Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Красник В.В. Повышение надежности и экономичности работы электрооборудования на предприятиях легкой промышленности

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
11.92 Mб
Скачать

то параметры его обмотки изменяются следующим образом: число полюсов уменьшается и, следовательно, во столько же раз умень­ шается и число витков в фазе; при этом возрастает и магнитный поток в сердечнике статора.

Иногда во избежание чрезмерного роста магнитного потока приходится снижать число витков в обмотке, а спинку статора увеличивать.

При возрастании скорости вращения вала электродвигателя мощность его повышается примерно во столько же раз, во сколько увеличивается и скорость, что потребует увеличения сечения про­ вода. Это объясняется тем, что ток статора при постоянном на­ пряжении сети с увеличением мощности электродвигателя воз­

растает.

Если

coscp электродвигателя в этом

случае уменьшится,

то его к.

п. д.

увеличится. Возрастание к. п.

д. электродвигателя

объясняется снижением потерь активной мощности в стали и об­ мотках электродвигателя вследствие уменьшения плотности тока. Плотность тока в роторе уменьшается из-за увеличения магнит­ ного потока, а в статоре — из-за увеличения сечения обмотки фазы.

При перемотке обмотки электродвигателя для его работы при новом числе оборотов ротора расчет параметров обмотки произ­ водят следующим образом:

изменяют число полюсов машины, а именно — при переходе на повышенную скорость число полюсов уменьшают, а на пони­ женную — увеличивают;

соответственно изменяют и число витков в фазе, но при пере­ ходе на повышенную скорость вращения ротора необходимо про­ верить, чтобы величина магнитной индукции не превышала допу­ стимого значения. Желательно, чтобы магнитная индукция в зуб­ цах статора не превышала 11 000+13000 гс;

рассчитывают новое число эффективных проводов NK в пазе, которое изменяется обратно пропорционально новому числу обо­ ротов электродвигателя пн:

определяют новую мощность на валу электродвигателя Ргп, ве­ личина которой изменяется примерно пропорционально новому числу оборотов:

Р 2 н - Р 2 с - ^ [кВт];

определяют размер нового провода в пазе, величина которого изменяется обратно пропорционально новому числу эффективных проводов:

5 h =

S c ^ [ M M 2

] .

 

Поскольку

с

изменением числа

полюсов машины изменяется

и число пазов

на

полюс

и фазу, то

при пересчете параметров об-

30

мотки необходимо проверять соотношение пазов статора и

ротора.

В противном случае при неудачном соотношении числа

пазов

в статоре и роторе электродвигатель может выйти из строя. Во из­ бежание этого при пересчете обмотки электродвигателя на новые параметры необходимо руководствоваться следующими прави­ лами:

число пазов статора и ротора не должно быть равно или кратно друг другу;

число пазов ротора не должно делиться на утроенное число полюсов;

число пазов статора и ротора не должно отличаться друг от друга на число пар полюсов или число полюсов;

если число пазов ротора близко к половине числа пазов ста­ тора, то оно не должно отличаться от этой половины на число пар полюсов;

если число пазов ротора близко к удвоенному числу пазов ста­ тора, то оно не должно отличаться от этого удвоенного числа на число пар полюсов;

число пазов ротора, увеличенное или уменьшенное на единицу, не должно делиться на число пар полюсов;

число пазов ротора должно удовлетворять следующим нера­ венствам:

z 2 ^ 2 p - 3 i + 2p;

ггф2р.Ы + (2р ± 1),

где — число полюсов в машине.

И, наконец, могут быть случаи, когда перемотка обмотки элек­ тродвигателя связана с ее заменой при сохранении паспортных данных машины. Расчет обмотки в этом случае ведут по обще­ известному методу. Удовлетворительной считается перемотка об­ мотки электродвигателя, если его новая номинальная мощность и энергетические показатели имеют отклонения от первоначальных значений не более 10%.

Глава II

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ cos Ф И К. П. Д.

НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Помимо увеличения коэффициента мощности и к. п. д. обору­ дования, необходимо обеспечить надежность, простоту эксплуата­ ции и уменьшение затрат на оборудование и его эксплуатацию.

