Содержани простой электропривод
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
З А МЕТКИ. КПД электродвигателя Наиболее широко используемый показатель эффективности процесса энергопотребления КПД, который является мерой экономичности преобразования энергии в электроприводе, мерой полезного использования потребляемой энергии. Коэффициент полезного действия электродвигателя представляет собой отношение полной механической мощности на валу(полезной) к мощности, потребляемой из сети с мех Р P Для последовательного силового канала выход предыдущего элемента является входом последующего, поэтому КПД определяется произведением n i i 1 Номинальное значение нагрузки (мощности) выбирается при КПД несколько ниже, чем максимальное значение. Объясняется это тем, что многие установки работают с переменной нагрузкой. Кроме того, при расчете электродвигателей предусматривается запас по мощности. Это приводит к тому, что фактическая нагрузка оказывается меньше номинальной. Указанное соотношение между максимальными номинальным значениями КПД способствуют повышению КПД цикла, т.к. мгновенные значения сосредотачиваются около максимума. Учитывая, что реально нагрузки АД находятся в области (0,6..0,7)Рн, разработки массовой серии двигателей 4А наибольший расчетный КПД расположили именно около этих значений. Небольшие электродвигатели обычно имеют хорошие энергетические характеристики, нежели более крупные. Поэтому в установках, использующих большое количество небольших электродвигателей, общий коэффициент мощность оказывается низким. З А МЕТКИ. Коэффициент мощности электропривода Зависимотсь коэффициента мощности от кратности механической нагрузки для АД серии А 0,5 0,75 1 1,25 cos 1 2 3 1 - cosφ=0.9; 2 - cosφ = 0.8; 3 - cosφ = Электропривод переменного тока потребляет из сети активную Р и реактивную Q мощности. Активная мощность расходуется на осуществление электроприводом полезной работы и покрытия потерь в нема реактивная мощность обеспечивает создание электромагнитных полей двигателя и непосредственно полезной работы не производит. Коэффициент мощности электропривода характеризует его как потребителя электроэнергии где S – полная потребляемая мощность. Угол определяет сдвиг фаз между напряжением сети и током электропривода. Электропривод, потребляя реактивную мощность, дополнительно нагружает систему электроснабжения , вызывая дополнительные потери напряжения и энергии в ее элементах. Для большинства АД 8 , 0 cos н. Для этих значений 5 , 0 , те. АД на каждый киловатт активной мощности потребляет из сети квар реактивной мощности. Чем ниже cos , тем большую реактивную мощность потребляет АД из сети, загружая её дополнительным током и вызывая в ней дополнительные потери. Коэффициент мощности АД существенно зависит от его нагрузки. При холостом ходе АД коэффициент невелик, т.к. относительно велика доля реактивной мощности по сравнению с активной. По мере увеличения нагрузки АД возрастает и достигая своего максимального значения примерно в области номинальной нагрузки. Зависимость от кратности механической нагрузки для АД серии А при различных уровнях номинальных н представлена на рисунке. Асинхронные двигатели являются основными потребителями реактивной мощности в системе электроснабжения. Для снижения потребления АД реактивной мощности и тем самым повышения коэффициента мощности необходимо выполнить следующее: заменить малозагруженный АД двигателем меньшей мощности. При замене АД меньшей мощности будет работать в области больших нагрузок с более высоким cos . Кроме того КПД полностью загруженного двигателя будет высоким; понизить напряжение у АД, работающего с малой загрузкой. При этом уменьшаются потребляемый из сети токи реактивная мощность и повышается cos . Реализуется это с помощью регулятора напряжения или, переключением обмотки статора со схемы треугольника на звезду, что приводит к снижению напряжения на обмотке каждой фазы в 3 раз; ограничить холостой ход АД; применить СД вместо АД; использовать компенсирующие устройства. З А МЕТКИ. Энергетические особенности преобразователей электроэнергии Преобразователи электроэнергии преобразуют переменный ток в постоянный и наоборот, переменный ток одной частоты и величины в переменный ток с другими параметрами, регулируют или стабилизируют выходной ток или напряжение. Поэтому важное значение имеет характеристика преобразователя как приёмника электроэнергии. Экономичность приёма электроэнергии приводом зависит как от типа и технических характеристик элементов привода, таки от режимов его работы. Применяются два основных типа преобразователей статические и электромашинные. Сточки зрения качества электроэнергии и влияния на сеть электромашинные преобразователи имеют преимущества перед статическими. Однако их доля постоянно уменьшается, т.