Экономия электроэнергии

и их электроприводов
Л8 Рациональные способы регулирования скорости в зависимости от

характера изменения нагрузки. Исключение режимов холостого хода. Снижение напряжения на зажимах двигателя. Использование синхронных машин как компенсаторов реактивной мощности. Использование аккумуляторов энергии.

ВЫБОР СПОСОБА РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ПРИ ПОСТОЯННОЙ НАГРУЗКЕ

Регулирование при постоянном моменте (изменение напряжения на якоре ДПТ или статоре СД, изменение сопротивления в роторе АД или якоре ДПТ, в вентильном двигателе)

Регулирование при постоянной мощности (ослабление Ф в ДПТ, изменение р в АД, в некоторых каскадных схемах)

Обеспечивает регулирование скорости вниз от номинальной, т.е. ωн=ωmax

Мн=Мс

Pн=Mнωн=Mсωmax=Pсmax

Номинальная мощность двигателя равна максимально возможной, на всех скоростях двигатель загружен полностью и работает в нормальном тепловом режиме

Регулирование скорости вверх от номинальной, ωн=ωmin

Pс max =Mсωmax

Номинальный момент должен в D раз превосходить момент нагрузки. Двигатель загружен полностью только на ωmax при номинальном токе и минимальном потоке. При меньших скоростях поток увеличивается, ток в якоре уменьшается и двигатель оказывается недоиспользуемым по условиям нагрева. Завышен габарит двигателя, определяемый номинальным моментом.

при постоянном моменте возможно только вниз от номинальной, т.е. ωн=ωmax.

Максимальный момент двигателя, на который он должен быть выбран при Pс = const, соответствует минимальной скорости

номинальная мощность двигателя

должна быть в D раз больше мощности нагрузки Pс

при работе двигателя на всех скоростях, кроме минимальной, он будет недогружен и недоиспользован по нагреву

Регулирование скорости при постоянной мощности обеспечивает регулирование скорости вверх от номинальной, ωн=ωmin

номинальная мощность

равна мощности нагрузки

Двигатель загружен полностью на всех скоростях и будет работать в нормальном тепловом режиме

для правильного выбора двигателя необходимо, чтобы способ регулирования его скорости по показателю допустимой нагрузки соответствовал зависимости нагрузки от скорости. При нагрузке вида Мс = const целесообразно использование способов регулирования при постоянном моменте, а при Pс = const – при постоянной мощности

0,4...0,5, необходима замена на двигатель меньшей мощности. Если (0,4...0,5) ≤

kЗ ≤ (0,7...0,75), целесообразность замены должна быть подтверждена уменьшением суммарных потерь энергии в двигателе и сети

Режим холостого хода приводит к необоснованному потреблению активной энергии
W = Pх tх

увеличиваются потери энергии при передаче излишней реактивной мощности

При расчете экономического эффекта от замены незагруженных двигателей необходимо знать суммарные потери активной мощности

Qх=

UнIх

реактивная мощность, потребляемая электродвигателем из сети при холостом ходе

коэффициент загрузки электродвигателя

холостом ходе двигателя

целях энергосбережения может быть выполнено отключение двигателя от сети на

время х.х.
Основанием является сопоставление потерь на х.х. с потерями при новом включении двигателя в работу. Если потери энергии при пуске меньше потерь за время х.х., то отключение обеспечит энергосбережение.
Равенство потерь энергии при работе на х.х. и при пуске

Кн -коэффициент, учитывающий нагрузку двигателя при расчете потерь
энергии при пуске

Время пуска двигателя при холостом ходе

Граничное время работы двигателя на холостом ходу

При пренебрежении моментом нагрузки Мхх ввиду его малости по сравнению с Мср формула упрощается

следует проверить целесообразность снижения напряжения на его зажимах.

Это приводит

к уменьшению потребления реактивной мощности (за счет снижения тока намагничивания) и повышению cosϕ.
Уменьшаются потери активной мощности, т.е. увеличивается КПД двигателя.

Методы снижения напряжения у малозагруженных асинхронных двигателей

- переключение статорной обмотки с "треугольника" на "звезду";
- секционирование статорных обмоток;
- понижение напряжения в силовых цепях предприятий переключением ответвлений понижающих трансформаторов;
- применение регулируемого электропривода по схеме ТРН-АД

двигателей напряжением до 1000 В, загруженных менее чем на 30%.

cos ϕн

Величина момента, развиваемого асинхронным двигателем, пропорциональна квадрату напряжения питающей сети.
При переключении обмоток вследствие снижения момента необходимо производить проверку по перегрузочной способности и величине пускового момента.

изготовлены с параллельными ветвями в статорной обмотке, то секционирование осуществляют

путем перепайки лобовых соединений обмотки. Если обмотка выполнена одиночным проводом, то переключение секций возможно капитальном ремонте.

Переключение ответвлений понижающего трансформатора эффективно, если трансформатор не питает одновременно другие приемники, которые не допускают снижения напряжения на их зажимах.
При снижении напряжения питающей сети возрастают потери в самой сети. А в трансформаторах суммарные потери активной мощности при изменении напряжения в большинстве случаев не меняются.

Снижение напряжения влияет на тепловой режим асинхронных двигателей. Снижение напряжения на 10% приводит к росту перегрева двигателя также на 10%.
При загрузке двигателя на 90% допустимо снижать напряжение на 13%, а при kЗ = 0,8 – напряжение можно снижать на 22% без опасности перегрева свыше допустимого.

