Общая энергетика
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
ощности и КПД приводит к заметному увеличению потерь мощности и энергии, а изменение вращающего момента и числа оборотов ротора относительно номинальных значений приводит к ухудшению качества технологического процесса вплоть до его полного нарушения.
Таблица 5.1 - Рабочие характеристики АД по отношению к номинальным
Кз?cos ?Мn0,250,720,610,251,10,50,970,780,51,050,751,01,00,751,021,250,990,971,250,95
Номинальная активная мощность, потребляемая асинхронным двигателем из электрической сети, равна
РАД НОМ = ?IНОМ?UНОМ? cos ?НОМ = РАД МЕХ / ?НОМ .
При одной и той же полезной (механической) мощности РАД МЕХ , развиваемой на валу, потребление электрической мощности из сети РАД-СЕТ тем меньше, чем больше КПД двигателя. Аналогичный результат достигается при оптимизации коэффициента мощности. С уменьшением cos? при неизменной величине РАД возрастает потребление двигателем реактивной мощности, увеличивается полный ток IАД и, следовательно, возрастают потери мощности в самом двигателе и в электрической сети, имеющей сопротивление RW :
?PСЕТ = 3?I2 АД ? RW = [РАД / (UНОМ? cos ?НОМ ? ?НОМ )]2 ? RW .
Аналогичные результаты свойственны практически всем видам электрооборудования. Поэтому и на стадии проектирования, и на стадии эксплуатации электроустановок следует уделять внимание вопросам их оптимальной загрузки, что достигается, как правило, в режиме, близком к номинальной мощности.
Оптимизация режимов по напряжению.
Нормы качества напряжения определяются ГОСТ 13109-97 [8]. Отклонение показателей качества напряжения от нормированных приводит к целему ряду отрицательных последствий и, в том числе, к увеличению потерь электроэнергии.
Например, у потребителей с линейной вольт-амперной характеристикой повышение напряжения приводит к увеличению потребляемой мощности и перерасходу электрической энергии. Лампа накаливания с номинальными параметрами UНОМ = 220 В и РНОМ = 100 Вт при повышении напряжения на 10%, т.е. до 242 В, потребляет из электросети 121 Вт, что на 21% больше, чем в номинальном режиме.
У асинхронных электродвигателей при снижении напряжения уменьшается КПД, возрастает ток статора и ротора, а при повышении напряжения уменьшается коэффициент мощности. Всё это приводит к дополнительному расходу электроэнергии.
При отклонении напряжения от номинального значения в той или иной степени возрастает потребление электроэнергии в электротермических, технологических и других установках.
К дополнительным потерям и перерасходу электроэнергии приводят несимметрия и несинусоидальность напряжения.
В значительной степени качество напряжения может поддерживаться за счёт технических мероприятий, проводимых у потребителя.
Широко применяется регулирование величины напряжения на зажимах электроприёмников с помощью изменения коэффициента трансформации питающих трансформаторов. Особенно эффективно автоматическое регулирование - переключение под нагрузкой (РПН) с одной отпайки обмотки трансформатора на другую.
При наличии в электросетях потребителя источников реактивной мощности, например, батарей конденсаторов, изменение величины QКУ также обеспечивает регулирование напряжения.
В этом случае (рис.5.3)
= U1 - ?U = U1 - [PНГ? RW + (QНГ - QКУ )?ХW ] / UНОМ
Рис.5.3. Схема электрической сети
Изменяя величину QКУ можно поддерживать необходимое напряжение у нагрузки U2 .
Поскольку режимы по напряжению и реактивной мощности взаимосвязаны, оптимальное решение даёт комплексный подход к их регулированию.
Регулируемый пуск электродвигателей
Значительными потерями электроэнергии сопровождается прямой пуск асинхронных электродвигателей. Это обусловлено большими пусковыми токами, которые в 5-7 раз превосходят номинальный ток. Потери ?WПУСК возрастают, если процесс пуска затягивается.
Для снижения этих потерь целесообразно применять технические решения, позволяющие заметно снизить пусковые токи (IПУСК) и сократить время пуска (tПУСК). Эти решения хорошо известны:
пуск АД с короткозамкным ротором посредством переключения обмоток статора со звезды (?) на треугольник (?) позволяет в три раза снизить пусковой ток;
пуск при пониженном напряжении, например, с помощью автотрансформатора или регулируемого тиристорного преобразователя;
применение специальной конструкции короткозамкнутого ротора (двухклеточный, глубокопазный), позволяющей снизить пусковой ток АД за счёт увеличения пускового сопротивления обмоток статора (RДВ );
применение асинхронных двигателей с фазным ротором;
уменьшение тормозного момента на валу двигателя при пуске (пуск без механической нагрузки, пуск при минимальных коэффициентах передачи редуктора приводного механизма).
В настоящее время существует большое количество устройств управления пуском и работой приводного электродвигателя. Они различаются по принципу действия, конструкции, объёму выполняемых функций и имеют различные области применения. Особенно эффективны системы автоматизированного управления электроприводом.
Например, тиристорные блоки управления обеспечивают оптитмизацию двух параметров: мягкий пуск и энергосбережение (рис.5.4).
Мягкий пуск происходит при пусковом токе лишь незначительно превышающем номинальный ток двигателя. Пусковые потери определяются выражением
?WПУСК = ? (3?I2ПУСК?RДВ?tПУСК ) dt,
поэтому с уменьшением пускового тока уменьшаются и потери.
Экономия ?/p>