Потенциал экономии электроэнергии при совершенствовании оу

Мероприятие	Экономия ЭЭ,%
Переход на светильники с эффективными разрядными лампами (в среднем): использование энергоэкономичных ЛЛ использование КЛЛ (при прямой замене ЛН) переход от ламп ДРЛ на лампы НЛВД улучшение стабильности характеристик ламп (снижение коэффициента запаса ОУ)	20-80 10-15 75-80 20-30
Снижение энергопотерь в ПРА: применение электромагнитных ПРА с пониженными потерями для ЛЛ применение ЭПРА	30-40 70
Применение светильников с эффективными КСС и высоким КПД	15-20
Применение световых приборов оптимального конструктивного исполнения с повышенным эксплуатационным КПД (снижение коэффициента запаса на 0,2-0,3)	25-45
Применение интеллектуальных цифровых схем управления в энергоэкономичном варианте (современные ИС, ОП, ПРА) в зависимости от времени эксплуатации в течение суток	40-70
Использование локализованного освещения в зависимости от доли вспомогательной площади помещения	до 40
Использование комбинированной системы освещения в зависимости от сложности зрительных задач	15-50

Лекция 6. Мероприятия по снижению потерь электрической энергии в электроприводе

ПУТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ

Первый путь относится к простейшему и самому массовому неуправляемому электроприводу с короткозамкнутыми асинхронными двигателями и состоит в совершенствовании процедур выбора двигателей для конкретных установок.

Необходимо проверять соответствие мощности привода (электродвигателя) потреб­ляемой мощности нагрузки, т.к. завышение мощности электродвигателя приводит к снижению КПД и соs φ. С уменьшением степени загрузки двигателя возрастает доля потребляемой реактивной мощности, на создание магнитного поля системы по срав­нению с активной мощностью и снижается величина соs φ. Капитальные затраты на замену одного двигателя другим двигателем с соответствующей номинальной мощ­ностью целесообразны при его загрузке менее 45 %; при загрузке 45-75 % для замены требуется проводить экономическую оценку мероприятия; при загрузке более 70 % замена нецелесообразна.

Эффективность зависит от типа, скорости, времени нагрузки двигателя, а также от его мощности:

Для двигателей мощностью 5 кВт при 100 % нагрузке КПД = 80 %, для двигателей 150 кВт КПД = 90%.

Для двигателей мощностью 5 кВт при 50 % нагрузке КПД = 55 %, для двигателей мощностью 150 кВт КПД равен 65 %.

Рисунок 5.23 Сложение составляющих потерь мощности в электродвигателях:

1 — потери на трение и сопротивление; 2 — с учетом потерь в стали;

3 — с учетом потерь на рассеивание;

4 — с учетом активных потерь в меди — суммарные потери

Рисунок 5.24 Влияние на потери переключения из "треугольника" в "звезду" стандартного двигателя мощностью 7,5 кВт:

1 — соединение "звездой"; 2 — соединение "треугольником"

При снижении нагрузки двигателя до 50 % и менее его эффективность начинает быстро падать по причине того, что потери в железе начинают преобладать.

Суммарные потери в электродвигателе имеют четыре основных составляющих (рис. 5.23):

1. Потери в стали (потери намагничивания), связанные с напряжением питания, по­стоянны для каждого двигателя и не зависят от нагрузки;

2. Активные потери в меди I²R, пропорциональные квадрату тока нагрузки;

3. Потери на трение, постоянные для данной частоты вращения и не зависящие от нагрузки;

4. Добавочные потери от рассеивания – зависят от нагрузки.

Часто в режиме холостого хода потребляется почти столько же энергии, сколько необходимо для работы. Переключение обмоток двигателя мощностью 7,5 кВт, рабо­тающим в номинальном режиме (линейное напряжение равно 380 В) по схеме "треу­гольник", на схему "звезды" при работе на пониженной нагрузке 1 кВт (режим холосто­го хода) позволяет уменьшить потери с 0,5 кВт до 0,25 кВт (рис. 5. 24).

Автоматическое переключение обмоток со схемы "треугольник" на схему соедине­ния "звезда" в зависимости от нагрузки является простейшей схемой регулирования двигателя, длительное время работающего на малой нагрузке. Необходимо избегать работы двигателя в режиме холостого хода.

Второй путь повышения экономичности массового нерегулируемого электропривода - переход на энергосберегающие (энергоэффективные) двигатели, в которых за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди) повышены номинальные значения КПД и cos φ. На Западе широко применяются двигатели, ис­пользующие более качественные электротехнические стали и медные обмотки, по­зволяющие на 2-5 % уменьшить активные потери.

Указанная возможность, широко используемая, например, в последние годы в США, дает эффект, когда двигатель работает с практически постоянной нагрузкой и, разумеется, правильно выбран. Целесообразность создания и применения энергосберегающих двигателей в таких приводах должна оцениваться с всесторонним учетом дополнительных затрат, поскольку небольшое — на несколько процентов — повышение номинальных КПД и cos φ достигается за счет увеличения массы железа на 30—35%, меди — на 20—25%, алюминия на 10—15%.

Существует четыре направления по­вышения энергоотдачи таких устройств:

• большая длина сердечника из стальных пластин с низкими потерями. Этим умень­шаются магнитная индукция и, следовательно, потери в стали;

• потери в меди уменьшаются максимальным использованием пазов и обеспечени­ем подходящих размеров проводников;

• потери от рассеивания минимизируются тщательным подбором количества пазов и их геометрией;

• уменьшение потерь приводит к снижению мощности вентилятора обдува, затра­чиваемой на охлаждение двигателя.

