Технологическое электропотребление

В данной главе рассматриваются основные виды технологического оборудования и основные мероприя­тия по экономии электрической энергии, В связи с тем, что электропотребление технологического оборудования в значительной степени зависит от графиков использования этого оборудования, прежде чем перейти к электрооборудованию, рассмотрим основные понятия о разновидности графиков электрических нагрузок.

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ И О ГРАФИКАХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

При энергетических обследованиях большое значение имеет анализ графиков нагрузок мощных электропотребителей. График нагрузки берется за время, кратное времени законченного технологического цикла . По регулярности нагрузки графики подразделяются на периодические, циклические, нециклические и нерегулярные (см. рис. 2.3.1).

Периодические графики (см. рис. 2.3.1, а) имеют место при поточном производстве. Время цикла таких нагрузок постоянно и равно:

(2.3.1.)

где: — время работы и остановки (паузы), которые также постоянны.

Цикличный график (см. рис. 2.3.1, б) соответствует непоточному производству, время пауз различно, но характер и продолжительность рабочих интереалов неизменны.

У нецикличного и нерегулярного графиков (см рис 2.3.1, в, г) рабочее время, время остановок и время циклов различно.

Различают следующие режимы работы.

1. Продолжительный режим, когда при работе с не­изменной нагрузкой время работы достаточно для достижения всеми частями оборудования установившихся значений температур.

Рис. 2.3.1. Разновидности графиков индивидуальных нагрузок:

а) — периодический; б) — цикличный, в) — нецикличный; г) — нерегулярный

2. Кратковременный номинальный режим такой, когда периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения. Температура нагрева частей оборудования не достигает установившихся значений, а при отключении происходит охлаждение до температуры окружающей среды.

3. Повторно-кратковременный номинальный режим (ПКР) — это режим, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки чередуются с периодами отключения, причем как рабочие периоды, так и паузы недостаточно длинны, и температура не достигает установившихся значений.

3.2. ПОТРЕБЛЕНИЕ ЭЕКТРОЭНЕРГИИ

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Электроприводом (ЭП) называется электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенного для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением. На рис. 2.3.2 показана структурная схема электропривода [17].

Электропривод является одним из основных потребителей электроэнергии. По оценкам специалистов, на электропривод приходится до 70 % всей потребляемой электроэнергии.

Электрическая энергия от источника питания через силовой преобразователь поступает на электродвигатель. Силовой преобразователь служит для получения электроэнергии требуемых для электродвигателя параметров и управления потоком этой энергии. Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую и передает ее через передаточное устройство на исполнительный орган рабочей машины. Передаточное устройство служит для согласования движения электродвигателя и исполнительного органа. Оно может быть механическим, например, редуктор, гидравлическим или электромагнитным, например, гидравлические или электромагнитные муфты.

На потребление электроэнергии электродвигателем влияет величина потерь энергии во всей структурной цепочке. Потери носят не только электрический, но и другой характер. Например, плохое качество масла в редукторе увеличивает потери механической энергии, что приводит к увеличению расхода электроэнергии. На потребление энергии влияют КПД не только электродвигателя, но и остальных элементов электропривода. Заменив один из элементов ЭП более энергоэффективным, можно снизить электропотребление. Можно получить экономию электроэнергии, если непосредственно соединить электродвигатель с исполнительным органом машины. Если перейти на питание от другого источника электроэнергии или заменить электродвигатель на другой, параметры которого соответствуют параметрам источника питания, то можно обойтись и без силового преобразователя, КПД электропривода при этом увеличится. Например, если электродвигатель с номинальным напряжением 6 кВ питался через понижающий трансформатор 10/6 кВ от секции распределительного устройства 10 кВ, то замена ЭД на электродвигатель с номинальным напряжением 10 кВ позволит избавиться от силового трансформатора, снизив потребление электроэнергии.

