Энергетическая эффективность эп.

При анализе энергетики разомкнутых систем для оценки энергетической эффективности используют КПД определяемый отношением мощности на рабочем механизме (P_po), к мощности потребляемой из сети Р₁. И коэффициент мощности (cosφ).

η_эп= P_po/ Р₁

Анализируя так же зависимость КПД от нагрузки для основных элементов электропривода можно получить информацию для сравнительной оценки вариантов электроприводов. При практических расчетах известный коэффициент преобразователя (η)с мощностью на выходе(Р_п) . Кпд двигателя(η_д) с мощностью на выходе (Р_д). Кпд механических передачь (η_мп).

η_эп= η_п* η_д* η_мп= (P_п/ Р₁)*(P_д/ Р_п)*(P_po/ Р_д)

При изменениях нагрузки приведенное соотношение представляют мгновенные значения. Если на отдельных участках энергия направлена от рабочего органа к двигателю, то КПД представляет эффективность обратного преобразования энергии, но определяется

η’_эп= Р₁/Р_po

При выборе системы электроприводов для механизмов непрерывного действия со стабильной нагрузкой, достаточной информации для оценки энергетической эффективности будут значения cosφ и КПД определенный по указанным соотношениям. Но для большинства механизмов в процессе работы нагрузка меняется и от мгновенных значений cosφ и КПД переходят к интегральным или средним значениям. При циклической нагрузке базой для расчета энергетического показателя служит время цикла t_ц и КПД электропривода определяется через отношение совершенной полезной работы механизмов, потребленной энергии из сети за тоже время.

Разбивая на участки работы с постоянной нагрузкой – можно представить как

где i – номер рабочего участка

и разделив числитель и знаменатель на время цикла можно записать

(1.5)

Подобная оценка энергетической эффективности достаточно достоверна при реактивной нагрузке и позволяет выбрать пути повышения эффективности.

Пример:

Проектируется нерегулируемый электропривод для перемежающегося режима S6, когда участки номинальной нагрузки чередуются с участками х.х. Двигатель выбран правильно - по нагреву и в периоды нагрузки он загружен свыше 100%. При продолжительности нагрузки ПН=25% если используется короткозамкнутое АД, то в течении 70% времени цикла он потребляет в основном реактивный ток. В результате среднее значение коэффициента мощности и КПД, рассчитанное по (1.5) будут иметь достаточно низкие значения. Потери в стали пропорциональны квадрату магнитного потока, а в меди – квадрату тока. Причем магнитный поток и реактивный ток практически пропорциональны напряжению статора. В результате одним из способов повышения эффективности будет ступенчатое уменьшение напряжения на обмотках на участках ХХ, т.е. при напряжении сети U_c=380 В выбирается двигатель c номинальным напряжением U_н= 660/380В. При переключении с треугольника на звезду в начале участка ХХ, однако при окончательной оценке следует учитывать потери в динамических режимах и если при набросе нагрузки скольжение становится больше критического значения S>S_k или время переходных процессов соизмеримо с временем цикла – желаемый эффект может быть не достигнут.

Вторым вариантом является непрерывное регулирование напряжения в системе ТПН-АД, как в разомкнутой так и в замкнутой системе, причем в последнем случае можно оптимизировать систему управления по минимуму потерь, минимуму потребляемого тока или потребляемой мощности, но недостатком этого варианта будет значительное снижение коэффициента мощности из-за работы в зоне прерывистого тока. В результате основные пути повышения энергетической эффективности электропривода:

1. Правильный выбор двигателя по мощности.

2. Применение специальных энергосберегающих двигателей.

3. Оптимизация электропривода по минимуму потерь.

Энергосберегающие двигатели имеют более высокие значения КПД и cosφ за счет увеличенной металлоемкости.

В результате они имеют более высокую стоимость и целесообразно их применять для механизмов непрерывного действия с мало изменяющейся нагрузкой.