Тема 3 Выбор рациональных режимов работы и эксплуатации технологических установок и их электроприводов
Л8 Рациональные способы регулирования скорости в зависимости от характера изменения нагрузки. Исключение режимов холостого хода. Снижение напряжения на зажимах двигателя. Использование синхронных машин как компенсаторов реактивной мощности. Использование аккумуляторов энергии.
ВЫБОР СПОСОБА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ПРИ ПОСТОЯННОЙ НАГРУЗКЕ
Регулирование при постоянном моменте (изменение напряжения на якоре ДПТ или статоре СД, изменение сопротивления в роторе АД или якоре ДПТ, в вентильном двигателе)
Обеспечивает регулирование скорости вниз от номинальной, т.е. н= max
Мн=Мс Pн=Mн н=Mс max=Pсmax
Номинальная мощность двигателя
равна максимально возможной, на всех скоростях двигатель загружен
полностью и работает в нормальном тепловом режиме
Регулирование при постоянной мощности
(ослабление Ф в ДПТ, изменение р в АД, в некоторых каскадных схемах)
Регулирование скорости вверх от номинальной,
н= min
MPн Pс max
нн min
Pс max =Mс max
Mс max M с Dmin
Номинальный момент должен в D раз превосходить момент нагрузки. Двигатель загружен полностью только на max при номинальном токе и минимальном потоке. При меньших скоростях поток
увеличивается, ток в якоре уменьшается и
двигатель оказывается недоиспользуемым по условиям нагрева. Завышен габарит двигателя,
определяемый номинальным моментом.
ВЫБОР СПОСОБА РЕГУЛИРВАНИЯ СКОРОСТИ ПРИ ПОСТОЯННОЙ СТАТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ
Регулирование скорости при постоянном |
Регулирование скорости при постоянной |
|||||||||||||
моменте возможно только вниз от |
||||||||||||||
мощности обеспечивает регулирование |
||||||||||||||
номинальной, т.е. н= max. Максимальный |
||||||||||||||
скорости вверх от номинальной, н= min |
||||||||||||||
момент двигателя, на который он должен |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
быть выбран при Pс = const, соответствует |
|
|
Mн |
Pс |
|
|
Pс |
|
||||||
минимальной скорости |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
min |
|
н |
||||||||
Mсmax |
Pc |
Mн |
|
|
|
|
|
|
||||||
min |
|
номинальная мощность |
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
номинальная мощность двигателя |
|
P M |
|
|
|
Pн н P |
||||||||
|
P |
max Pс D |
|
н |
|
н |
|
н |
|
|
|
с |
||
Pн Mн н с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
||||
|
min |
|
равна мощности нагрузки |
|||||||||||
должна быть в D раз больше мощности нагрузки Pс |
||||||||||||||
при работе двигателя на всех скоростях, кроме минимальной, он будет недогружен и недоиспользован по нагреву
Двигатель загружен полностью на всех скоростях и будет работать в нормальном тепловом режиме
для правильного выбора двигателя необходимо, чтобы способ регулирования его скорости по показателю допустимой нагрузки соответствовал зависимости нагрузки от скорости. При нагрузке вида Мс = const целесообразно использование способов регулирования при постоянном моменте, а при Pс = const – при постоянной мощности
ПОВЫШЕНИЕ ЗАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. ИСКЛЮЧЕНИЕ РЕЖИМА ХОЛОСТОГО ХОДА
При коэффициенте нагрузки, чем 0,4...0,5, необходима замена на двигатель меньшей мощности. Если (0,4...0,5) kЗ (0,7...0,75), целесообразность замены должна быть подтверждена уменьшением суммарных потерь энергии в двигателе и сети
Режим холостого хода приводит к необоснованному потреблению активной
энергии
W = Pх tх
увеличиваются потери энергии при передаче излишней реактивной мощности
При расчете экономического эффекта от замены незагруженных двигателей необходимо знать суммарные потери активной мощности
P Qх 1 kз2 kз2Qн kэ Pх kз2 Pн
Qх= |
|
UнIх |
реактивная мощность, потребляемая электродвигателем из сети |
|
3 |
||||
при холостом ходе |
||||
|
|
|
kз |
Pср |
коэффициент загрузки электродвигателя |
|
Pн |
|||
|
|
Qн Pн tg н |
|
реактивная мощность электродвигателя при номинальной нагрузке |
|||||
|
н |
|
|
|
|
|
|
Pх Pн |
1 |
н |
|
|
kр |
|
|
н |
1 kр |
||||||
|
|
|
|
|
|
потери активной мощности при холостом ходе двигателя |
|
Экономия энергии за счет ограничения времени холостого хода двигателей
В целях энергосбережения может быть выполнено отключение двигателя от сети на время х.х.