Основное условие эффективной работы электропривода — это соответствие электрической мощности двигателя и требуемой механической мощности. При недогрузке двигателя снижается его КПД и коэффициент мощности, при перегрузке двигатель перегревается и выходит из строя.

Годовое потребление электроэнергии электродвигателем во много раз превышает его стоимость, поэтому если электродвигатель не соответствует требуемой механической мощности и работает с большой недогрузкой, то его надо заменять двигателем меньшей мощности.

Если привод работает в длительных режимах без частых включений и отключений электродвигателя, то во многих случаях целесообразно заменить обычный двигатель на энергоэффективный. Такие двигатели имеют более широкие возможности работы в термически перегруженном состоянии, легче в обслуживании и потребляют на % меньше электроэнергии. Кроме того, они не шумят и менее требовательны к отклонениям напряжения. Такие двигатели особенно эффективны при нагрузке в 70 %, т. е. при наиболее распространенной нагрузке. Стоимость энергоэффективных электродвигателей на30 % выше, чем обычных, но их применение окупается.

Часто возникает необходимость в применении регулируемого электропривода. Это либо диктуется требованиями технологического процесса, например, если требуется изменить скорость ленты конвейерной

Рис. 2.3.2. Структурная схема электропривода

печи до оптимального значения, либо изменениями нагрузки, например у нагнетательного оборудования. Примерные значения экономии электроэнергии при замене нерегулируемого привода на регулируемый будут следующие: для насосов — 20 %, для воздуходувок и вентиляторов — 30 %, для компрессоров — 40 50 % и для вентиляционных систем — 50 %.

Наиболее широкое распространение получают системы, преобразующие сначала переменный ток в постоянный, затем постоянный ток — в переменный с регулируемой частотой. Управление частотой преобразователя чаще всего осуществляется по сигналу обратной связи от датчика (скорости, температуры, давления и др.).

В данной работе невозможно дать информацию по всем видам электроприводов, применяемых в про­мышленности и ЖКХ, поэтому приведем общие ме­роприятия по экономии электроэнергии при использо­вании электропривода.

Малозатратные мероприятия:

§ качественное техническое обслуживание всех элементов электропривода, наличие графика ППР и контроль за его соблюдением;

§ дисциплина труда, своевременное отключение электропривода, недопущение его длительной работы на холостом ходу;

§ применение таймеров холостого хода.

Среднезатратные мероприятия:

§ использование устройств мягкого пуска двигателя.

3.2.1. Асинхронные электродвигатели

Наиболее мощным потребителем электроэнергии на промышленных предприятиях являются электродвигатели, которые потребляют до 80 % всей вырабатываемой электроэнергии. Двигатели бывают переменного и постоянного тока. Двигатели переменного тока подразделяются на асинхронные и синхронные.

Асинхронные двигатели получили наибольшее распространение как наиболее простые, надежные и дешевые. Асинхронные двигатели (АД) бывают с фазным ротором и с короткозамкнутым ротором. АД с фазным двигателем сложнее и дороже АД с короткозамкнутым ротором, у них более низкий коэффициент мощности. АД с фазным ротором в режиме пуска работает, как обычный АД с короткозамкнутым ротором. В рабочем режиме АД с фазным ротором имеет свойства синхронного двигателя: регулируя ток возбуждения, можно регулировать , двигатель имеет КПД выше, чем у обычного АД на 0,6—3,5 %, он менее чувствителен к колебаниям напряжения питания, и его вращающий момент пропорционален напряжению питания, а не квадрату напряжения, как у обычного АД.

 

Таблица 2.3.1.

