Содержани простой электропривод
 Скачать 1.04 Mb.
|
|
З А МЕТКИ. Энергосберегающие электродвигатели TACIS EUK9701/M/15/20 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ И ОБЫЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 0,72 0,76 0,80 0,84 0,88 0,92 cos cos 220 Р Н , кВт 2 3 4 5 7 10 20 30 40 50 70 В энергосберегающих двигателях за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди) повышены номинальные значения КПД и cos . Энергосберегающие двигатели используются, например, в США, и дают эффект при постоянной нагрузке. Целесообразность применения энергосберегающих двигателей должна оцениваться с учетом дополнительных затрат, поскольку небольшое (до 5%) повышение номинальных КПД и достигается за счет увеличения массы железа на 30-35%, меди на 20- 25%, алюминия нате. удорожания двигателя на Ориентировочные зависимости КПД ( ) и соs от номинальной мощности для обычных и энергосберегающих двигателей фирмы Гоулд (США) приведены на рисунке. Повышение КПД энергосберегающих электродвигателей достигается следующими изменениями в конструкции: удлиняются сердечники, собираемые из отдельных пластин электротехнической стали с малыми потерями. Такие сердечники уменьшают магнитную индукцию, те. потери в стали. TACIS EUK9701/M/15/21 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С ПОВЫШЕННЫМ КПД Увеличение сечения проводников в роторе и статоре (потери в меди Увеличение длины сердечника (потери встали Лучшая геометрия зубцов и пазов (добавочные потери Вентилятор меньших размеров из-за того, что необходимо рассеивать меньшее количество теплоты (механические потери). уменьшаются потери в меди за счет максимального использования пазов и использования проводников повышенного сечения в статоре и роторе. добавочные потери сводятся к минимуму за счет тщательного выбора числа и геометрии зубцов и пазов. выделяется при работе меньше тепла, что позволяет уменьшить мощность и размеры охлаждающего вентилятора, что приводит к уменьшению вентиляторных потерь и, следовательно, уменьшению общих потерь мощности. Электродвигатели с повышенным КПД обеспечивают уменьшение расходов на электроэнергию за счет сокращения потерь в электродвигателе. Проведенные испытания трех «энергосберегающих» электродвигателей показали, что при полной нагрузке полученная экономия составила 3,3% для электродвигателя 3 кВт, для электродвигателя 7,5 кВт и 4,5% для электродвигателя 22 кВт. З А МЕТКИ ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРИЧИНЫ ЗАМЕНЫ ОБЫЧНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ДВИГАТЕЛИ С ПОВЫШЕННЫМ КПД Новый электродвигатель - 7,5 кВт дополнительные капитальные затраты Число часов работы в год Экономия расходов на эл. энергию $/год ВНП 20 лет работы % ЧПС 20 лет, 40% дискон- тирова- ния $ ЧПС Период окупаемости работы % ЧПС 40,000 часов работы 000 4 000 6 000 54 108 162 43 86 130 2 130 257 0.016 1.04 2.06 2.3 1.16 0.77 43 86 129 2 105 220 ВНП - внутренняя норма прибыли ЧПС - чистая приведенная стоимость При: период эксплуатации - 20 лет дополнительные капитальные затраты - стоимость эл. энергии - $ 0.06/кВт-ч При цене электроэнергии 6 центов за кВт-ч период окупаемости составляет 4 630 часов при дополнительных капитальных затратах Экономия при полной нагрузке приблизительно составляет 0,45 кВт, что при стоимости энергии доллара/кВт ч составляет 0,027 доллара/ч. Это эквивалентно 6% эксплуатационных затрат электродвигателя. Цена обычного электродвигателя 7,5 кВт, приводимая в прайс-листах, составляет 171 доллар США, тогда как стоимость электродвигателя с повышенным КПД - 296 долларов США (надбавка к цене - 125 долларов США. Из приведенной таблицы следует, что период окупаемости для электродвигателя с повышенным КПД, рассчитанный на основе маргинальных издержек, составляет приблизительно 5000 часов, что эквивалентно 6,8 месяцев работы электродвигателя при номинальной нагрузке. При меньших нагрузках период окупаемости будет несколько больше. Эффективность использования энергосберегающих двигателей будет тем выше, чем больше загрузка двигателя и чем ближе режим работы его к постоянной нагрузке. Применение и замена двигателей на энергосберегающие должна оцениваться с учетом всех дополнительных затрат и сроков их эксплуатации. TACIS_EUK9701/M/15/23_СХЕМА_ЭЛЕКТРОПРИВОДА_Промежуточные_передачи_Рабочий_орган_Муфта'>З А МЕТКИ. Устранение промежуточных передач TACIS EUK9701/M/15/23 СХЕМА ЭЛЕКТРОПРИВОДА Промежуточные передачи Рабочий орган Муфта Редуктор Муфта Двигатель Преобразователь Электрическая энергия доступна на фиксируемой частоте 50 Гц, а механическая требуется в широком спектре скоростей. Так, у двигателей переменного тока возможен только ряд скоростей 3000, 1500, 1000 об/мин и т.