3.3.2. Енергозберігаючі електродвигуни

В енергозберігаючих двигунах за рахунок збільшення маси активних матеріалів (заліза й міді) підвищені номінальні значення ККД й cos. Енергозберігаючі двигуни використаються, наприклад, у США і дають ефект при постійному навантаженні. Доцільність застосування енергозберігаючих двигунів повинна оцінюватися з урахуванням додаткових витрат, оскільки невелике (до 5%) підвищення номінальних ККД й cos досягається за рахунок збільшення маси заліза на 30-35%, міді на 20-25%, алюмінію на 10-15%, тобто подорожчання двигуна на 30-40%.

Орієнтовні залежності ККД і cos ( від номінальної потужності для звичайних та енергозберігаючих двигунів фірми Гоулд (США) наведені на рис. 3.1

Підвищення ККД енергозберігаючих електродвигунів досягається такими змінами в конструкції:

подовжуються сердечники, що їх збирають із окремих пластин електротехнічної сталі з малими втратами. Такі сердечники зменшують магнітну індукцію, тобто втрати в сталі.

зменшуються втрати в міді за рахунок максимального використання пазів і використання провідників підвищеного перетину в статорі й роторі.

додаткові втрати зводяться до мінімуму за рахунок ретельного вибору числа й геометрії зубців і пазів.

виділяється при роботі менше тепла, що дозволяє зменшити потужність і розміри охолоджувального вентилятора, що призводить до зменшення вентиляторних втрат, а отже, зменшення загальних втрат потужності.

Порівнювальна оцінка параметрів енергозберігаючих та звичайних двигунів показана на рис. 3.1

Рис. 3.1

Електродвигуни з підвищеним ККД забезпечують зменшення витрат на електроенергію за рахунок скорочення втрат в електродвигуні.

Проведені випробування трьох «енергозберігаючих» електродвигунів показали, що при повнім навантаженні отримана економія склала: 3,3% для електродвигуна 3 кВт, 6% для електродвигуна 7,5 кВт й 4,5% для електродвигуна 22 кВт.

Економія при повнім навантаженні приблизно становить 0,45 кВт, що при вартості енергії 0,06 долара/кВтгод становить 0,027 долара/год. Це еквівалентно 6% експлуатаційних витрат електродвигуна.

Ціна звичайного електродвигуна 7,5 кВт, як наведено у прайс-листах, становить 171 долар США, тоді як вартість електродвигуна з підвищеним ККД - 296 доларів США (надбавка до ціни - 125 доларів США). З наведеної таблиці видно, що період окупності для електродвигуна з підвищеним ККД, розрахований на основі маргінальних витрат, становить приблизно 5000 годин, що еквівалентно 6,8 місяців роботи електродвигуна при номінальному навантаженні. При менших навантаженнях період окупності буде трохи більше.

Ефективність використання енергозберігаючих двигунів буде тим вища, чим більше завантаження двигуна й чим ближче режим роботи його до постійного навантаження.

Застосування й заміна двигунів на енергозберігаючі повинна оцінюватися з урахуванням всіх додаткових витрат і строків їхньої експлуатації.

3.3.3. Усунення проміжних передач

Електрична енергія доступна на фіксованій частоті 50 Гц, а механічна потрібна в широкому спектрі швидкостей.

Так, у двигунів змінного струму можливий лише ряд швидкостей: 3000, 1500, 1000 об/хв і т.д.

Орієнтовні значення ККД елементів привода становлять:

перетворювач - (менші значення для малих швидкостей обертання, більші для більш високих швидкостей);

двигун - (менші значення для мікромашин, більші– для машин підвищеної потужності);

механічний регулятор ;

муфта ;

редуктор ;

робочий механізм (для приводного барабана стрічкового конвеєра).

Схема електропривода зображена на рис. 3.3

Рис. 3.3

Коефіцієнт корисної дії системи електропривода

,

де i- кількість сполучних муфт.

Підстановка у формулу усереднених значень ККД для привода з електродвигуном потужністю 10-100 кВт дає значення ККД у діапазоні (=0, 65-0,75. При цьому в середньому від семи до десяти відсотків потужності втрачається в механічних передачах. Таким чином, усунення механічних передач приводить до істотного підвищення ККД системи (на 7-10%), що є однією з основних тенденцій розвитку електропривода, а в перспективі - поеднання електродвигуна й робочого органа.

За способом передачі механічної енергії від вала двигуна до робочого механізму електропривод поділяють на три групи.

У груповому приводі кілька робочих машин приводяться в рух через передачі одним двигуном. Двигун вибирається з максимального навантаження сполучених операцій, що пов'язано з нераціональною витратою енергії при допоміжних операціях та втратами в передачах.

У багатодвигуновому приводі (приводний барабан конвеєра і т. ін.) виникає необхідність вирівнювання навантаження окремих двигунів.

Види електроприводів за способом передачі енергії показано на рис. 3.4

Рис. 3.4

Впровадження однодвигунового привода крім зниження енергоємності виробництва за рахунок усунення проміжних передач і кращого використання встановленої потужності привода дозволяє підвищити надійність виконання технологічних процесів, знизити травматизм, поліпшити умови праці.

Сполучні муфти в електроприводі бувають наступних типів. Механічні муфти в основному виконуються кулачкового типу з механічним з'єднанням напівмуфт.

З’єднувальні муфти.

По виду з’єднання: постійні, зчіпне керування, самокеровані.

По виду керування: механічні, гідравлічні або пневматичні, електромагнітні фрикційні, індукційні.

Гідравлічні або пневматичні муфти для передачі моменту від електродвигуна до приводного устаткування використовують диски. Регулювання швидкості здійснюється шляхом зміни ковзання між дисками, причому втрати зростають при зниженні частоти обертання. Стискання дисків здійснюється за допомогою гідравлічного або пневматичного циліндра.

Електромагнітні муфти також використовують фрикційний спосіб передачі механічного моменту, де стискання поверхонь тертя здійснюється вбудованим у муфту електромагнітом. Їх ККД трохи нижче гідравлічних/пневматичних.

Механічні передачі.

Передачі тертям: фрикційні, ремінні.

Передачі з зачепленням: зубчаті та черв’ячні, ланцюгові.

Позитивним чинником при використанні цих пристроїв є великий термін служби й висока надійність роботи. Основним їх недоліком є зниження ККД при низьких швидкостях.

З передач тертям найпоширенішими є пасові передачі. Навантаження в них передається силами тертя, що виникають між шківами й ременем внаслідок натягу останнього.

За формою поперечного перерізу ременя передачі поділяються на плоскоремінні, клиноремінні й круглоремінні. Останні застосовують тільки для малих потужностей, зокрема в машинах домашнього побуту.

Передачі виконують із постійним або змінним (регульованим) передатним відношенням, регулювання може бути ступінчатим і безступінчатим. Ступінчате регулювання виконується в коробках швидкостей із зубчатими колісьми, у пасових передачах зі ступінчастими шківами й т.п. Безступінчасте регулювання здійснюється за допомогою фрикційних, ланцюгових і ремінних варіантів.

Значення ККД передач:

0,8 - 0,92 - одноступінчаста фрикційна передача;

0,85 - 0,96 - пасова передача;

0,94 - 0,98 - одноступінчаста зубчаста передача;

0,7 - 0,92 - одноступінчаста черв'ячна передача;

0,9 - 0,92 - зубчаста передача.