Печатается по решению редакционно-издательского совета Вятского государственного университета

УДК 621.311(07) Э 653

Рецензент: кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиоэлектронные средства» Н. А. Леонтьев

Составитель: кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов» А. Н. Головенкин

Редактор Е. Г. Козвонина

Текст напечатан с оригинал-макета, предоставленного составителем.

610000, г. Киров, ул. Московская, 36.

Оформление обложки, изготовление – ПРИП ВятГУ.

©А.Н. Головенкин, 2008.

©Вятский государственный университет, 2008.

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Рост технического потенциала, производительности труда во всех сферах народного хозяйства и связанной с ними энерговооруженности труда вызывает увеличение добычи топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), мощности энергогенерирующих установок. Однако на этом пути возникли следующие проблемы: во-первых, ограниченность и невозобновляемость основных энергоресурсов, во-вторых, непрерывно возрастающая сложность их добычи и стоимость, в-третьих, глобальные экологические проблемы, появившиеся в последнее время. Энергосбережение как альтернатива этому пути является наиболее дешевым и безопасным способом увеличения энергогенерирующих мощностей. Затраты на экономию 1кВт мощности обходятся в 4 - 5 раз дешевле, чем стоимость вновь вводимого 1кВт мощности. Поэтому энергосбережение стало одним из приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира. Особенно актуальна проблема энергосбережения для российской экономики, которая развивалась до последнего времени по пути наращивания энергетических мощностей.

Основные потери (до 90 %) приходятся на сферу потребления. «Энергетической стратегией России на период до 2020 года» [1] одной из основных проблем энергоэффективности в сфере потребления выделено «повышение эффективности использования ТЭР и создания необходимых условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития».

Большой потенциал экономии ТЭР заложен в рациональном использовании электрической энергии. Наибольший потребитель здесь электропривод, где расходуется более 60 % всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Актуальность рационального (с точки зрения экономии ТЭР) использования электропривода связана не только с количеством потребляемой электрической энергии и с уменьшением потерь при

5

собственно электромеханическом преобразовании. В современном автоматизированном производстве электропривод активно воздействует на технологические процессы промышленного производства, управляет значительными потоками энергии и материальных ресурсов, стоимость которых значительно превышает стоимость энергии, потребляемой самим электроприводом. Оптимальное управление таким электроприводом даст значительный экономический эффект.

Курс «Энергосбережение» посвящен изучению возможностей использования современного автоматизированного электропривода в целях экономного расходования энергетических и материальных ресурсов. Вопросы разработки рациональных с точки зрения экономии энергии схем и алгоритмов управления электроприводом, выборы типа и мощности электрооборудования будут полезны как при эксплуатации, так и при проектировании электроприводов.

Курс «Энергосбережение» изучается после изучения таких дисциплин, как «Теория электропривода», «Системы управления электроприводов», «Преобразовательная техника» и «Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов». Эти дисциплины являются базовыми при изучении указанного курса.

Программа изучения курса «Энергосбережение» состоит из лекционных и лабораторных занятий, выполнения контрольной работы.

6

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ТЕМАМ КУРСА

Тема 1 Введение

Электропривод как система, осуществляющая управляемое преобразование электрической энергии в механическую, а также обратное преобразование. Потери энергии при электромеханическом преобразовании. Энергосбережение в электроприводе как комплекс мер, направленных на экономию электрической энергии и материальных ресурсов.

Методические указания

Основной задачей автоматизированного электропривода является удовлетворение технических требований, предъявляемых к электроприводу со стороны технологического процесса, чему посвящены большинство учебных курсов специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Вместе с тем, с развитием средств автоматизированного электропривода, расширением номенклатуры преобразовательной техники и силовых устройств, ориентированных на конкретное производственное применение, а также в связи с ростом относительной доли энергозатрат в выпускаемой продукции, актуальной становится задача получения заданных технических показателей с минимальными энерго- и ресурсозатратами.

При всем многообразии реализаций в электроприводе всегда осуществляется один и тот же фундаментальный процесс – электромеханическое преобразование энергии, при котором всегда часть энергии теряется. Если рассматривать отдельные компоненты электропривода, то экономический потенциал энергосбережения здесь не велик, поскольку они достаточно совершенны благодаря использованию современных материалов, полупроводниковых приборов,

7

микропроцессорной техники и т. п. Однако, если рассматривать эксплуатационные режимы работы электроприводов, вопросы рационального проектирования в каждом конкретном случае, а также учитывая массовость использования электропривода, остается громадный потенциал энергосбережения. С другой стороны, совершенство современного электропривода позволяет регулировать с его помощью технологические параметры – давление, концентрацию жидкостей, газов и т.д., и таким образом уменьшать не только потери, но и потребление электрической энергии.

Литература: [1 – 4].

Вопросы для самопроверки

1.Перечислите основные проблемы энергоэффективности в сфере потребления, выделив среди них те, которые или непосредственно, или косвенным образом связаны с потреблением электрической энергии.

2.Перечислите основные составляющие потенциала энергосбережения, выделив среди них те, которые связаны с более эффективным использованием электрической энергии.

Тема 2 Общие вопросы энергетики электропривода

Энергетический канал электропривода. Режимы преобразования энергии. Типовые характеристики энергетической эффективности элементов силового канала.

Методические указания

Последовательное преобразование энергии в электроприводе можно представить в виде энергетического канала. Энергетический канал состоит из двух частей: энергетической и информационной. В энергетической части, образующей силовой канал, происходит последовательное преобразование

8

электрической энергии в механическую энергию (и обратно) с параметрами, необходимыми технологическому объекту. Можно выделить три типа преобразовательно–передающих элементов: преобразователи механической энергии, электромеханические и электрические. В информационной части преобразуется информация, необходимая для управления процессом преобразования энергии.

При изучении этой темы следует уяснить следующее.

Каждый элемент в процессе преобразования может как принимать, так и отдавать энергию.

Процесс передачи и преобразования энергии в силовом канале сопровождается ее частичной потерей в каждом из элементов независимо от направления движения потоков энергии.

Все элементы силового канала способны в большей или меньшей степени накапливать энергию в том или ином виде в зависимости от типа элемента. В силовых электроприводах наиболее«емкими»накопителями энергии являются элементы механической части.

С учетом направления движения потоков энергии, энергетического состояния накопителей энергии (накопления или высвобождения энергии), а также потерь определяется разнообразие режимов работы силового канала.

Потребность в сравнении энергетической эффективности работы различных преобразовательных устройств возникает, когда нужно оценить разные по конструкции механизмы. Электропривод в общей структуре преобразования и распределения энергии выступает и как преобразователь, и как потребитель энергии. Эффективность его работы как преобразователя оценивается коэффициентом полезного действия (КПД), т.е. отношением полезной работы к потребленной. Как потребитель электрической энергии электропривод характеризуется коэффициентом мощности, т.е. отношением потребленных активной мощности к полной.

Литература: [2, гл. 1], [3, гл. 2], [4, гл. 1].