Не касаясь общеизвестных и необходимых на производстве естественных способов улучшения энергетических показателей электроустановок, рассмотрим специальные мероприятия по их по­ вышению. Одни из этих мероприятий заключаются в изъятии из-

быточной мощности у недогруженного электрооборудования, а другие — в создании источников реактивной мощности на местах установки потребителей электрической энергии, т. е. в компенса­ ции реактивных нагрузок электроприемников в результате при­ менения компенсирующих устройств.

Ниже приводится оценка эффективности данных мероприятий по повышению энергетических показателей в электроустановках предприятий легкой промышленности.

1. Замена недогруженных асинхронных электродвигателей на электродвигатели меньшей мощности

Нельзя согласиться с мнением ряда специалистов о том, что для повышения coscp электродвигателей заведомо завышенной мощности их всегда следует заменять двигателями меньшей мощ­ ности. Такая замена является не всегда целесообразной и эко­ номически оправданной, а иногда по условиям технологического процесса и невозможной. Об этом, в частности, упоминается в спе­ циальной инструкции по вопросу замены недогруженных асин­ хронных двигателей. Однако в этой инструкции не приводится рас­ чет рентабельности такой замены. Дело в том, что при изъятии избыточной мощности у недогруженного электродвигателя может уменьшиться его к. п. д. В этом случае, хотя потери активной мощности в распределительной электросети предприятия и сни­ зятся в результате повышения cos ф, с другой стороны, могут увеличиться потери активной мощности в самом электродвигателе. Если рост потерь в электродвигателе будет превышать их сниже­ ние в сети предприятия, то замена недогруженного электродвига­ теля нецелесообразна.

Следовательно, чтобы решить вопрос об изъятии избыточной мощности у недогруженных асинхронных электродвигателей, при прочих равных условиях необходимо в каждом отдельном случае проводить анализ экономической и технической целесообразности их замены с учетом загрузок на валу электродвигателя, нагрузки питающего трансформатора, потерь напряжения в распредели­ тельной сети предприятия и особенностей технологического про­ цесса данного производства.

Ниже приведен упрощенный метод расчета замены недогру­ женных асинхронных электродвигателей. В этом расчете сделаны следующие допустимые приближения: активная мощность, потреб­ ляемая электродвигателями при их замене, и напряжение питаю-,

гщей сети предприятия остаются без изменения.

ЕСЛИ ПОВЫСИТЬ КОЭффиЦИеНТ МОЩНОСТИ С COS фі ДО COS ф2, то

потери активной мощности в цепи, питающей электродвигатель, уменьшатся на величину, равную:

Лр = 3 / Ї Я - 3 / І Я = 3 / ? # ( 1-4)

[кВт].

(32)

Так как значения токов до и после замены электродвигателей равны:

г

р

і

 

р

1 Х ^ - —

U cos фх

И

/ 2

= ;

У 3

 

 

УЗ U cos ф2

то экономия потерь активной мощности в цепи, питающей электро­ двигатель, составит:

Др = 3 / ? я ( і - ^ ^ Ь к В т ] .

(33)

\COS2 ф2 /

Выразим величину экономии этих потерь (в %) от потребляе­ мой мощности:

з / ? я ' ' - c o s 2 < P l

 

д

^

Ар100 =

\

cos2 ф 2 / _

=

 

 

 

Р

 

VSU^costpi

 

 

=

\ U ( ~

£ 2 i ^ ) [ 0 / o ] )

(34)

 

 

 

\COS фг

COS2

ф 2 /

 

 

где

д , ;

V ' T / ^ - 1 0 0

падение напряжения в цепи, питающей

A U =

 

^

 

 

 

 

электродвигатель,

%.

 

Из формулы

(34)

видно, что с увеличением падения напряже­

ния

потери

активной

мощности

возрастают.

