ТЭП-Курс_лекций_04-2006

5 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭП

Одна и та же алгоритм функционирования имеющий одинаковые технологические параметры , а также технические показатели можно реализовать с различными энергетическими затратами.

Если учесть, что ЭП в настоящее время потребляет около 70% всей вырабатываемой электроэнергии, становится, очевидно, что цена неоправданных потерь электрической энергии весьма велика. К основным энергетическим показателям ЭП относятся: КПД , коэффициент мощности , обобщенный критерий электрической эффективности Н .

5.1 КПД ЭП

Функционирование ЭП в процессе преобразования или передачи энергии W неизбежно сопровождается потерями W . Весьма важно – соотношение между W и W , которое в общем, виде носит название КПД:

WW

Вчастном случае, если ЭП работает в режиме S1, т.е. в режиме с P PНОМ , который мо-

жет быть представлен в виде нагрузочной диаграмм (рис.126). В этом случае:

Рис.126 Нагрузочная диаграмма

Такое выражение для КПД обычно применяют при паспортизации различного типа устройств, где используется понятие номинального КПД:

PВЫХ .НОМ PНОМ.

При этом обычно составляются графические зависимости:

f ( PВЫХ. )

РВЫХ.НОМ.

PВЫХ . - коэффициент загрузки

РВЫХ .НОМ.

111

При малых диапазонах Д 1,5:1реостатное регулирование более энергетически эффективно.

Если же b 3(система Г-Д, то регулирование по системе П-Д предпочтительнее, только при диапазонах боде 3:1). Естественно при этом нельзя забывать и о других преимуществах системы П-Д.

Случай разноправленного потока энергии

Говоря об энергетической эффективности, мы не учитывали при определении КПД разнонаправленность потоков энергии, характерных для некоторых режимов. В частности при оценке полезности того или иного режима необходимо учитывать, что например для ряда случаев торможение является не менее, а зачастую более полезным, чем двигательный режим.

При этом динамические характеристики будут иметь вид:

РРАЗГ, М 0

РТОРМ , М 0

Рис.130 Динамические характеристики

При определении WЦ. по (3) необходимо использовать абсолютное значение Рi :

tЦ

Рi dt

Pi dt Pi dt

00

5.2Обобщенный критерий энергетической эффективности

Все перечисленные оценки энергетической эффективности не обеспечивают необходимую точность.

Для абсолютно точной оценки энергетической эффективности необходимо учитывать так же следующие факторы :

1.точно определить место энергетического канала, где оценивается энергетическая эффективность

2.точно указывать элементы энергетического канала, потери мощности в которых настолько существенны, что их необходимо учитывать

3.точно определиться интервал времени, для которого оценка справедлива

С учётом перечисленных уточнений критерием энергетической эффективности является «обобщенный» критерий энергетической эффективности:

114

Здесь перечисленные уточнения выражаются:

1.точно указанным местом оценки между iи i 1элементами силового канала ЭП

2.элементы в которых учитываются потери от k -го до l- го. Для потерь введен свой индекс интегрирования j .

3.учитывается время отсчитанное , от некоторого момента времени t1

5.3 Коэффициент мощности

Перечисленные критерии энергетической эффективности не учитывают дополнительных потерь мощности в электрической части силового канала ЭП за счёт сдвига фаз между напряжением и первой гармоникой тока. Эти потери характеризуются коэффициентом мощности который в общем виде может быт представлен:

- коэффициент искажения

I(1) , здесь

I

U,I и I(1) - действующие значения тока, напряжения и тока первой гармоники;

Cos (1) - косинус угла сдвига фаз между напряжением и током первой гармоники;

Если коэффициент искажения близок к 1 Cos (1) :

P PПТ

Cos2 (1)

PПТ - потери мощности при передаче энергии постоянным током.

115

6 НАДЁЖНОСТЬ ЭП. Основные понятия, критерии надёжности

Надёжность – свойство устройства выполнять требуемые функции, сохраняя во времени значения установленных (нормативных) эксплуатационных показателей в заданных пределах.

Устройство – совокупность совместно действующих объектов (система), предназначенная для самостоятельного функционирования, либо часть системы, не имеющая самостоятельного эксплуатационного назначения «элемент».