д. Ориентировочные значения КПД элементов привода составляют: преобразователь - 95 , 0 5 , 0 п η (меньшие значения для малых скоростей вращения, большие для более высоких скоростей); двигатель - 0,95 0,75 д η (меньшие значения для микромашин, большие для машин повышенной мощности); механический регулятор 9 , 0 рег η ; муфта 99 , 0 м ; редуктор 95 , 0 р ; рабочий механизм 0,95 η рм (для приводного барабана ленточного конвейера). Коэффициент полезного действия системы электропривода рм р м д п i , где i- количество соединительных муфт. TACIS EUK9701/M/15/24 ВИДЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПО СПОСОБУ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ Д1 РМ Д2 ОДНОДВИГАТЕЛЬНЫЙ Д РМ ГРУППОВОЙ Д РМ2 РМ1 ПРИВОД МАШИНА Подстановка в формулу усредненных значений КПД для привода с электродвигателем мощностью кВт дает значение КПД в диапазоне, 75. При этом в среднем от семи до десяти процентов мощности теряется в механических передачах. Таким образом, устранение механических передач приводит к существенному повышению КПД системы (на 7–10%), что является одной из основных тенденций развития электропривода, а в перспективе – совмещения электродвигателя и рабочего органа. По способу передачи механической энергии отвала двигателя к рабочему механизму электропровод делят натри группы. В групповом приводе несколько рабочих машин приводятся в движение через передачи одним двигателем. Двигатель выбирается из максимальной нагрузки совмещенных операций, что связано с нерациональным расходом энергии при вспомогательных операциях и с потерями в передачах. В многодвигательном приводе (приводной барабан конвейера и др) возникает необходимость выравнивания нагрузки отдельных двигателей. З А МЕТКИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЕ МУФТЫ По виду соединения Постоянные Сцепные управления Самоуправляемые По виду управления Механические Гидравлические или пневматические Электромагнитные фрикционные Индукционные Внедрение однодвигательного привода помимо снижения энергоемкости производства за счет устранения промежуточных передачи лучшего использования установленной мощности привода, позволяет повысить надежность выполнения технологических процессов, снизить травматизм, улучшить условия труда. Соединительные муфты в электроприводе бывают следующих типов. Механические муфты в основном выполняются кулачкового типа с механическим соединением полумуфт. Гидравлические или пневматические муфты для передачи момента от электродвигателя к приводному оборудованию используют диски. Регулирование скорости осуществляется путем изменения скольжения между дисками, причем потери возрастают при снижении частоты вращения. Сжатие дисков осуществляется с помощью гидравлического или пневматического цилиндра. Электромагнитные муфты также используют фрикционный способ передачи механического момента, где сжатие трущихся поверхностей осуществляется встроенным в муфту электромагнитом. Их КПД несколько ниже гидравлических/пневматических. TACIS EUK9701/M/15/26 МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ Передачи трением Фрикционные Ременные Передачи зацеплением Зубчатые и червячные Цепные Положительным фактором при использовании этих устройств является большой срок службы и высокая надежность труда. Основным их недостатком является снижение КПД при низких скоростях. Из передач трением наиболее распространенными являются ременные передачи. Нагрузка в них передается силами трения, возникающими между шкивами и ремнем вследствие натяжения последнего. По форме поперечного сечения ремня передачи делятся на плоскоременные, клиноременные и круглоременные. Последние применяют только для малых мощностей, в частности в машинах домашнего обихода. Передачи выполняют с постоянным или переменным регулируемым) передаточным отношением, регулирование может быть ступенчатыми бесступенчатым. Ступенчатое регулирование выполняется в коробках скоростей с зубчатыми колесами, временных передачах со ступенчатыми шкивами и т.