КПД и асинхронных трехфазных двигателей с короткозамкнутым ротором

Мощ­ность, кВт
при частоте вращения (синхронной), об/мин
0.6	—	0,74	—	—	—	0,76	—	—
	0,79	0,785	0,77	—	0,86	0,79	0,72	—
1.7	0,81	0,81	0,79	—	0,87	0,82	0,75	—
2,8	0,84	0,83	0,82	—	0,88	0,84	0,78	—
4,5	0,85	0,85	0,84	0,83	0,88	0,85	0,80	0,78
	0,87	0,87	0,86	0,85	0,89	0,86	0,81	0,78
	0,875	0,875	0,865	0,85	0,89	0,88	0,82	0,80
	0,875	0,88	0,87	0,87	0,89	0,88	0,83	0,81
	0,885	0,89	0,88	0,88	0,90	0,88	0,84	0,82
	0,89	0,90	0,89	0,89	0,90	0,88	0,85	0,83
	0,90	0,90	0,90	0, 90	0,91	0,89	0,86	0 84
	0,90	0,91	0,91	0,91	0,91	0,89	0,87	0,84
	0,91	0,915	0,92	—	0,91	0,89	0,87	—
	0,915	0,92	—	—	0,92	0,89	—	—

Электродвигатели закрытого и взрывозащищенного типов имеют меньший коэффициент мощности по сравнению с открытыми, поэтому их применение доли но быть обосновано.

В табл. 2.3.1 представлены КПД и коэффициент; мощности АД с короткозамкнутым ротором [31].

Электрические потери в двигателях можно разбить на следующие:

§ потери электроэнергии в обмотках двигателя. Они пропорциональны активному сопротивлению обмоток и квадрату тока нагрузки. Эти потери вызывают нагрев обмоток;

§ потери в стали (потери намагничения). Эти потери не зависят от нагрузки двигателя и зависят лишь от напряжения питания;

§ потери на рассеивание магнитного потока. Эти потери зависят от нагрузки;

§ потери на трение. Зависят от скорости вращения двигателя, но не зависят от нагрузки.

При снижении загрузки электродвигателей во: растает доля потребления реактивной мощности по отношению к активной, что приводит к уменьшению коэффициента мощности, КПД двигателя снижается.

Например, двигатель мощностью 5 кВт, имеющий KПД
80% при номинальной загрузке, при загрузке 50% снижает свой КПД до 55 %. Двигатель мощностью 150 кВт при тех же загрузках имеет КПД соответственно 90 и 65%, При загрузке асинхронного двигателя менее 45 % его целесообразно менять на другой двигатель с соответствующей номинальной мощностью. При загрузке более 70% замена двигателя нецелесообразна. При загрузке 45-70% требуется проводить экономический расчет целесообразности замены двигателя [23]. Если определить суммарные потери активной мощности электродвигателя и в системе электроснабжения до замены после замены , покажется, что < то замена электродвигателя будет целесообразна. Потери активной мощности можно подсчитать по формуле [17]:

(2.3.2)

где: — реактивная мощность, потребляемая электродвигателем на холостом ходу, кВар; — ток холостого хода электродвигателя, A; — номинальное напряжение двигателя. В; — коэффициент загрузки двигателя; — номинальная мощность двигателя, кВт; Р — средняя мощность загрузки двигателя, кВт; — прирост активной мощности в двигателе при 100 %-ной нагрузке, кВт;

-- реактивная мощность двигателя при номинальной нагрузке, кВар; г], — КПД двигателя при полной нагрузке; — номинальный коэффициент реактивной мощности двигателя; — коэффициент изменения потерь, кВт/квар; — активные потери холостого хода двигателя, кВт:

(2.3.3)

Где – расчетный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя, его можно найти из выражения:

(2.3.4)

 

где: — потери холостого хода активной мощности, потребляемой двигателем при загрузке 100 % (в процентах).

Коэффициент мощности асинхронного двигателя также снижается при неполной нагрузке: при номинальной нагрузке = 0,85, при 50 %-ной нагрузке— 0,74 и при нагрузке 25% — 0,56. По табл. 2.3.2 [31] можно определить значение при неполной нагрузке, если известно значение при номинальной нагрузке.

Таблица 2.3.2

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: