12.2. Втрати електроенергії в усталених режимах
Оцінку енергетичної ефективності електропривода проводять на основі аналізу узагальнених енергетичних показників, якими є міра економічності перетворення електричної енергії у механічну – ККД, і коефіцієнт потужності, який є мірою економічності споживання електричної енергії із мережі живлення.
ККД нерегульованого електропривода є добутком ККД двигуна і передавального пристрою (формула 6.4). Тому енергозбереження може досягатися за рахунок підвищення ККД двигуна і передаваль-ного пристрою.
ККД асинхронного двигуна залежить від коефіцієнта навантаже-ння і досягає максимального значення при рівності постійних і змінних втрат (рис.12.1). Двигуни проектують так, щоби номіналь-ний ККД був менше максимального на , бо фактичне навантаження дещо менше номінального.
П Рис. 12.1. Енергетичні характеристики асинхронного двигуна
В даний час нереально ставити завдання заміни всіх двигунів з надлишковою потужністю, але при модернізації виробництва доці-льно забезпечити встановлену потужність відповідно до потреби технологічного процесу. Економічні розрахунки показують, що при менше 0,5 двигун потрібно замінити.
ККД передавальних пристроїв залежать від їх конструкції, точ-ності виготовлення та коефіцієнта навантаження за моментом Нижче наведені ККД деяких передач при номі-нальному навантаженні.
Циліндрична передача:
зі шліфованими прямими зубцями …………….0,99
з необробленими прямими зубцями …………...0,96
Черв’ячна передача ………………………………...0,6…..0,8
Пасова передача …………………………………….0,94…0,98
Фрикційна передача ………………………………..0,7…..0,8
Ланцюгова передача ………………………………..0,98
Величина ККД передачі залежить від навантаження. Ці залежно-сті наводяться у довідниках [6, рис. 50.50].Так при ККД зубчастої передачі знижується на 4-5%, що з одночасним знижен-ням ККД двигуна призводить до значних втрат потужності електро-привода.
Передавальні пристрої характеризуються коефіцієнтами передачі . Чим він більший, тим менший ККД. Так, циліндричний одноступінчастий горизонтальний редуктор з має , а такий же двоступінчастий з вже має .
Оскільки коефіцієнт передачі електропривода залежить від синх-ронної швидкості асинхронного двигуна, то, вибираючи двигун необхідної потужності, потрібно забезпечувати мінімальне переда-точне число . Цього можна досягти, оскільки асинхро-нні двигуни однієї потужності виготовляють з синхронними швид-костями .
Розглянемо такий приклад. Нехай для забезпечення технологіч-ного процесу потрібен асинхронний двигун . Номіна-льна швидкість робочого механізму . Можна виб-рати двигун з . Тоді . За цієї умови потрібен двоступінчастий редуктор, який матиме . Втрата потужності у номінальному режимі складе кВт. Якщо вибрати двигун з , то , і потрібен буде одноступінчас-тий редуктор, ККД якого . У цьому випадку втрата потужності .
Отже, за умови маємо економію потужності , що за 8 годин роботи виробничого механізму збереже електроенергії год. В таких розрахунках потрібно враховувати ККД двигунів різної синхронної швидкості. У даному випадку ККД двигунів з і з одинакові і рівні 0,905.
Наведений аналіз слід доповнити економічними розрахунками, бо зі зменшенням збільшуються габарити двигуна, і, як наслі-док, його вартість. Одночасно зменшується вартість передавального пристрою. Двигуни з меншою синхронною швидкістю мають біль-ший момент інерції. Так, двигун потужністю і має момент інерції , що в 5,3 рази більше, ніж у двигуна з . Цю обставину необхідно враховувати при виборі двигуна для робочих механізмів з частими реверсами, наприклад, для привода стола поздовжньо-стругального верстату.
Робота деяких механізмів передбачає технологічні паузи, трива-лість яких невизначена. У таких випадках з метою економії електро-енергії слід обмежити тривалість роботи привода в режимі холосто-го ходу, використавши наступний алгоритм: якщо споживана елект-роенергія в режимі холостого ходу стане рівною витратам електро-енергії на пуск, то двигун потрібно відключити від мережі живлен-ня, тобто коли буде досягнута умова
, (12.1)
де і – відповідно струм і коефіцієнт потужності в режимі холостого ходу привода. Реалізувати умову (12.1) може реле часу, яке буде налаштоване на час спрацювання
, (12.2)
оскільки і в режимі холостого ходу привода є сталими.
При живленні трифазних асинхронних двигунів від частотних перетворювачів при обчисленні ККД і необхідно враховувати спотворення струму. Тому коефіцієнт потужності треба визначати за формулою:
, (12.3)
де i – відповідно повна і активна потужності, які споживають-ся з мережі змінного струму; – реактивна потужність – потуж-ність зсуву трифазного навантаження, зумовлене зсувом за фазою основної гармоніки струму навантаження відносно синусоїдної нап-руги мережі, – потужність спотворення, обумовлена наявністю у складі несинусоїдного періодичного струму, окрім основної, вищих гармонік. З врахуванням (12.3) потужності i в установленому режимі при симетричному навантаженні, яким є асинхронний дви-гун, потрібно обчислювати за формулами:
; . (12.4)
Тоді
і , (12.5)
де – номінальна діюча фазна напруга; – діюче значення фаз-ного струму статора; – діюче значення першої гармоніки фазного струму статора; – фазний зсув першої гармоніки статорного струму відносно фазної напруги мережі живлення; – коефіцієнт спотворення.