п. Бесступенчатое регулирование осуществляется с помощью фрикционных, цепных и ременных вариантов. Значения КПД передач - 0,92 - одноступенчатая фрикционная передача - 0,96 - ременная передача - 0,98 - одноступенчатая зубчатая передача - 0,92 - одноступенчатая червячная передача - 0,92 - зубчатая передача. З А МЕТКИ. Повышение загрузки рабочих машин и исключение холостого хода Коэффициент загрузки двигателя рассчитывается по формуле k з = н ф P P нс с P P , где Р ф – фактическая мощность, развиваемая приводом Р с – мощность, потребляемая из сети. Определяется по показаниям приборов за период времени как мощность, потребляемая двигателем из сети приданной нагрузке. Тогда за номинальную мощность берут мощность, потребляемую двигателем из сети при номинальной загрузке Р нс = η н P , где η – КПД системы электропривода. Нормативные документы Министерства топлива и энергетики Украины рекомендуют: при з (0,4...0,5) - необходима установка двигателя меньшей мощности; при з- целесообразность снижения установленной мощности привода должна быть подтверждена расчетами A C IS E U K 9701/M ЗАВИСИМОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ОТК О ЭФ ФИ Ц ИЕН ТАЗА ГР УЗКИ ДВИГАТЕЛЯ 1.0 приз- мощность привода выбрана, верно. Ограничение максимального значения з величиной позволяет предотвратить возможную перегрузку двигателя в случае падения напряжения питающей сети. На рисунке представлена усредненная зависимость КПД от коэффициента загрузки, которая показывает, насколько нежелательна работа привода с малым коэффициентом загрузки. Значение экономии электроэнергии, получаемое в результате повышения загрузки машин, можно определить из рисунка. Здесь k W - коэффициент увеличения удельного расхода электрической энергии k W = yо у W W , где W y - фактическое значение удельного расхода электроэнергии зафиксированный промежуток времени, кВт∙ч/(час, сутки, и т.д.); о- удельный расход энергии при отсутствии холостого хода и загрузке з 1, кВт∙ч/(час, сутки, и т.д.). З А МЕТКИ Коэффициент использования рабочей машины k т = х н н t t t , где н- время работы под нагрузкой, час t x - время холостой работы, час. Пример. Конвейерная линия состоит из четырех последовательных конвейеров с мощностью двигателя каждого 100 кВт, работает со значением К Т = 0,5 и К З = 0,25, суточное потребление электроэнергии одним конвейером составило 1000 кВт-ч/сутки. В результате устройства промежуточного бункера после первого конвейера исключилась работа вхолостую остальных трех конвейеров (К Т = 1) и повысилась загрузка двигателей до К З = Определить годовую экономию электроэнергии, если число дней работы линии в году составляет 300. При К З1 = 0,25 и К Т1 = 0,5 по графику При К З2 = 0,8 и К Т2 = 1,0 по графику K W2 = 1,04. , 0 1 1 / у у W W W K , 0 2 2 / у у W W W K откуда , 1 1 2 2 / у W W у W K K W т.е. 1547 1000 3 02 , 2 / 04 , 1 2 у W кВт-ч/сутки. Ожидаемая годовая экономия электроэнергии 1 у у W W W т.е. 435900 300 ) 1547 3000 ( W кВт-ч/год. Это составляет 21795 долларов США в год при стоимости электроэнергии 0,05 долларов США за кВт-ч. Исходя из стоимости бункера и сэкономленной энергии, можно определить срок окупаемости установки бункера. 0 0,5 1 1,5 2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Ориентировочное потребление реактивной энергии в функции коэффициента загрузки при х 0,4 P н Режим холостого хода привода является экономически нецелесообразным, поскольку приводит к необоснованному потреблению активной энергии = P х t х , где P х – мощность, потребляемая из сети на холостом ходу за время t х Кроме того, увеличиваются потери энергии при передаче излишней реактивной мощности. Ориентировочное потребление реактивной энергии в функции коэффициента загрузки при Q х = 0,4 н представлено на рисунке. Для исключения холостого хода работы двигателей используются таймеры, отключающие двигатель через заданный промежуток времени режима холостого хода. На обрабатывающих станках при времени холостого хода в межоперационное время си более отключение двигателя всегда экономично. В случае, когда длительность работы на холостом ходу менее с, эффективность ограничителей холостого хода определяется расчетом. Часовая экономия электроэнергии (кВт-ч) , 3600 ) ( x н x P P Zt W где Р х - мощность холостого хода двигателя Z -число циклов работы, цикл/ч. З А МЕТКИ 49 4.5. Снижение напряжения на зажимах электродвигателя При невозможности замены малозагруженных двигателей следует проверить целесообразность снижения напряжения на его зажимах. Снижение напряжения питания АД приводит к уменьшению потребления реактивной мощности (за счет снижения тока намагничивания) и, тем самым, к повышению cos . При этом одновременно уменьшаются потери активной мощности, т.е. увеличивается КПД двигателя. В некоторых случаях понижение напряжения требуется только для запуска двигателя и регуляторы можно назвать регуляторами пуска. В других случаях возможна длительная работа двигателей при пониженных напряжениях, что обеспечивается с помощью регуляторов напряжения. При этом регулятор используется и для запуска электродвигателя. Возможны следующие методы снижения напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей: переключение статорной обмотки с "треугольника" на "звезду"; секционирование статорных обмоток; понижение напряжения в силовых цепях предприятий переключением ответвлений понижающих трансформаторов; применение регулируемого электропривода, позволяющего изменять напряжение на статоре АД в функции нагрузки (ЧРП, ТРН-АД). Переключение статорной обмотки АД с "треугольника" на "звезду" обычно рекомендуют для двигателей напряжением до 1000В, загруженных менее чем на 30%. Эффективность мероприятий поясняется рисунками здесь представлены графики для значений н 0,78; 0,82; 0,86; Величина момента, развиваемого асинхронным двигателем, пропорциональна квадрату напряжения питающей сети. Поэтому при переключении обмоток статора с "треугольника" на "звезду" вследствие снижения момента необходимо производить проверку по перегрузочной способности и величине пускового момента. Секционирование рекомендуется, если невозможно воспользоваться предыдущим способом. Если двигатели изготовлены с параллельными ветвями в статорной обмотке, то секционирование осуществляют путем перепайки лобовых соединений обмотки. Если же обмотка выполнена одиночным проводом, то переключение секций обмотки возможно лишь при капитальном ремонте. Переключение ответвлений понижающего трансформатора часто применяют на практике. Это производиться если трансформатор не питает одновременно другие приемники, которые не допускают снижения напряжения на их зажимах. Понижая напряжение питающей сети, следует помнить, что при этом возрастают потери ив самой сети. А в трансформаторах суммарные потери активной мощности при изменении напряжения в большинстве случаев не меняются. Снижение напряжения влияет и на тепловой режим асинхронных двигателей. Так, при номинальной нагрузке и номинальной частоте питающей сети снижение напряжения на 10% приводит к росту перегрева двигателя также на 10%. Однако следует учитывать, что при загрузке двигателя, составляющей 90%, допустимо снижать напряжение на 13%, а при З 0,8 – напряжение можно снижать на 22%, безопасности перегрева двигателя свыше допустимого. На практике используют отключение части приводных двигателей при недогрузке, например многодвигательного конвейера. Но это нецелесообразно, поскольку из-за вращения работающими двигателями неработающих приводных блоков потери мощности почти не уменьшаются. А износ редукторов, связанных с неработающими двигателями, может быть не меньше, чему работающих. З А МЕТКИ з cos Y Y k з На риса приведены зависимости тока от напряжения при различных моментах нагрузки. Как видно, при каждой нагрузке АД имеется такое напряжение, при котором потребляемый двигателем ток минимален. Штриховая линия, проведенная через точки минимумов тока для каждой нагрузки, определяет закон регулирования напряжения в функции тока. При реализации такого закона, при любой нагрузке из сети потребляется минимальный ток. Это приводит к существенному повышению КПД электропривода и эффективному использованию установленной мощности АД. На рис.б представлены рабочие характеристики электропривода с переменной нагрузкой, питающегося от сети с частотой 50 Гц и номинальным напряжением В (сплошные линии) и от частотного преобразователя (пунктирные). Как видно из характеристик, приуменьшении нагрузки от номинальной (Р 2н =750 Вт) до минимальной (200 Вт) при питании АД (4АМ71В) от энергосберегающего устройства по сравнению с нерегулируемым электроприводом, потребляемая двигателем мощность Р п уменьшается от 8,7 до, коэффициент полезного действия η увеличивается от 7 до 43%, коэффициент мощности cosφ от 6 до Уровень оптимального фазного напряжения U ф.опт при тех же диапазонах изменения мощности навалу АД уменьшается до 50% номинального U ф.н . Таким образом, применение энергосберегающего устройства существенно улучшает технико- экономические и энергетические показатели установки |