 

На предприятиях легкой промышленности асинхронные элек­ тродвигатели напряжением до 1000 В обычно питаются от маги­ страли, подключенной к понижающему силовому трансформатору,

который

присоединен

к сети энергосистемы

питающим кабелем

или воздушной линией

(рис. 4) . Следовательно, при

повышении

cos ф! до

cos ф2 к экономии потерь активной

мощности

Ар в цепи,

питающей электродвигатель, необходимо добавить экономию по­ терь активной мощности Ар' на участке АБ питающей головной магистрали.

Определим величину этих потерь. На рис. 5 показана векторная диаграмма токов при изменении коэффициента мощности от совфі до соБфг. Экономия потерь активной мощности Ар' в питающем кабеле (или воздушной линии) на участке АБ (см. рис. 4) при улучшении с о э ф будет равна

 

Ap' = 3PR—3r*R

[кВт].

 

 

Из треугольников ОАВ и ОАС

(см. рис. 5) можно

записать

 

/ 2 = /2 K +

/? + 2/K /1 cos (Ф - Фг),

 

 

 

/ ' а - / к + / 2 2 +

2 / к / 3 с о 5 ( ф - ф 2 ) ,

 

 

где h

— величина

тока

электродвигателя

при совфі

(до замены);

/ 2

— величина

тока

после

замены

электродвигателя (при

 

cos ф 2 ) ;

 

 

 

 

 

/ к — const — величина тока от

всех электроприемников,

кроме

электродвигателя;

 

 

 

/ — полный

ток в питающей

магистрали

на участке

АБ до

замены

электродвигателя;

 

 

/ ' — то же, но после замены

электродвигателя.

 

После несложных преобразований получим,

что потери

актив­

ной мощности .от мощности, потребляемой электродвигателем, бу­

дут

равны

 

 

 

 

 

 

Ар'.

Лр'-100

_

100 PR

 

 

 

 

 

2

COS^ ф].

COS ф 2

 

 

 

 

 

 

+ 2 ^ M g c p

(tgcpx-tgcps)

(35)

где

Рк — активная мощность всех потребителей, кроме электро­

 

двигателя,

кВт;

 

 

 

t g ф—тангенс угла, соответствующий

cos ф питающего транс­

 

форматора.

 

 

 

 

И И I

Рис. 4.

Принципиальная

электри-

Рис. 5. Векторная диаграмма токов при

ческая

схема питания

электро-

изменении коэффициента мощности от

 

двигателя

 

cos фі до cos ф2

Поскольку на предприятиях легкой промышленности, как пра­ вило, установлены электродвигатели мощностью до 100 кВт, для

Р

 

 

которых о т н о ш е н и е 1 0 , т о первыми

двумя членами в

скоб­

ках можно пренебречь. Покажем это на

числовом примере.

Возь-

34

мем

наименее

выгодный

случай,

 

 

р

coscpi = 0,5 и

 

к о г д а — - — Ю ;

C O S C p 2 = l , 0 .

ПрИ

ЭТОМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А р ' = Н ^ ( 4 — 1

+

2-10-1-1,732) = - ^ — ^ ( 3

+

34,7) %.

Таким

образом, первые

два

члена

в

скобках

 

составляют

меньше

10% от отношения

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С учетом

сказанного,

выражение

(35)

примет вид

 

 

 

 

 

V

= J ^ 2 - ^ t g 9 ( t g V

l

- t g 9

8 )

[%]

 

 

или

 

 

 

 

 

и 2

Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A/)' =

2Ai/'sin<p(tgq>i tgq>2 ) [ % ] ,

 

 

(36)

 

 

 

 

 

где

Д(У'падение напряжения в питающей

магистрали.

 

Следовательно, экономия потерь активной мощности на участке

АБ

(см.

рис. 4)

прямо

 

пропорциональна

падению

напряжения

в питающей

магистрали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Из выражений

(34) и

(36)

видно, что в электросетях

предприя­

тия целесообразно выявлять участки со значительными падениями напряжения (наиболее протяженные участки) и именно на этих участках изымать избыточные мощности у недогруженных асин­ хронных электродвигателей.

Рассмотрев законы изменения потерь активной мощности в рас­ пределительной сети предприятия при изъятии избыточной мощ­ ности у асинхронного электродвигателя, проанализируем измене­ ние потерь в самом электродвигателе.