к. они громоздки и имеют худший КПД, чем статические преобразователи. Наиболее распространенными являются статические полупроводниковые преобразователи на базе диодов, тиристоров и транзисторов. По своим энергетическим свойствам они обладают рядом особенностей. Процесс преобразования и регулирования электроэнергии в статических преобразователях производится за счет работы полупроводниковых приборов в ключевом режиме, что является причиной возникновения высших гармонических токов и напряжений на входе и выходе преобразователей. Генерация высших гармонических тока и напряжения вызывает искажения напряжения в питающих сетях и повышенные потери в канале передачи электроэнергии, а также приводит к знакопеременным составляющим момента, отрицательно сказывающимся на работоспособности электрической машины. Другая их особенность обусловлена фазовым способом регулирования выходного напряжения. Это регулирование осуществляется за счет задержки момента включения тиристоров по отношению к сетевому напряжению. В результате этого первая гармоническая составляющая тока, определяемая частотой сети, оказывается сдвинутой на некоторый угол относительно напряжения сети. Поэтому преобразователи потребляют реактивную мощность не только на частотах высших гармонических, но и на частоте сети. При определении энергетических показателей регулируемых приводов необходимо учитывать следующее: изменение скорости двигателя вызывает изменение постоянных потерь в двигателе. Особенно существенно постоянные потери изменяются при регулировании тока возбуждения ДПТ и СД; наличие силового преобразователя вызывает дополнительные потери мощности в преобразователе и двигателе; преобразователь является потребителем реактивной мощности и вносит искажения в синусоидальную форму кривых напряжения и тока. З А МЕТКИ Потери от первой гармонической (полезной) составляющей тока определяют путём соответствующего увеличения активного сопротивления в цепях обмоток двигателя. Внутреннее сопротивление преобразователя учитывает потери на входе (в трансформаторах, сетевых реакторах) и выходе (сглаживающих и уравнительных реакторах) ив самих полупроводниковых приборах. Зависимоть от относительной скорости при номинальной нагрузке для преобразователей с фазовым управлением характеризуется кривой на рисунке. Как видно, уменьшение коэффициента мощности происходит пропорционально снижению скорости, те. увеличению диапазона регулирования. Существенным положительным свойством статических преобразователей являются меньшие потери от первой гармонической составляющей тока. Это объясняется двумя причинами. Во- первых, меньшие потери в самом преобразователе по сравнению с электрической машиной (отсутствуют механические потери, потери на возбуждение, и, во-вторых, меньшее число ступеней преобразования электроэнергии. Например, КПД выпрямителей достигает а преобразователей Полностью управляемая техника позволит радикально решить вопросы качества потребляемой энергии (потребление реактивной мощности, генерирования гармоник тока и напряжения. В преобразователях с широтно-импульсным регулированием применяют неуправляемые входные выпрямители, что обеспечивает коэффициент сдвига первой гармоники тока относительно напряжения сети, близкий к 1,0. В системах фазового управления напряжением возможно регулирование с достаточно высокими показателями по коэффициенту мощности и коэффициенту искажения при различном сочетании преобразовательных устройств на традиционных тиристорах и запираемых приборах. Применение запираемой техники приводит к существенному снижению затратна электротехническое оборудование – энергоснабжающие сети, трансформаторное и распределительное оборудование. Использование регулируемого электропривода с неуправляемым выпрямителем с коэффициентом сдвига, равным во всем диапазоне регулирования, позволит снизить расчетную мощность согласующего трансформатора в зависимости от реальной тахограммы технологического механизма. Применение запираемой техники в электроприводах постоянного тока позволит отказаться от запаса по углу для устойчивого инвертирования. При этом появляется возможность снижения расчетной мощности согласующего трансформатора за счет уменьшения его выходного напряжения обратно пропорционально косинусу минимального значения угла опережения. З А МЕТКИ. Расчет мощности электродвигателей Главным требованием при выборе электродвигателя является соответствие его мощности условиям технологического процесса рабочей машины. Применение двигателя недостаточной мощности приводит к нарушению технологического режима работы установки, снижению производительности, повышению нагрева, ускорения старения изоляции и выхода двигателя из строя. Недопустимым является также использование двигателя завышенной мощности, т.