Основанием является сопоставление потерь на х.х. с потерями при новом включении двигателя в работу. Если потери энергии при пуске меньше потерь за время х.х., то отключение обеспечит энергосбережение.
Равенство потерь энергии при работе на х.х. и при пуске
Кн -коэффициент, учитывающий нагрузку двигателя при расчете потерь энергии при пуске
Время пуска двигателя при холостом ходе
Граничное время работы двигателя на холостом ходу
При пренебрежении моментом нагрузки Мхх ввиду его малости по сравнению с Мср формула упрощается
СНИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА ЗАЖИМАХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
При невозможности замены малозагруженных двигателей следует проверить целесообразность снижения напряжения на его зажимах.
Это приводит к уменьшению потребления реактивной мощности (за счет снижения тока намагничивания) и повышению cos .
Уменьшаются потери активной мощности, т.е. увеличивается КПД двигателя.
Методы снижения напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей
-переключение статорной обмотки с "треугольника" на "звезду";
-секционирование статорных обмоток;
-понижение напряжения в силовых цепях предприятий переключением ответвлений понижающих трансформаторов;
-применение регулируемого электропривода по схеме ТРН-АД
Переключение статорной обмотки АД с "треугольника" на "звезду"
рекомендуется для двигателей напряжением до 1000 В, загруженных менее чем на 30%.
cos Y |
2 |
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
cos |
1,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,8 |
|
|
|
|
|
cos н |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0,78 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
0,82 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
0,86 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,9 |
|
|
|
|
|
|
||
|
1,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
k з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Величина момента, развиваемого асинхронным двигателем, пропорциональна квадрату напряжения питающей сети.
При переключении обмоток вследствие снижения момента необходимо производить проверку по перегрузочной способности и величине пускового момента.
Секционирование рекомендуется, если невозможно воспользоваться переключением статорной обмотки. Если двигатели изготовлены с параллельными ветвями в статорной обмотке, то секционирование осуществляют путем перепайки лобовых соединений обмотки. Если обмотка выполнена одиночным проводом, то переключение секций возможно капитальном ремонте.
Переключение ответвлений понижающего трансформатора эффективно, если трансформатор не питает одновременно другие приемники, которые не допускают снижения напряжения на их зажимах.
При снижении напряжения питающей сети возрастают потери в самой сети. А в трансформаторах суммарные потери активной мощности при изменении напряжения в большинстве случаев не меняются.
Снижение напряжения влияет на тепловой режим асинхронных двигателей. Снижение напряжения на 10% приводит к росту перегрева двигателя также на 10%.
При загрузке двигателя на 90% допустимо снижать напряжение на 13%, а при kЗ = 0,8 – напряжение можно снижать на 22% без опасности перегрева свыше допустимого.
Применение ТРН позволяет снизить электропотребление недогруженного асинхронного двигателя при работе в зоне номинальной скорости, обеспечив его работу на регулировочной U1 < Uн, а не на естественной характеристике
Электромагнитные потери в двигателе
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р=V1+ V2+ Kс1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При работе на естественной характеристике |
Мс |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
c |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V1 [A (1 A) c ]V1н ; |
Мн |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V 2V |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 с |
2н |
А 0 н 2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kс1 [B (1 B) c2 ]Kс1н , |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В – конструктивный коэффициент |
|||
|
|
При работе на регулировочной характеристике |
|
|
||||||||||||||
V 1,1 |
A |
|
sн |
(1 |
A) |
|
s |
V |
; |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
1 |
|
с |
|
|
s |
|
|
|
|
|
1н |
увеличиваются потери V2, уменьшаются |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
sн |
||||||||||
|
|
|
s |
|
|
|
|
|
|
|
потери V1 и Kс1, но их перераспределение |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
таково, что Р при работе на регулировочной |
|||||||||
V2 1,1 с sн V2н ; |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
характеристике меньше, чем на естественной |
||||||||||||
Kс1 |
c[B |
s |
(1 B) |
|
s |
]Kс1н. |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
sн |
|
sн |
|
|
|
|
||||||||
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ КАК КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Синхронная машина за счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в сеть. В этом случае СД работает с опережающим cos
I 1р I 1
I 1а Uф
I1р I1
I1 cos = 3 UФ I1а
При P1 = const I1а = const. Поэтому при увеличении Iв конец вектора полного тока I1 будет перемещаться вверх по штриховой вертикальной линии. При Iв, близком к номинальному, реактивная составляющая станет равной нулю. Этому будет соответствовать точка минимума кривых токов I1(Iв) и cos =1.
При дальнейшем увеличении Iв (перевозбуждение СД) вновь появится реактивная составляющая, опережающая напряжение на 90°. Ток статора I'1 также будет опережать напряжение и СД будет работать с опережающим cos , отдавая реактивную энергию в сеть.