правило, является относительно коротким, принимая во внимание значительное время работы трансформаторов (ч/год).

Мотивы внедрения

Основными мотивами являются энергосбережение и снижение затрат.

Примеры

В одном из примеров модернизации трансформаторной подстанции, предусматривавшей установку четырех новых трансформаторов с электрическими мощностями 200, 315, 500 и 1250 кВА, срок окупаемости, согласно оценке, должен был составить 1,1 г.

Справочная информация

[228, Petrecca, 1992, 229, Di Franco]

3.6. Подсистемы с электроприводом38

Введение

Наилучшим подходом к анализу и оптимизации энергоэффективности систем с электроприводом является изучение потребностей технологического процесса в механической энергии, а также оптимального способа функционирования системы. Такой системный подход, позволяющий обеспечить наибольшее энергосбережение (см. разделы 1.3.5 и 1.5.1), обсуждается в соответствующих разделах настоящей главы. Объемы энергосбережения, достигаемого в результате оптимизации системы в целом, как минимум, равны тому, что может быть достигнуто при оптимизации отдельных компонентов, но могут превосходить эту величину на 30% и более (см. раздел 1.5.1 и, например, обсуждение оптимизации систем снабжения сжатым воздухом в разделе 3.7).

В подсистемах с электроприводом электрическая мощность преобразуется в механическую. В большинстве промышленных применений механическая энергия передается использующему устройству в форме механической энергии вращения (посредством вращающегося вала). Электродвигатели являются первичными приводами для большинства видов промышленного оборудования, использующего механическую энергию, включая, в частности, насосы, вентиляторы, миксеры, конвейеры, корообдирочные машины, дробилки, пилы, экструдеры, центрифуги, прессы, мельницы и т.д.

На электродвигатели приходится значительная часть общего потребления электроэнергии в Европейском Союзе. Согласно оценкам, на электродвигатели приходится:

•около 68% потребления электроэнергии в промышленности, что в 1997 г. составляло 707 ТВт·ч;

•1/3 потребления электроэнергии в «третичном секторе» (транспорт, связь, сфера услуг).

Подсистемы с электроприводом

Это подсистема или совокупность компонентов, состоящая из:

•источника энергоснабжения;

•устройства управления (регулирующего устройства), например, преобразователя частоты (см. ниже);

•электродвигателя, как правило, переменного тока;

•механической передачи;

•приводимого в движение устройства (исполнительного устройства), например, центробежного насоса.

38 В настоящем документе под «системой» понимается совокупность взаимосвязанных компонентов или устройств, действующих совместно для выполнения определенной функции (например, системы ОВКВ или снабжения сжатым воздухом). См. обсуждение вопроса о границах системы. В состав систем часто входят подсистемы (или меньшие системы-компоненты) с электроприводом.

217

На рис. 3.25 представлены схемы традиционной и энергоэффективной насосных систем.

Рисунок 3.25: Схема традиционной и энергоэффективной насосной систем

[246, ISPRA, 2008]

Исполнительное устройство

Это устройство или установка, выполняющие какую-либо полезную функцию, имеющую отношение к назначению промышленного предприятия. Как правило, полезная функция относится к одной из двух основных категорий:

•изменение каких-либо свойств веществ, материалов или объектов, например, изменение давления (компрессоры, насосы) или физической формы (дробление, вытягивание проволоки, прокатка металла и т.п.). Именно функция, связанная с изменением давления, играет важную роль в крупных системах, которым посвящены отдельные разделы данного документа:

o насосы (20 %), см. раздел 3.8;

o вентиляторы (18 %), см. раздел 3.9

o воздушные компрессоры (17 %), см. раздел 3.7;

oкомпрессоры систем охлаждения (11 %), см. раздел 3.4.2.

•перемещение или транспортировка материалов или объектов (конвейеры, краны, лебедки, подъемники и т.д.):

oконвейеры (4 %) и другие применения (30 %).

(Приведенные процентные значения отражают долю общего потребления энергии электродвигателями в 15 странах ЕС (EU-15), приходящуюся на данное применение)

Потребление электроэнергии системой с электроприводом зависит от множества факторов, включая:

•КПД двигателя;

•выбор оптимальной мощности двигателя и других компонентов системы;

•управление работой двигателя: управление пуском/остановом, а также регулирование скорости;

•качество энергоснабжения;

218

•система механической передачи;

•практики технического обслуживания;

•КПД устройства, потребляющего механическую мощность.

Для реализации максимального потенциала энергосбережения пользователю следует начать с оптимизации более широкой системы, в состав которой входит подсистема с электродвигателем, и лишь затем переходить к оптимизации подсистемы (см. разделы 1.4.2 и 1.5.1, а также разделы по конкретным типам систем в настоящей главе).

Механическая передача

Механическая передача обеспечивает механическое соединение и передачу энергии между приводом и устройством, приводимым в движение. Передача может быть реализована при помощи простои жесткой муфты, соединяющей валы устройства и двигателя, редуктора, ременного или цепного привода, или гидравлической передачи. С любым из видов передачи связаны определенные дополнительные потери в системе.

Электродвигатели

Электродвигатели подразделяются на два основных класса: двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока. В промышленности применяются оба типа двигателей, однако на протяжении нескольких последних десятилетий преимущество в большинстве случаев отдается двигателям переменного тока.

Кдостоинствам двигателей переменного тока относится:

•надежность, простота конструкции, ограниченные потребности в техническом обслуживании;

•высокий уровень КПД (в особенности у двигателей высокой мощности);

•относительно низкая стоимость.

Всилу этих достоинств двигатели переменного тока получили широкое распространение. Однако они способны эффективно функционировать лишь при определенной частоте вращения. Если нагрузка является нестабильной, возникает потребность в регулировании скорости, что может быть реализовано наиболее энергоэффективным способом при помощи регулятора (преобразователя) частоты.

Впромышленности наиболее распространены электродвигатели переменного тока, имеющие одну многофазную систему обмоток, активно участвующую в процессе преобразования энергии.

Двигатели переменного тока подразделяются на:

•индукционные (асинхронные) двигатели, которые способны самостоятельно создавать пусковой момент (хотя и незначительный) и, как следствие, не требуют вспомогательных устройств для запуска. Данная технология хорошо приспособлена для двигателей с мощностью до нескольких мегаватт;

•синхронные двигатели, которые принципиально способны создавать момент лишь при номинальной скорости вращения. Такие двигатели неспособны самостоятельно создавать пусковой момент и, как следствие, нуждаются в дополнительных средствах для запуска и разгона, например, специальных регулирующих устройствах. Синхронные двигатели часто используются там, где необходима большая мощность, например, для приведения в действие компрессоров в нефтехимической промышленности.

Электродвигатели постоянного тока с возбуждением от постоянного магнита и, в частности, синхронные бесколлекторные двигатели, могут использоваться там, где необходима меньшая частота вращения, чем та, которая характерна для двигателей переменного тока. В таких применениях (с частотой вращения 220 – 600 об./мин.), например в т.н. секционных приводах бумагоделательных и картоноделательных машин, использование двигателей постоянного тока позволяет обойтись без редукторов, что способствует повышению общего КПД системы.

219