к. при этом повышается стоимость привода, увеличиваются потери электроэнергии за счет снижения КПД двигателя, снижается коэффициент мощности. Выбор двигателя производится в следующей последовательности: расчет мощности и предварительный выбор двигателя; проверка выбранного двигателя по нагреву. проверка выбранного двигателя по условиям пуска и перегрузки. Основой для расчета мощности и выбора двигателя являются нагрузочные диаграммы, которые связывают режим работы двигателя с технологическим процессом. Их можно разделить на две группы: диаграммы, у которых статический момент меняется случайным образом по неизвестному закону; диаграммы, у которых статический момент меняется по известному закону. В первом случае экспериментально снимается зависимость тока двигателя во времени, которая далее разбивается наряд участков. Для каждого участка по среднему значению тока из статических характеристик определяются величины скорости и момента. Ускорение определяется как тангенс угла наклона кривой скорости коси времени. Для второго случая механические характеристики могут быть разделены наследующие четыре основные категории. Момент постоянный, те. не зависит от скорости. Типичный пример - это подъёмный кран (рис. а). Принятый неизменным вес поднятого груза создаёт силу и, таким образом, момент двигателя. В этом случае мощность навалу, являющаяся произведением момента и скорости, линейно зависит от скорости. На рисунке приведены типовые нагрузочные диаграммы электропривода подъемных механизмов. Число периодов (участков) у таких диаграмм может быть от трех до семи. З А МЕТКИ В некоторых случаях, например, при перемешивании веществ с низкой частотой вращения, момент пропорционален частоте вращения (рис. б). Мощность, будучи произведением момента и скорости, пропорциональна второй степени (квадрату) скорости. Таким образом, при скорости, равной половине номинальной, требуемый момент равен также половине номинального, а мощность - четверти номинального значения. Для передвижения жидкостей и газов требуется давление, пропорциональное квадрату скорости (те. перемещаемому объёму, рис. в. Так как центробежный насос перемещает объём, пропорциональный скорости, то давление и момент двигателя пропорциональны квадрату скорости. Следовательно, мощность пропорциональна третьей степени скорости. В этом случае, приуменьшении потока вдвое, требуется только процентов мощности, потребляемой при полном потоке. Есть некоторые очень вязкие вещества (например, хлебное тесто, которые становятся менее вязкими при увеличении скорости перемешивания (рис. г. В этом случае момент припуске (скорость равна может быть значительно выше, если, например, вещество стало более вязким после продолжительного простоя. Этот тип нагрузки имеет интересное свойство максимальная мощность может потребляться при скорости, меньшей, чем номинальная. Моменты сопротивления некоторых машин и механизмов определяются последующим формулам. Механизмы подъема лебедки М с = p где F - сила тяжести поднимаемого груза, Н R - радиус барабана лебедки, м i р , р - передаточное число и КПД редуктора. Механизмы передвижения подъемных кранов М с = p где F – сила тяжести перемещаемой массы, Н = (5...12)·10 -4 - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам, м k 1 = 1,8...2,5 - коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления движению из-за трения реборд ходовых колесо рельсы 0,015...0,15 - коэффициент трения в опорах ходовых колес R радиус шейки оси ходового колеса, м. Вентиляторы М с = в в kQH , где Q - производительность вентиляторам с H напор (давление) газа, Пав (0,4...0,85) - КПД вентилятора; в - частота вращения рабочего колеса вентилятора, с k = 1,1...1,5 - коэффициент запаса. Насосы М с = нс нс з ) ( H H Q g k , где Q - производительность насосам с Н - статический напор, м- потери напора в трубопроводе, м g = 9,81- ускорение свободного падениям с- плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ; k = 1,1...1,3 - коэффициент запаса; нс - 0,45...0,75 - КПД насоса; нс - частота вращения насоса, с -1 Далее определяется расчетная мощность привода с учетом максимальной скорости Р р = Мс, кВт, где k = 1,1...1,3 - коэффициент запаса, учитывающий динамические режимы работы двигателя. З А МЕТКИ. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ СРЕДСТВАМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. Пути энергосбережения Энергосбережение в электроприводе является частью общего процесса эффективного использования электроэнергии и определяется тремя процессами: энергопотреблением; энергоиспользованием потребляемой энергии; энергоуправлением процесса энергопотребле- ния. Энергопотребление – процесс формирования составляющих мощности на входе преобразователя при работе электропривода. Этот процесс характеризуется зависимостями активной, реактивной и мощности искажения от скорости и момента двигателя, показателями качества электроэнергии и их влиянии на характеристики электромеханических преобразователей. Энергоиспользование – использование мощности потребляемой из сети. Этот показатель характеризует качественную сторону процесса