9
Вопросы для самопроверки
1.Какие основные элементы входят в структуру силового канала электропривода?
2.Проанализируйте энергетические процессы в электроприводе на примере конкретной установки при работе двигателя в двигательном и генераторном режимах, в статике и динамике.
3.Какие энергетические показатели используются при оценке электропривода как преобразователя и как потребителя электрической энергии?
3.В каких случаях для оценки экономичности потребления электроэнергии используются показатели коэффициента мощности и cos φ ?
Тема 3 Энергетические свойства электроприводов
Энергетические характеристики механических, электромеханических и электрических преобразователей в статических режимах. Энергетические показатели электроприводов в типовых установившихся динамических режимах.
Методические указания
Потери энергии в механической части электропривода связаны с наличием трения между взаимно перемещающимися элементами передаточных и исполнительных механизмов. Различают два типа трения: трение скольжения и трение качения. Однако при расчете потерь в механической части электропривода пользуются не значениями сил трения и моментов в отдельных элементах механизма, а интегральной оценкой соотношения между полезными моментами и соответствующими им потерями на трение в форме рассмотренного ранее КПД.
10
При рассмотрении энергетических характеристик электромеханических преобразователей следует учитывать, что в двигателе имеется два канала воздействия на электромагнитный момент: через ток якоря (ротора) и магнитный поток. Поэтому появляется дополнительная возможность минимизировать суммарные потери электродвигателя путем воздействия на поток, не меняя режим работы на валу, характеризуемый моментом М и угловой скоростью ω.
В электроприводе используются два основных типа преобразователей энергии: электромашинные и статические. При рассмотрении особенностей энергетики статических преобразователей электроэнергии следует обратить внимание на главные факторы, влияющие на увеличение потерь в элементах силового канала по сравнению с режимами «неимпульсного», гладкого преобразования энергии в электромеханических преобразователях. Эти факторы обусловлены работой полупроводниковых приборов в ключевом режиме, что является причиной возникновения высших гармонических тока на входе и выходе преобразователей. При фазовом способе регулирования выходного напряжения статический преобразователь дополнительно потребляет реактивную мощность не только на частотах высших гармонических, но и на частоте сети.
При рассмотрении энергетических показателей в установившихся динамических режимах следует уяснить, что при появлении колебаний механической части появляются дополнительные потери как в самой механической части, так и в якорной (роторной) цепи двигателя. Кроме этого потребление электрической энергии из сети увеличивается и на величину возросшей при возникновении колебаний дополнительной работы на валу двигателя. Все три составляющие (потери и дополнительная работа) тем больше, чем больше амплитуда колебаний скорости. Таким образом, увеличение электромеханической постоянной путем увеличения сопротивления якорной (роторной) цепи и суммарного момента инерции, уменьшающие амплитуду колебаний скорости, позволяют уменьшить и
11
дополнительное потребление электрической энергии при возникновении колебаний.
Литература: [2, гл. 2].
Вопросы для самопроверки
1.Каким образом оцениваются потери в механической части электропривода?
2.Сравните энергетические показатели электромеханических и статических преобразователей.
3.Какие свойства полупроводниковых преобразователей неблагоприятно влияют на энергетические режимы работы электроприводов?
4.Какие составляющие потерь уменьшаются при энергетической оптимизации в электрических машинах в установившихся режимах работы?
5.Каково влияние колебаний скорости привода, тока на средние потери в якорной цепи двигателя постоянного тока?
6.В каких режимах повышение жесткости механических характеристик двигателей способствует снижению потерь, а в каких повышению?
Тема 4 Пути снижения электропотребления при использовании
электроприводов
Снижение потерь электроэнергии в электроприводе при заданной нагрузке на валу двигателя. Снижение потребления электроэнергии электроприводом за счет уменьшения потерь в технологическом процессе при использовании регулируемого электропривода. Снижение потребления электроэнергии за счет реализации энергосберегающих технологий и использовании регулируемого электропривода.
12
Методические указания
Можно отметить следующие направления снижения потребления энергии.
Первое направление связано со снижением потерь в электроприводе
при выполнении им заданных технологических операций по заданным тахограммам и с определенным режимом нагружения. В рамках этого направления для снижения потерь энергии используются следующие пути.
1.Обоснованный выбор установленной мощности двигателя, соответствующий реальным потребностям управляемого механизма.
2.Переход на более экономичные двигатели, в которых за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди), применения более совершенных материалов и технологий повышены номинальные значения КПД и коэффициента мощности.
3.Переход к более совершенной с энергетической точки зрения системе электропривода при пуско-тормозных и установившихся режимах. Например, потери значительно уменьшаются при пуске асинхронного двигателя не напрямую, а с применением частотного регулирования. При медленно изменяющейся нагрузке минимизировать потери в электроприводе можно, используя преобразователь с опцией регулирования потока.
Второе направление связано со снижением потребления энергии электроприводом при изменении технологического процесса на основе перехода к более совершенным способам регулирования электропривода и параметров этого технологического процесса. За счет использования регулируемого электропривода появляется возможность регулировать ранее не регулировавшиеся технологические параметры или изменять способ их регулирования.
Третье направление связано с обеспечением реализации энергосберегающих технологий. В некоторых случаях электропривод сравнительно небольшой мощности управляет потоком энергии, мощность
13
которого во много раз превышает мощность электропривода. Очевидно, что эффективное использование таких значительных объемов энергии во многом зависит от совершенства электропривода, его быстродействия и точности, степени автоматизации процесса. Это направление не связано с уменьшением потока энергии через электропривод, чаще потребление энергии электроприводом даже увеличивается.
При реализации конкретных проектов выявляется, как правило, не один, а несколько возможных путей энергосбережения, поэтому для получения максимального эффекта необходим комплексный подход к решению задачи энергосбережения в электроприводе.
Литература: [2, гл. 1, 2], [3, гл. 3, 4], [4, гл. 2, 3, 4].
Вопросы для самопроверки
1.В чем важность задачи правильного выбора двигателя по мощности?
2.В чем состоят особенности исполнения энергосберегающих асинхронных двигателей?
3.Как зависят КПД и cos φ асинхронного двигателя от нагрузки на
валу?
4.Назовите технологические процессы или установки, в которых переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому давал бы не только технологический, но и энергетический эффект.
5.В каких случаях используется оптимизация режимов работы частотно-регулируемого асинхронного электропривода по минимуму потерь?
6.Перечислите основные способы снижения потерь в асинхронном электроприводе при отработке переходных режимов.
7.От каких технологических параметров зависит энергетический эффект, получаемый за счет регулирования скорости центробежных насосов?