеспечить энергосбе­режение в целом ряде технологических процессов, иногда во много раз превосходящее экономию энергии в самом ЭП. Например, регу­лирование скорости ленты транспортера с помощью ЭП, подающего детали в закалочную печь, позволяет минимизировать количество теп­ловой энергии на закалку в зависимости от их сортамента, технологии закалки и других факторов. Весьма эффективно регулируемый по ско­рости ЭП может обеспечить энергосбережение в таких рабочих маши­нах, как насосы, вентиляторы и компрессоры. Поскольку эти рабочие машины являются очень распространенными в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах и по­требляют до 40% всей производимой электроэнергии, энергосбереже­ние в этом случае оказывается очень эффективным. Рассмотрим эффект энергосбережения на примереЭПцентробежного насоса. Ос­новной характеристикой на­соса является зависимость со­здаваемого им напора (давле­ния) Н от расхода водыQ ( рис. 4). На рисунке представлены характери­стики H=f(Q) для двухскоро­стей приводного двигателя: номинальной (характеристика 1) и понижен­ной(характеристика 2).

Рисунок 4 – Характеристики насосного агрегата
Особенностью работы большинства насосных установок явля­ется изменение количества (расхода) подаваемой ими жидкости в течение времени. Например, потребление воды в жилых зданиях ме­няется в течении суток и имеет два максимума - утренний и вечер­ний. Допустим, что в исходном положении насос работал с номи­нальными расходом Q_ном и напором Н_ном в точке 1. При снижении расхода воды до значения Q₂ при неизменной скорости ЭП напор в соответствии с характеристикой возрастет до значения Н₂.

Но, тот же расход воды можно обеспечить при меньшем напоре Н₁, если с помощью ЭП снизить скорость двигателя до уровня, характеризующегося характеристикой 2. В этом случае из сети будет потребляться меньшая мощность.

Примеры использования регулируемого ЭП насосов показыва­ют, что экономия электроэнергии может доходить до 50% и более в зависимости от вида и режимов работы насосных установок. Кро­ме того, при работе сетей с меньшими напорами значительно мень­ше утечки воды в сетях и арматуре (на 15...20% и более). В насосах с ЭП переменного тока при регулировании скорости двигателей обычно применяются статические преобразователи частоты.

Если электропривод не подвержен значительным регулиров­кам частоты вращения, частым пус­кам, реверсам и т.п., то повышенные затраты на тиристорное либо другое дорогостоящее оборудование могут оказаться неоправданными, а расхо­ды, связанные с потерями энергии — незначительными. И наоборот, при интенсивной эксплуатации электро­привода в переходных режимах при­менение электронных пускорегулиру­ющих устройств становится целесообразным. К тому же следует иметь в виду, что эти устройства практически не нуждаются в уходе и их технико-экономические показатели, включая надежность, достаточно высоки. Не­обходимо, чтобы решение по приме­нению дорогостоящих устройств элек­тропривода подтверждалось технико-экономическими расчетами.

Известно, что электрические поте­ри в питающих сетях и обмотках элек­трических машин пропорциональны квадрату тока (Р_эл = I²R). По этой при­чине желательно электропитание дви­гателей от сети с более высоким на­пряжением, так как при заданной мощности применение более высоко­го напряжения сопровождается умень­шением силы тока и, следовательно, сокращением потерь. Поэтому для низ­ковольтных двигателей целесообразно применение напряжения 440 В (для двигателей постоянного тока) или 660 В (для двигателей переменного тока). Что же касается двигателей мощ­ностью 500 кВт и более, то они обыч­но рассчитаны на напряжение 6000 или 10000 В.

Решению проблемы энергосбереже­ния способствует применение синх­ронных двигателей, создающих в пи­тающей сети реактивные токи, опере­жающие по фазе напряжение. В итоге сеть разгружается от реактив­ной (индуктивной) составляющей то­ка, повышается коэффициент мощно­сти на данном участке сети, что ведет к уменьшению тока в этой сети и, как следствие, к энергосбережению. Эти же цели преследует включение в сеть синхронных компенсаторов.

Примером целесообразного приме­нения синхронных двигателей являет­ся электропривод компрессорных ус­тановок, снабжающих предприятие сжатым воздухом. Для этого электропривода характерен пуск при небольшой нагрузке на валу, продолжительный режим работы при стабильной нагруз­ке, отсутствие торможений и реверсов. Такой режим работы вполне соответ­ствует свойствам синхронных двигате­лей. Используя в синхронном двига­теле режим перевозбуждения, можно достичь значительного энергосбереже­ния в масштабе всего предприятия.

С аналогичной целью применяют силовые конденсаторные установки («косинусные» конденсаторы). Созда­вая в сети ток, опережающий по фазе напряжение, эти установки частично компенсируют индуктивные (отстаю-

щие по фазе) токи, что ведет к повы­шению коэффициента мощности сети, а следовательно, к энергосбережению. Наиболее эффективным является при­менение конденсаторных установок типа УКМ 58 с автоматическим под­держанием заданного значения коэф­фициента мощности и со ступенчатым изменением реактивной мощности в диапазоне от 20 до 603 квар при на­пряжении 400 В.

Необходимо помнить, что энерго­сбережение направлено на решение не только экономических, но и

Триггер (триггерная система) — класс электронных устройств, обладающих способностью длительно находиться в одном из двух устойчивых состояний и чередовать их под воздействием внешних сигналов. Каждое состояние триггера легко распознаётся по значению выходного напряжения. По характеру действия триггеры относятся к импульсным устройствам — их активные элементы (транзисторы, лампы) работают в ключевом режиме, а смена состояний длится очень короткое время.

Отличительной особенностью триггера как функционального устройства является свойство запоминания двоичной информации. Под памятью триггера подразумевают способность оставаться в одном из двух состояний и после прекращения действия переключающего сигнала. Приняв одно из состояний за «1», а другое за «0», можно считать, что триггер хранит (помнит) один разряд числа, записанного в двоичном коде.

При изготовлении триггеров применяются преимущественно полупроводниковые приборы (обычно биполярные и полевые транзисторы), в прошлом — электромагнитные реле, электронные лампы. В настоящее время логические схемы, в том числе с использованием триггеров, создают в интегрированных средах разработки под различные программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Используются, в основном, в вычислительной технике для организации компонентов вычислительных систем: регистров, счётчиков, процессоров, ОЗУ.

Содержание

• 1 История
• 2 Определения
• 3 Классификация
• 4 Базовые понятия
• 5 Типы триггеров
• 5.1 RS-триггеры
• 5.1.1 RS-триггер асинхронный
• 5.1.2 RS-триггер синхронный
• 5.1.3 RS-триггер двухступенчатый со сложной логикой
• 5.2 D-триггеры
• 5.2.1 D-триггер синхронный
• 5.2.2 D-триггер двухступенчатый
• 5.3 T-триггеры
• 5.3.1 Т-триггер асинхронный
• 5.3.2 T-триггер синхронный
• 5.3.3 T-триггер двухступенчатый со сложной логикой
• 5.3.4 TV-триггер двухступенчатый со сложной логикой
• 5.4 JK-триггер
• 5.4.1 JK-триггер двухступенчатый со сложной логикой
• 6 Триггеры с любым числом устойчивых состояний
• 7 Физические реализации триггеров
• 7.1 Триггеры с тиристорами
• 7.2 Триггеры на релейно - контакторной базе
• 8 См. также
• 9 Литература
• 10 Примечания
• 11 Ссылки

Дата добавления: 2015-04-29