в зоне номинальной скорости, обеспечив его работу на регулировочной U1

< Uн, а не на естественной характеристике

Электромагнитные потери в двигателе

ΔР=V1+ V2+ Kс1

При работе на естественной характеристике

А≈(Ι0/Ιн)2;

В – конструктивный коэффициент

При работе на регулировочной характеристике

увеличиваются потери V2, уменьшаются потери V1 и Kс1, но их перераспределение таково, что ΔР при работе на регулировочной характеристике меньше, чем на естественной

счет регулирования тока возбуждения может осуществлять генерацию реактивной мощности в

сеть. В этом случае СД работает с опережающим cosϕ

V – образные характеристики - зависимости тока статора I1 и cosϕ от тока возбуждения Iв при UФ = const, f1 = const и P1=const.

Зависимости тока I1(Iв) имеют минимум, которому соответствует максимум коэффициента мощности cosϕ=1

Р1 = 3 UФ I1 cosϕ = 3 UФ I1а

При P1 = const I1а = const. Поэтому при увеличении Iв конец вектора полного тока I1 будет перемещаться вверх по штриховой вертикальной линии. При Iв, близком к номинальному, реактивная составляющая станет равной нулю. Этому будет соответствовать точка минимума кривых токов I1(Iв) и cosϕ =1.
При дальнейшем увеличении Iв (перевозбуждение СД) вновь появится реактивная составляющая, опережающая напряжение на 90°. Ток статора I'1 также будет опережать напряжение и СД будет работать с опережающим cosϕ, отдавая реактивную энергию в сеть.

при холостом ходе (Рх). Область характеристик справа от штрих-пунктирной линии

cosϕ=1 соответствует работе СД с опережающим cosϕ, а слева – с отстающим. С ростом мощности нагрузки область генерации реактивной мощности (опережающего cosϕ) смещается в сторону больших токов возбуждения. Таким образом, если СД работает с переменной нагрузкой на валу, то для полного использования его компенсирующих свойств требуется соответствующее изменение его тока возбуждения, что ведет к увеличению габаритной мощности двигателя.
Отношение полной (габаритной) мощности к активной

Пусть требуемая реактивная опережающая мощность составляет 40% активной мощности, т.е. Q/P = 0,4. При этом отношение S/P составит 1,08, т.е. генерирование указанной реактивной мощности потребует увеличения габаритной мощности только на 8%.

распределения и потребления энергии
устройство, позволяющее накапливать в нем энергию

какого-либо вида в течение периода заряда tз , а затем передавать существенную часть этой энергии нагрузке в течение периода разряда tр. Взаимосвязь параметров накопителя определяется законом сохранения энергии

направления использования накопителей

- аккумулирование избыточной энергии при отключении части потребителей и последующее использование накопленной энергии в периоды интенсивного энергопотребления (гидроаккумулирующая электростанция)

- преобразование энергии различного вида

- преобразование необходимых показателей определенного вида энергии

Емкостной накопитель позволяет выводить в нагрузку токи, во много раз большие, чем при его заряде (ионистор), а в индуктивном накопителе за счет ЭДС самоиндукции цепи можно получить напряжения, значительно превышающие напряжения источника питания

использования
ветровая установка при слабом ветре вырабатывает непригодную для силовых

потребителей электрическую энергию. Заряжая аккумуляторы этой энергией, получаем источник энергии необходимого уровня

согласование их характеристик накопителей с параметрами первичных источников

tр < tз, благодаря чему мощность накопителя при разряде существенно

больше мощности зарядного цикла. Поэтому индуктивный накопитель может использоваться как трансформатор мощности – он обеспечивает кратковременное питание мощных потребителей электроэнергии при разряде после относительно длительного периода запасания энергии при заряде.

интервале времени разряда происходит многократное увеличение мощности по отношению к

средней, потребляемой от источника питания на интервале времени зарядного процесса tз.

Индуктивные и емкостные накопители энергии применяются в силовых схемах статических преобразователей электропривода в качестве устройств искусственной коммутации вентилей, различных фильтров

энергии с последующей отдачей ее для совершения полезной работы.

Поскольку

время заряда может намного превосходить время разряда (tр << tз), то возможно существенное превышение среднеразрядной мощности Рр над средней мощностью Рз заряда. Таким образом, в механических накопителях накапливать энергию допустимо с помощью сравнительно маломощных источников.

По уровню удельной накопленной энергии, приходящейся на единицу массы или объема аккумулирующего элемента, динамические инерционные накопители существенно превосходят индуктивные и емкостные.

статические накопители:
растянутые или сжатые пружины, резины;
газобаллонные аккумуляторы и пневмоаккумуляторы;
ударные устройства различных копров для забивания свай, использующие энергию масс в поднятом состоянии;
водохранилища гидроаккумулирующих электростанций, баки водонапорных установок

последующим её преобразованием и отдачей в форме электрической энергии
При

разряде накопителя механическая энергия преобразуется в электрическую посредством электрической машины, работающей в режиме генератора

В режиме заряда ЭМ работает как двигатель, получая электроэнергию от ИП и раскручивает маховик М. После достижения ротором заданной скорости накопитель может работать в режиме хранения энергии. По сигналу СУ срабатывает переключатель режимов ПР и накопитель переводится в разрядный режим, в котором ЭМ работает как генератор и питает потребитель электроэнергии ПЭЭ. К - обратимый коммутатор

В машинах классической конструкции коммутатор - щеточно-коллекторный узел, а в бесконтактных вентильных - управляемый полупроводниковый преобразователь. Действует как инвертор при работе ЭМ в режиме двигателя и как выпрямитель при генераторном режиме