9.6 Энергосбережение средствами электропривода

Свыше 70% электроэнергии, потребляемой электроприводом в развитых странах, и выполнение электроприводом практически всех технологических процессов, связанных с движением, делают особенно актуальной проблему энергосбережения в электроприводе и средствами электропривода. Можно отметить основные направления решения этой проблемы.

1. Повышение к.п.д асинхронных электродвигателей в нерегулируемом электроприводе за счет применения высокоэффективных материалов при их изготовлении.

2. Правильный выбор двигателя по мощности для конкретного технологического процесса, обеспечивающий высокие энергетические показатели – номинальные к.п.д. и коэффициент мощности.

3. Переход к регулируемому электроприводу с управлением по всем координатам технологического процесса. Выбор рациональных в конкретных условиях типов электропривода и способов управления, обеспечивающих минимизацию потерь в силовой части, является важным элементом энергосбережения.

4. Применение систем электропривода, обеспечивающих возврат энергии потерь в переходных режимах, в широком спектре мощностей производственных механизмов.

Ожидается, как указано в [3], что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому в технологиях, где это требуется, может сэкономить до 25-30% электроэнергии. В одной из технологий горной промышленности (в воздухоснабжении) переход к регулируемому электроприводу, как показал опыт, экономит до 50% электроэнергии и до 10% тепла.

10. Выбор мощности электродвигателя

10.1 Постановка задачи выбора мощности электропривода

Выбор двигателя – один из ответственных этапов проектирования привода, так как двигатель осуществляет электромеханическое преобразование энергии и в значительной мере определяет технические и экономические качества привода в целом.

Для проектируемого электропривода выбор двигателя включает:

- выбор конструкции (исполнения) по условиям эксплуатации;

- выбор двигателя по скорости рабочей машины;

- выбор двигателя по мощности.

Правильный выбор мощности двигателя обеспечивает надежную и экономичную работу производственного механизма. Выбранная мощность должна соответствовать рассчитанной нагрузке. При любом графике нагрузки электродвигатель должен удовлетворять следующим основным требованиям:

1) перегрев двигателя не должен превышать значений, установленных ГОСТ на электрические машины;

2) двигатель должен сообщить рабочей машине необходимую скорость вращения;

3) при соответствующей скорости вращения двигатель должен развить момент, требуемый механизмом.

Наибольшая допустимая температура нагрева двигателя ограничивается термической стойкостью его изоляции, которая является самым ответственным элементом электрической машины, определяющим срок ее службы. Номинальные значения мощности, напряжения, тока силовой цепи и скорости соответствуют номинальной нагрузке на валу двигателя, при которой двигатель, работая в номинальном режиме при температуре окружающей среды +40°С, нагревается до допустимой температуры. Превышение температуры нагрева двигателя над температурой окружающей среды, принятое ГОСТ, рассчитывается для проверки выбранной мощности по нагреву и классу изоляции.

Для электропривода многих механизмов необходимо обеспечить минимальное время разгона и торможения. Это условие может быть выполнено при правильном выборе так называемого оптимального передаточного числа редуктора между электродвигателем и механизмом.

Основными исходными данными для определения требуемой мощности двигателя являются моменты, которые должны быть приложены к валу механизма, скорости и ускорения рабочего органа механизма. Эти величины должны быть известны из требований технологического процесса.

Задача выбора мощности двигателя осложняется тем, что в динамическом режиме момент, развиваемый двигателем, отличается от момента статической нагрузки на величину динамического момента. В связи с этим, в тех случаях, когда динамические режимы играют заметную роль, задача решается в два этапа: предварительный выбор двигателя и его проверка по перегрузочной способности и по нагреву. В частном случае, когда двигатель работает преимущественно в установившихся режимах (M=M_c), выбор двигателя может быть проведен непосредственно по требуемым М_с и w.

Таким образом, для выбора мощности электродвигателя необходимо знать его нагрузку как в установившихся, так и в переходных режимах. Для этого рассчитываются, или строятся на основании экспериментальных данных, так называемые нагрузочные диаграммы – зависимость момента на валу двигателя, мощности или тока якоря (ротора) в функции времени.

Проверка электродвигателя на перегрузку заключается в определении его потребного номинального момента или тока из условия допустимой перегрузки по моменту или току:

М_н ≥ М_макс/λ_м ; I_н ≥ I_макс/λ_i , (10.1)

где М_макс – максимальный момент, который должен развить электродвигатель в соответствии с его нагрузочной диаграммой; I_макс – максимальный ток, протекающий в электродвигателе и определяемый из диаграммы I=f(t); λ_м и λ_i – коэффициенты перегрузочной способности электродвигателя по моменту и току. Величины λ_м и λ_i принимаются по каталожным данным предварительно выбранного двигателя.

Перегрузочная способность асинхронных двигателей ограничена величиной критического момента М_К. Так как величина момента этих двигателей пропорциональна квадрату напряжения сети, то при проверке двигателей на перегрузку следует принимать в расчетах 0.8λ_м, учитывая возможное снижение напряжения сети до 0.9U_н..