Оптимизация режимов работы электрооборудования

Эффективность использования электрооборудования оценивает­ся по суммарным затратам на единицу наработки и зависит от мно­гих факторов. Большое влияние оказывает мощность нагрузки эле­ктрооборудования. Актуальность правильного выбора нагрузки возрастает в связи с широким применением автоматизированных электроприводов в производстве.

Для электроприводов зависимость критерия эффективности от нагрузки имеет сложный нелинейный характер. При малой нагрузке, т.е. при использовании, например, двигателя завы­шенной мощности, электропривод имеет низкие значения КПД и . Увеличение нагрузки приводит к улучшению энергетиче­ских показателей, но при этом возникают отрицательные по­следствия - перегрев и снижение надежности двигателя. Лишь при оптимальной мощности нагрузки суммарные затраты до­стигают наименьшего значения, а эффективность эксплуатации электропривода будет наивысшей. В соответствии с повсемест­ным применением двигателей даже незначительные погрешнос­ти выбора их нагрузки приводят к большому народнохозяйст­венному ущербу.

Задача обоснования оптимальной нагрузки электрооборудо­вания состоит в том, чтобы выявить и сравнить положительные и негативные последствия, т. е. конкурирующие эффекты, воз­никающие при увеличении нагрузки, и выбрать такую мощность нагрузки, при которой достигается наилучшее значение крите­рия эффективности эксплуатации. В частном случае таким кри­терием служат суммарные потери двигателя.

Оптимизация нагрузки двигателя по суммарным потерям. В теории электрических машин установлено, что суммарные поте­ри двигателя имеют наименьшее значение при коэффициенте нагрузки , равном корню квадратному из отношения потерь двигателя:

где , – потери холостого хода (постоянные) и короткого за­мыкания (переменные), о. е.

Полученный по (4.2) результат - итог решения частной зада­чи, в которой не приняты во внимание потери в системе элект­роснабжения. С целью более точного учета реальных факторов объектом изучения при оптимизации нагрузки должен быть не только двигатель, но и система. Комплексный учет ха­рактеристик двигателя и системы электроснабжения выполняют по выражению оптимальной нагрузки:

где – коэффициент увеличения потерь за счет системы электро­снабжения ( =1,1…1,2); – эквивалент реактивной мощности, показывающий зна­чение активных потерь в сетях от каждого кВАр реактивной мощности двигателя ( =0,12...0,18 кВт/кВАр); , – реактивные мощности холостого хода (намагничи­вания) и короткого замыкания (рассеивания), о.е.

Реактивная мощность намагничивания двигателя больше его мощности рассеивания и поэтому всегда > – Оптимальная нагрузка по критерию минимума потерь в системе все­гда больше нагрузки, оптимизирующей лишь КПД двигателя. Расчеты выявляют заметное отличие результатов оптимизации по разным критериям ( =0,7...0,8; =0,80...0,95) и подтвержда­ют, что полный учет реальных факторов эксплуатации позволя­ет уточнить итоги оптимизации.

Вместе с тем следует отметить высокую устойчивость энерге­тических свойств асинхронных двигателей при изменении их нагрузки. Отступления от оптимума в пределах ±30% приводят к увеличению потерь не более чем на 7% от минимального уровня. Лишь при уменьшении нагрузки ниже 40% наблюдается интен­сивное снижение КПД. Для кардинального уменьшения потерь энергии, обусловленных электроприводами, важно не только правильно выбирать загрузку при эксплуатации двигателей, но и увеличивать номинальный КПД на стадии их разработки и внедрять компенсацию реактивной мощности. Способы сниже­ния потерь эффективны для низковольтных приводов в связи с низким КПД системы электроснабже­ния из-за большой ее протяженности и четырех-шестикратной трансформации электроэнергии.