При замене недогруженного асинхронного .электродвигателя на двигатель меньшей мощности его к. п. д. может снизиться в ре­ зультате роста потерь активной мощности.

Если потери активной мощности в электродвигателе до и после

замены

соответственно равны:

 

Д р і д в

=

Я ( 1 - Л і )

[кВт]

и

А р 2 д в

=

Р ( 1 — т|2)

[кВт[,

то изменение потерь активной мощности от мощности, потребляе­ мой электродвигателем, будет составлять:

ЛРдв = ( ч 1 - ч 2 ) 1 0 0 [ % ] .

(37)

Таким образом, для решения вопроса об изъятии избыточной мощности у недогруженного электродвигателя 'следует сопоста­ вить, с одной стороны, экономию потерь активной мощности в рас­ пределительной электросети предприятия при повышении cos ср от coscpi до соэф2 и, с другой — возможное увеличение потерь актив­ ной мощности в электродвигателе. Из вышеприведенных формул видно, что при этом большое значение имеют постоянные пара­ метры электросети: падение напряжения, загрузка питающего

трансформатора, нагрузочные характеристики электродвигателей и др.

Чтобы установить пределы целесообразности изъятия избыточ­ ной мощности для асинхронных электродвигателей общего испол­ нения, применяемых на предприятиях легкой промышленности, проведем конкретный расчет.

П р и м е р

3. К распределительному

щиту ТП прдключен

асинхронный

элек­

тродвигатель типа А094-8, мощность

на валу которого составляет 40 кВт. Паде­

ние напряжения в цепи, питающей

электродвигатель,

равно

AU=2%,

падение

напряжения в магистрали на участке

АБ (см. рис. 4) равно АС/' = 6,5°/о,

коэффи­

циент мощности

силового трансформатора в трансформаторной подстанции (ТП)

предприятия

равен

cos(p T p

= 0,71.

Определить целесообразность

изъятия

резерва

мощности у данного

электродвигателя.

 

 

 

 

 

 

 

Решение.

1.

Согласно

паспорта

электродвигателя

его

номинальная

мощ­

ность равна

55

кВт, следовательно

он

загружен

примерно

на 70% от

номи­

нальной мощности. По каталогу на

асинхронные

двигатели

находим,

что его

энергетические

показатели

при

такой

загрузке

составляют:

cos ф] =0,81 и

Лi = 0,92.

2.При замене этого электродвигателя на однотипный номинальной мощ­ ностью 40 кВт (двигатель типа А093-8) получим, что энергетические показатели

нового электродвигателя составят: cos ф2 =0,84 и т]2 =0,9.

3. Находим, что уменьшение потерь активной мощности в цепи электродви­ гателя в соответствии с формулой (34) будет равно

4.Определим экономию потерь активной мощности на головном участке

электросети, величина которых в соответствии с формулой (36) будет равна

Ар'

2-6,5-0,7 (0,725 —0,646) = 0,72%,

где tg фі = 0,725 — тангенс угла, соответствующий созфі = 0,81; 1йФ2=0,646 — тангенс угла, соответствующий созфя =0,84.

5. Находим общую величину экономии потерь активной мощности в элек­ тросети от повышения cos ф, которая равна

Арсети = Ар + Ар' = 0,16 + 0,72 = 0,88%.

6. По

формуле

(37)

определим

увеличение

потерь

активной

мощности

в электродвигателе:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А р д в

=

(% — т]2) 100 = (0,92 — 0,9) 100 =

2 % .

 

 

Следовательно, в данном случае изъятие избыточной мощности у электро­

двигателя

А094-8

производить

нецелесообразно,

так как

при этом

потери ак­

тивной мощности

в сети снижаются

на 0,88%,

в то время как в электродвига­

теле они увеличиваются на 2% .

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е р

4.

Загрузка асинхронного электродвигателя типа А082-4 номи­

нальной мощностью 40 кВт составляет

50%

от

его

номинальной

мощности.

Определить

целесообразность его замены

на электродвигатель типа

А073-4, но­

минальная мощность которого равна 28 кВт.

