Способы уменьшения потерь энергии в ЭП

При проектировании и эксплуатации разного рода электроприводов необходимо учитывать потребление и потери электроэнергии, влияние ЭП на сеть и другие электроприемники. Оценка этих свойств осуществляется с помощью так называемых энергетических показателей: коэффициента полезного действия, коэффициента мощности, потерь мощности и энергии.

Потери мощности и энергии в ЭП складываются из потерь в электродвигателе, механической передаче, преобразователе, системы управления, однако основными являются потери в электродвигателе, которым и уделяется основное внимание.

С целью уменьшения потерь энергии в период пуска или торможения двигатели к рабочим машинам подбирают таким образом, чтобы приведенный момент инерции привода при одной и той же скорости был наименьшим. Это реализуется за счет применения малогабаритных двигателей, имеющих пониженный J (двигатели с повышенным отношением длинны якоря к его диаметру, с полым или дисковым якорем). Целесообразно использование двух двигателей половинной мощности. Расчеты показывают; что ∑J двух двигателей половинной мощности оказывается меньше момента инерции одного двигателя на полную мощность. Например, два двигателя типа 4АН200 мощностью по 45 кВт имеющий суммарный момент инерции 2*1,38=2,76 кг*м². Двигатель 4АН250 мощностью 90 кВт на ту же скорость имеет j=3,53 кг*м², т.е. почти на 30% больше.

Другой способ уменьшения потерь ЭП – регулирование скорости идеального холостого хода, что хорошо реализуется в ступенчатом пуске ЭП (для АД – регулирование частоты вращения с помощью частоты питающего тока или числа пар полюсов; для ДПТ – регулирование частоты вращения с помощью напряжения).

При ступенчатом пуске отмечается снижение потерь электрической энергии в 2 раза.

За счет изменения в переходном процессе w₀ снижаются потери энергии в роторе АД. Уменьшение потерь энергии в роторе вызовет и снижение потерь в статоре и полных потерь в АД. Приведенный момент инерции ЭП зависит не только от момента инерции двигателя или рабочей машины, но и от передачи отношения между ними. Для уменьшение потерь энергии при пуске, передаточное отношение – i следует выбирать исходя из получения минимального приведенного момента инерции ЭП и проверять экономическим расчетом.

КПД ЭП

В общем случае, когда ЭП работает с различными скоростями и нагрузками на валу

, (13)

где А_пол, А_потр – полезная и потребляемая энергия,

∆А – потери энергии в ЭП,

Р_полi – полезная механическая мощность ЭП на i-ом участке цикла,

∆Р – потери мощности в ЭП на i-ом участке цикла,

n – число участков работы ЭП.

Такой КПД называют цикловым или средневзвешенным.

Если ЭП работает в неизменном режиме с постоянной мощностью

. (14)

КПД ЭП, как электромеханическая система определяется произведением преобразователя, управляющего устройства, электродвигателя и механической передачи η_эп=η_п*η_уу*η_эд*η_мп.

Наиболее значимой величиной является КПД двигателя, который растет с увеличением мощности и частоты вращения (рисунок 2).

		Рисунок 2 – Зависимость номинального КПД от номинальной мощности АД

КПД зависит также от развиваемой им полезной механической мощности на валу (рисунок 3).

Способы повышения КПД:

- ограничение времени работы на холостом ходу;

- обеспечение нагрузки близкой к номинальной (в том числе путем замены малонагруженного двигателя на двигатель меньшей мощности (должно быть экономически обоснованно));

- выбор высокочастотных электродвигателей.

		Рисунок 3 – Зависимость КПД двигателя от кратности нагрузки

Cos ЭП. ЭП, подключаемый к сети переменного тока, потребляют активную Р и реактивную Q мощность. Активная мощность расходуется на осуществление электроприводом полезной работы и покрытие потерь в нем, а реактивная мощность обеспечивает создание электромагнитного поля двигателя и непосредственно полезной работы не производит.

Работа ЭП, как и любого другого потребителя характеризуется коэффициентом мощности

сos = , (15)

где S – полная мощность.

Если Q не потребляется, то сos =1 (т.к. сдвиг фаз =0). Потребляя Q ЭП дополнительно загружает систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии, поэтому cos должен стремится к единице. Достаточно часто, коэффициент мощности повышают компенсацией реактивной мощности статическими конденсаторами (в данном случае реактивная мощность для создания электромагнитного поля осуществляется от конденсаторов, расположенных непосредственно у АД).

Значение коэффициента мощности в значительной степени зависит от мощности, частоты вращения и загрузки электродвигателя (рисунок 4,5).

Таким образом, основными мероприятиями по повышению cos являются

- естественные:

1) выбор двигателя в строгом соответствии с потребляемой мощностью рабочей машины;

2) выбор высокоскоростных двигателей;

3) при эксплуатации, уменьшение времени холостого хода;

- искусственные:

1) использование статических конденсаторов и синхронных компенсаторов.

		Рисунок 4 – Зависимость коэффициента мощности от мощности и частоты вращения электродвигателя

Рисунок 5 – Зависимость коэффициента мощности от загрузки электродвигателя

Лекция 4