Надёжность – комплексное свойство, обусловленное сочетаниями следующих критериев:

1.работоспособность

2.безотказность

3.ремонтопригодность

4.долговечность

5.сохраняемость

Работоспособность – состояние устройства. при котором оно способно выполнять заданные функции, сохраняя заданные значения параметров в пределах установленных научнотехнической документации.

Безотказность – свойство устройства сохранять работоспособность в течение некоторого времени, которое называется наработка.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности устройства. Различают:

1.скачкообразные (внезапные)

2.постепенные отказы

которые заключаются в изменении одного или нескольких параметров устройства в течении некоторого промежутка времени.

Самоустраняющийся отказ (сбой) – такой отказ, который приводит к кратковременному нарушению работоспособности.

Ремонтопригодность – свойство устройства, заключается в приспособленности к предупреждению и обнаружению возникновения отказа и устранению их последствий путём проведения ремонтов и технического обслуживания. Устройство, работоспособность которого, в случае возникновения отказа может быть восстановлена, называют – ремонтируемыми. В про-

тивном случае – неремонтируемым .

Долговечность – свойство устройства сохранять работоспособность до наступления предельного состояния, при условии соблюдения системы технического обслуживания.

Предельное состояние – состояние устройства, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена по техническим, экономическим причинам, условием эксплуатации или необходимости, какого либо вида ремонта.

Сохраняемость – свойство устройства непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течении хранения и транспортировки.

6.1 Показатели надёжности

Под показателями надёжности следует понимать количественные характеристики одного или нескольких критериев надёжности, при этом те показатели, которое относится к одному из критериев – единичные, те которые к нескольким – комплексные.

Показатели для восстановлеваемых и невосстановлеваемых устройств различны. Существующие ЭП – восстановлеваемые системы. Для них основные показатели надёжности:

1.вероятность наработки между отказа Р(ТЗ )больше заданного значения ТЗ

2.параметр потока отказов (интенсивность отказов) или плотность отказов

116

3.наработка на отказ:

Плотность вероятности возникновения потока отказов для рассматриваемого момента времени Т

равно отношению наработки к математическому ожиданию числа его отказов за время Т

T T 1 m

В установившихся режимах, при (t) const

4.вероятность восстановления в заданное время ( З ), где ( З )- среднее время. вос-

становления.

6.2 Расчёт показателей надёжности

Обычно при расчёте показателей надёжности ЭП используют коэффициентный метод. При этом в расчёте используют не абсолютные, значения интенсивности i , а их относитель-

ные значения:

ki i - коэффициент надежности

б

где б - интенсивность отказов базового элемента

Кроме того, полученный таким образом коэффициент надежности ki независимый от ус-

ловий эксплуатации и будет являться для существующего элемента постоянной определённой величиной.

Для учёта воздействия величины электрических нагрузок, а также температуры окружающей среды в расчёт вводятся поправочные коэффициенты ai , которые определяются с помощью таблиц или номограмм исходными данными для которых является IIНОМ. и

0 t0 .

Учёт других более слабо действующих дестабилизирующих факторов (влажность, запылённость) производиться с помощью введения относительного значения базового значения элемента 'б б (так же находиться по таблицам).

С учётом направок на режим рабочий и дестабилизирующие факторы:

k'i ( 'б )ki k ai

б j 1

Кроме того при расчёте коэффициентов надёжности необходимо учитывать время активной работы элемента, следствие вводиться результирующее значение:

k''i k'i IИСП. - коэффициент использования.

Для расчёта надёжности по коэффициентному методу состоится логическая схема система, которая характеризуется соединение основных элементов системы, в процессе выполнения её функции.

Основными элементами ЭП, неисправность которых повлечёт за собой нарушение надёжности всей системы является преобразователь, двигатель, измерительный преобразователь, входное устройство преобразователя – реактор.

Все 4 перечисленных элемента соединены последовательно между собой. При этом отказ одного из этих элементов приведёт к отказу всей системы в целом.

Исходные данные для расчёта надежности:

1.используемые элементы

2.электрические режимы работы

3.температурные режимы

4.базовые коэффициенты надежности

5.условие эксплуатации

117

6.коэффициенты использования

где N - количество элементов, для которых производится расчёт надёжности;б - интенсивность отказов базового элемента б 0,03 10 6 (часов 1);

Р(ТЗ )- вероятность наработки между отказами более 10000 часов; tН - наработка на отказ;

tб - математическое ожидание времени восстания работоспособности.

118