 

 

 

 

 

Решение.

1. По каталогу

на асинхронные двигатели

находим, что электро­

двигатель

А082-4

 

имеет

энергетические

показатели,

равные cos ф| = 0,81 и

т) 1 = 0,865.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.При установке нового электродвигателя типа А073-4 его загрузка со­

ставит 70%, а энергетические показатели будут равны созф 2 =0,82 . и т|2 =0,885.

3. По формуле (34) находим,

что экономия потерь активной мощности

в цепи, питающей электродвигатель,

будет равна

4. Экономия потерь активной мощности на головном участке цени в со­ ответствии с формулой (36) составит

Ар' = 2 - 6 , 5 0,71 (0,725 — 0 , 7 ) = 0,22%.

5. Следовательно,

общая

экономия потерь в распределительной электро­

сети при повышении cos ф будет равна

АРсети =

0,06 + 0,22 =

0,28%.

6. Потери в электродвигателе

снизятся на величину

Лрдв = Oli — 42 )

ЮО

=

(0,865 — 0,885) 100 = — 2 % .

Таким образом, полная экономия потерь активной мощности составит 2,28%. Следовательно, замена недогруженного электродвигателя типа А082-4 на дви­

гатель меньшей мощности типа А073-4 является целесообразной.

 

 

В табл. 5 приведены

изменения

потерь

активной

мощности

в электросети и электродвигателях единой серии А, АО, А2

и А 0 2

мощностью от 0,6 до 100 кВт

при изъятии у них избыточной

мощ­

ности,

имеющих

различные

характеристики

(типаж,

степень за­

грузки,

габарит,

число пар

полюсов

и др.).

 

 

 

Из данных табл. 5 видно, что если электродвигатель загружен на 70% и выше, то его замена на электродвигатель меньшей мощ­ ности во всех случаях нецелесообразна. Если же его загрузка со­ ставляет 50% и ниже, то изъятие избыточной мощности у неза­ груженного электродвигателя целесообразно.

Эти выводы согласуются с основными положениями инструк­ ции по замене незагруженных асинхронных двигателей. В данной книге дополнительно приведена упрощенная методика расчета и предлагаются конкретные формулы по проверке рентабельности замены недогруженных электродвигателей, которая особенно це­ лесообразна в диапазоне их загрузок от 50 до 70% потребляемой мощности.

Данные расчетов, приведенные в табл. 5, несколько условны, но становятся достаточно точными, если известны конкретные па­ раметры распределительной электросети предприятия и рабочие характеристики приводных электродвигателей. При других значе­ ниях постоянных параметров электросети АС/, АСУ' и cos<pT p , при­ нятых в приведенных расчетах, величина экономии потерь актив­ ной мощности несколько изменится, но общий характер указан­ ных выше соотношений останется прежним.

2. Применение синхронных компенсаторов

Синхронные компенсаторы (СК) можно устанавливать на пред­ приятиях в исключительных случаях только с разрешения энергоснабжающей организации при условии недостатка реактивной мощности в энергосистеме и отсутствии эффективных средств ее компенсации.

С помощью СК возможно одновременно осуществить компен­ сацию РМ и обеспечить требуемое регулирование уровня напря­ жения.

41

к

со

ч

с

я к Н ч

А32-2 A31-2

Установлен­ ная мощ­ ность, кВт

1,7

1,0

ж

 

 

я

 

 

а

 

ч

т

 

>•

&

с

с

«

 

О

хк

10

О

 

 

50

0,76

0,795

85

0,86

0,79

Увеличение потерь в дви­ гателе, %

Уменьшение потерь в се­ ти, %

Полная эко­

номия от по­ требляемой мощности, %

+ 0,5

+ 3 , 0 0

+

2,50

Т а б л и ц а 5

Целесообразность замены недогру­ женного двига­ теля

Целесообразна

А2-72-2

40

75

0,88

0,91

+

1,0

+

0,15

—0,85

А2-71-2

30

100

0,90

0,90

 

 

 

 

 

 