ККД електропривода за системою перетворювач частоти – АД (ПЧ-АД)
. (12.6)
ККД перетворювача частоти
, (12.7)
де – активна потужність, яку споживає АД від ПЧ; – втра-та потужності в ПЧ, яка залежить від його схеми. Так, в перетворю-вачі частоти з АІН при живленні його від некерованого випрямляча мають місце такі втрати:
втрати у вентилях некерованого випрямляча і в силових ключах АІН;
втрати в реакторах, конденсаторах та в інших елементах систем керування і захисту.
Основною складовою втрат є електричні втрати у вентилях вип-рямляча, ключах інвертора, у вхідних реакторах і у L-C фільтрі на вході інвертора. Точне визначення цих втрат є досить складним. Тому користуються експериментальними даними, які вказуються в технічних паспортах перетворювачів частоти для номінального ре-жиму роботи. При швидкостях АД, менших номінальної, втрати зменшуються, але не пропорційно зміні швидкості [9].
- Основи електропривода
- Класифікація електроприводів. Механічні характеристики
- 1.1. Загальні положення
- 1.2. Класифікація електроприводів
- 1.3. Приведення моментів і сил опору, моментів інерції і
- 1.4. Механічні характеристики виробничих механізмів і
- 1.5. Усталені режими
- Часові та частотні характеристики електропривода
- 2.1. Рівняння руху електропривода
- 2.2. Час прискорення і сповільнення електропривода
- 2.3. Оптимальне передаточне число
- 2.4. Часові та частотні характеристики одномасової системи
- 2.5. Часові та частотні характеристики двомасової системи
- Регулювання швидкості двигунів постійного струму
- 3.1. Регулювання кутової швидкості двигунів постійного
- Струму незалежного збудження
- 3.2. Регулювання швидкості двигунів послідовного збудження
- 3.3. Гальмівні режими двигунів постійного струму
- 3.4 Часові характеристики двигунів постійного струму незалежного збудження
- 3.5. Частотні характеристики
- Перетворювачі напруги електроприводів постійного струму
- 4.1. Тиристорні керовані випрямлячі
- 4.2. Системи імпульсно-фазового керування
- 4.3. Імпульсні перетворювачі постійної напруги
- Регулювання кутової швидкості двигунів змінного струму
- 5.1. Механічні характеристики асинхронних двигунів
- 5.2. Регулювання швидкості асинхронних двигунів
- 5.3. Перетворювачі частоти
- 5.4. Регулювання швидкості синхронних двигунів
- Тики синхронного двигуна
- 5.5. Гальмівні режими двигунів змінного струму
- Методи розрахунку потужності електроприводів
- 6.1. Втрати енергії в електроприводах
- 6.2. Нагрівання і охолодження двигунів
- 6.3. Режими роботи і навантажувальні діаграми
- 6.4. Розрахунок потужності електродвигунів
- Системи керування електроприводами
- Релейно-контакторні системи керування електроприводами
- 7.1. Загальні положення
- 7.2. Структура релейно-контакторних систем керування
- 7.3. Принципові схеми ркск
- Дискретні логічні системи керування рухом електроприводів
- 8.1 Загальна характеристика длск
- 8.2. Методи синтезу длск
- 8.3. Математичний опис длск
- 8.4. Способи реалізації длск
- Система керування швидкістю електроприводів постійного струму з сумуючим підсилювачем
- 9.1. Загальні положення
- 9.2. Формування динамічних характеристик
- 9.3. Обмеження моменту електропривода
- Система керування електроприводом з підпорядкованим регулюванням
- 10.1. Структурна схема системи підпорядкованого
- Регулювання
- 10.2. Технічна реалізація системи з підпорядкованим регулюванням
- 10.3. Обмеження струму в системі підпорядкованого регулювання
- Системи керування швидкістю асинхронного електропривода
- 11.1. Регулювання швидкості напругою живлення
- 11.2. Плавний пуск асинхронних двигунів зміною напруги живлення
- 11.3. Система скалярного керування частотно-регульованого асинхронного електропривода
- 11.4. Системи векторного керування частотно-регульованого електропривода
- 11.5. Пряме керування моментом асинхронного двигуна
- Енергозберігаючий асинхронний електропривод
- 12.1. Загальні положення
- 12.2. Втрати електроенергії в усталених режимах
- 12.3. Оптимізація енергоспоживання в перехідних процесах
- 12.4. Економічна ефективність частотно-регульованого електропривода
- Частотне керування синхронними електроприводами
- 13.1. Стратегії керування
- 13.2. Вентильний двигун
- 13.3. Система автоматичного керування моменту сд зміною магнітного потоку ротора
- 13.4. Стратегії керування сд зі збудженням від постійних магнітів
- Адаптивні системи керування електроприводами
- 14.1. Загальні положення
- 14.2. Безпошукова адаптивна система керування з еталонною
- 14.3. Безпошукова адаптивна система керування зі спостережним пристроєм
- 14.4. Фаззі-керування електроприводами
- 14.5. Фаззі-керування гальмуванням візка мостового
- Слідкуючий електропривод
- 15.1. Загальна характеристика
- 15.2. Безперервні системи керування слідкуючим
- 15.3. Динамічні показники слідкуючого електропривода
- Цифрові системи керування електроприводами
- 16.1. Структура електропривода з цифровою системою
- Керування
- 16.2. Розрахункові моделі ацп і цап
- 16.3. Дискретні передавальні функції і структурні схеми
- 16.4. Синтез цифрового регулятора і його реалізація
- Список літератури
- Предметний покажчик
- Рецензія