энергопотребления. Он показывает насколько эффективно использование потребляемой электроэнергии, какая часть из нее относится к потерям, а какая – к полезной мощности, идущей навал рабочей машины. Как распределяются потери, которые определяют рабочий режим электродвигателя, его температуру и надежность, позволяет выявить механизмы старения электрооборудования. Энергоуправление – процесс формирования режимов энергопотребления с помощью технических устройств и систем, воздействующих нацепи управления электроприводом и преобразовательные устройства, питающими эти цепи. К энергоуправлению относится управление перераспределением потерь в электрических двигателях, оптимизация потерь, минимизация нагрева активных частей электрической машины, снижение уровней потребляемой реактивной мощности и генерирование гармоник тока. ПЕРВЫЙ ПУТЬ относится к простейшему неуправляемому самому массовому электроприводу и состоит в совершенствовании процедуры выбора двигателя для конкретной технологической установки с целью соблюдения номинального теплового режима двигателя при эксплуатации. Известно, что в отдельных подотраслях промышленности аварийность электродвигателей колеблется от 20 до 60 – 70 % в год, причем указанные показатели отличаются даже в случае однотипных предприятий или производств. Характерно, что при общем спаде производства количество аварийных выходов машин не уменьшается, а растет. С учетом недогрузки электрических машин в нормальном технологическом режиме на 20 – 25 и снижении производительности в 2,5 – 3 раза, затраты на ремонт двигателей (при наработке на отказ 4000 час) вплотную приближаются к стоимости электроэнергии, которую потребил бы двигатель за время эксплуатации между двумя ремонтами при условии, что цена 1 кВт ч находится на уровне 0,13-0,15 грн. С учетом транспортных и иных расходов, связанных с аварийным выходом двигателей из строя, удельные затраты на ремонт приближаются к соответствующему показателю для новых заводских машин. ВТОРОЙ ПУТЬ повышения экономичности массового нерегулируемого электропривода переход на энергосберегающие двигатели и двигатели улучшенной конструкции, специально предназначенные для работы с регулируемым электроприводом. ТРЕТИЙ ПУТЬ - устранение промежуточных передач. З А МЕТКИ ЧЕТВЕРТЫЙ ПУТЬ заключается в повышении эффективности работы электропривода, те. в выборе рациональных режимов работы и эксплуатации электропривода. Сюда входят: выбор рационального способа и диапазона регулирования скорости электропривода в зависимости от технологических условий работы машин и механизмов; выбор рационального способа регулирования скорости в зависимости от характера изменения нагрузки; повышение загрузки рабочих машин; исключение режима холостого хода; снижение напряжения на зажимах двигателя; минимизация тока и потерь энергии АД при изменении нагрузки; оптимизация динамических режимов; использование синхронной машины как компенсатора реактивной мощности; использование аккумуляторов энергии. ПЯТЫЙ ПУТЬ - выбор рационального типа электропривода для конкретной технологической установки и переходе от нерегулируемого электропривода к регулируемому. При неполной нагрузке работа с постоянной скоростью характеризуется повышенным удельным расходом электроэнергии по сравнению с номинальным режимом. Снижение скорости механизмов непрерывного транспорта при недогрузке позволяет выполнить необходимую работу с меньшим удельным расходом электроэнергии. В этом случае экономический эффект появляется также за счет улучшения эксплуатационных характеристик технологического оборудования. Так, при снижении скорости уменьшается износ тянущего органа транспортера, увеличивается срок службы трубопроводов за счет снижения давления и т.д. Эффект в сфере технологии часто оказывается существенно выше, чем за счет экономии электроэнергии. С другой стороны, выдвигается необоснованное желание использовать плавно регулируемые системы привода с большим диапазоном регулирования для этих установок. В тоже время достаточно большой диапазон регулирования производительности для механизмов с вентиляторным характером нагрузки можно получить при диапазоне изменения скорости, не превышающим ШЕСТОЙ ПУТЬ- улучшение качества электроэнергии средствами силовой преобразовательной техники регулируемого электропривода. СЕДЬМОЙ ПУТЬ - экономия электроэнергии рабочими установками и механизмами за счет повышения эффективности выполнения технологического процесса. Он включает в себя следующие основные мероприятия: согласование режимов работы установки при изменении нагрузки; повышение КПД установки; регулирование производительности установки; выполнение оптимальной циклограммы и упорядочение графика нагрузок; обеспечение нормированной загрузки (для подъемных машин, конвейеров и т.д.); контроль состояния технологической установки; применение совершенных видов электропривода; организационные мероприятия. |