А81-2

55

72

0,90

0,91

+

1,0

+

0,17

—0,83

А72-2

40

100

0,91

0,90

 

 

 

 

 

 

А91-2

100

75

0,90

0,915

+

0,5

+

0,17

—0,33

А82-2

75

100

0,91

0,91

 

 

 

 

 

 

А62-4

14

50

0,78

0,875

+

0,5

+2,41

+

1,91

А52-4

7

100

0,86

0,87

 

 

 

 

 

 

А082-4

40

50

0,81

0,865

—2,0

+

0,28

+2,2 8

А073-4

28

70

0,82

0,885

А2-81-4

40

50

0,78

0,91

+

1,0

+3,54

+2,5 4

А2-71-4

28

92

0,87

0,90

 

 

 

 

 

 

А082-6

28

72

0,83

0,88

—0,5

+

0,30

+

0,80

А073-6

20

100

0,84

0,885

А02-92-6

75

25

0,78

0,885

- 1 , 5

+

2,1

+

3,6

А02-82-6

40

50

0,82

0,90

 

 

 

 

 

 

ГА02-61-8

7,5

50

0,60

0,85

+

1,5

+

2,8

+

1,3

' А02-51-8

4

95

0,70

0,835

А81-6

20

50

0,77

0,90

+

0,5

+ 0 , 7

+

0,2

А72-8

14

70

0,88

0,885

А094-8

55

70

0,81

0,92

+ 2 , 0

+

0,88

- 1 , 1 2

А093-8

40.

100

0,84

0,90

 

 

 

 

 

 

Нецеле­

сообразна

То же

»

Целесообразна

То же

»

»

Целесообразна

То же

Нецеле­

сообразна

Несмотря на ценные свойства СК, заключающиеся в возмож­ ности точного и планового регулирования величины coscp и уровня напряжения, их применение на предприятиях легкой промышлен­ ности по причинам технического и экономического характера яв­ ляется нецелесообразным. Затраты при установке СК значительно выше, чем при использовании других средств повышения coscp. Обычно на промышленных предприятиях не применяют СК мощ­ ностью менее 1000 квар, так как в этом случае их начальная стои­ мость примерно в 1,5+2 раза выше стоимости конденсаторных установок, применяемых для повышения coscp. Установка же син­ хронных компенсаторов малой мощности (400 квар и ниже) Госу­ дарственной инспекцией по энергонадзору признана неэкономич­ ной, так как генерирование реактивной мощности происходит при значительном расходе активной энергии, который достигает 10% от номинальной реактивной мощности компенсатора.

Для установки СК требуется отдельное помещение, а при их работе на открытом воздухе они должны иметь специальное ис­ полнение. Кроме того, из-за сложности устройства СК их должен обслуживать персонал высокой квалификации. В соответствии с главой V-2-4 Правил устройства электроустановок, СК должны быть оборудованы приборами управления и сигнализации, кон­ трольно-измерительными приборами, средствами защиты и автома­ тики, обеспечивающими автоматический пуск, работу и останов электрической машины. В процессе работы СК создается значи­ тельный шум.

3. -Применение перевозбужденных синхронных электродвигателей

Синхронные электродвигатели (СД) , выполненные с опережаю­ щим коэффициентом мощности, как правило, используются для повышения coscp и применяются на предприятиях легкой промыш­

ленности

в качестве приводных электродвигателей механизмов, ра­

ботающих

с постоянной скоростью вращения (компрессоры, на­

сосы и др.).

СД лишены недостатков, присущих СК, а также обладают ря­ дом преимуществ перед конденсаторными установками. Основные преимущества СД следующие:

более высокое качество выдаваемой синхронными электродви­ гателями реактивной емкостной энергии, особенно при резких ко­ лебаниях напряжения;

не возникают резонансные явления при полной компенсации индуктивной нагрузки;

наряду с повышением coscp осуществление привода механизма. В силу конструктивных особенностей СД его можно настроить на работу в режиме перевозбуждения с любым значением опере­

жающего cos ср.

Наиболее выгодный cos ср синхронного электродвигателя можно определить через соответствующий тангенс угла по следующему

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