Энергоэффективные двигатели имеют более высокий КПД, допускают термичес­кие перегрузки, менее требовательны к обслуживанию, менее чувствительны к коле­баниям напряжения сети и меньше шумят. Некоторые энергоэффективные двигатели имеют цену дви­гателей обычного исполнения.

Третий путь — создание специальных дополнительных технических средств, обеспечивающих в нерегулируемом электроприводе минимизацию вредного влияния на энергетические показатели отклонения нагрузки от номинальной. Необходимо подчеркнуть, что эти технические средства — специальные регуляторы электрической энергии, включаемые между сетью и статором двигателя, - кроме функций энергосбережения выполняют и другие, часто не менее важные функции — управляют режимами пуска и торможения, иногда регулируют скорость и момент, осуществляют защиту, диагностику и т. п., т. е. повышают технический уровень привода в целом, увеличивают его надежность. С учетом многофункциональности применения такое решение оказывается экономически целесообразным для приводов с переменной нагрузкой даже при относительно высокой цене энергосберегающего устройства.

Надо иметь в виду, что включение между сетью и статором двигателя любого полупроводникового устройства неизбежно приведет к искажению напряжения и тока, как в двигателе, так и в сети. Так появляется новая проблема — проблема электромагнитной совместимости сети и привода. При единичных применениях такого типа энергосберегающих устройств она касается главным образом двигателя, однако при массовом их использовании необходимо учитывать и внешнее влияние.

Четвертый путь — переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Этот объективный процесс, обусловленный повышением технического уровня оборудования, в котором используется электропривод, часто дает возможность рационального решения энергетических задач. Перед детальным рассмотрением этого пути энергосбережения отметим лишь три важных обстоятельства.

Во-первых, при переходе к регулируемому электроприводу экономия энергии часто достигается не за счет собственного привода, а за счет того процесса, который привод обслуживает, причем экономия иногда во много раз превосходит собственное потребление электропривода.

Во-вторых для получения полезных энергетического и других эффектов, часто нужны изменения координат (скорости, момента) электропривода в очень небольших пределах при ограниченных требованиях к качеству регулирования.

И, в-третьих, специфика конкретных задач такова что нет каких-либо универсально хороших решений и инженеру приходится в каждом случае искать из большого набора возможностей одну — лучшую в определенном смысле.

Пятый путь, относящийся к регулируемому электроприводу,— учет наряду с прочими энергетических критериев оценки его качества. Этот путь приобретает существенное значение сейчас, поскольку регулируемый электропривод перестал быть экзотическим устройством и играет все более заметную роль в энергетическом балансе. Здесь существенны и совершенствование традиционных решений, и поиск новых, эффективных в энергетическом смысле.

Идя по любому пути энергосбережения, надо особое внимание уделять комплексному решению задач, не ограничиваться пользой, полученной — и даже доказанной — в одном месте.

Определены основные пути энергосбережения в электроприводе — совершенствование алгоритмов выбора двигателей в простейшем массовом асинхронном электроприводе; использование в установках с неизменными нагрузками специальных энергосберегающих двигателей с повышенной массой активных материалов; создание специальных технических средств регуляторов напряжения для массового асинхронного электропривода, работающего с переменными нагрузками; переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому; разработка энергетически эффективных регулируемых электроприводов.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД КАК СРЕДСТВО ЭНЕГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Как правило, необходимость регулирования скорости или момента электроприводов производственных механизмов диктуется требованиями технологического процесса. Существует ряд механизмов, для которых изменение скорости по условиям технологии не требуется либо для регулирования используются другие (не электрические) способы влияния на параметры технологического процесса. В первую очередь к ним относятся механизмы непрерывного транспорта для перемещения твердых, жидких и газообразных продуктов: конвейеры, вентиляторы, нагнетатели, насосные установки. Для этих механизмов в настоящее время используются, как правило, нерегулируемые асинхронные электроприводы, которые приводят в движение рабочие органы с постоянной скоростью независимо от загрузки механизмов. При неполной их загрузке режимы работы с постоянной скоростью характеризуются повышенным удельным расходом электроэнергии по сравнению с номинальным режимом. Снижение скорости механизмов непрерывного транспорта при недогрузке позволяет выполнить необходимый объем работы с меньшим удельным расходом электроэнергии, т. е. решить чисто экономическую задачу по снижению энергоемкости технологического процесса перемещения продуктов. Обычно при снижении скорости таких механизмов экономический эффект появляется также за счет улучшения эксплуатационных характеристик технологического оборудования.

Эффект в сфере технологии часто оказывается существенно выше, чем за счет экономии электроэнергии, поэтому принимать решение о целесообразности применения регулируемого электропривода для таких механизмов, оценивается лишь энергетический аспект, принципиально неверно.

Анализ энергетических характеристик элементов силового канала электропривода показывает, что принципиально имеются два пути для уменьшения энергопотребления: за счет снижения потерь в силовых преобразователях электропривода и за счет регулирования технологических показателей рабочей машины при изменении скорости электропривода. Фактически второй путь тоже приводит к снижению потерь энергии в рабочей машине, которая путем регулирования скорости более точно с точки зрения энергетических затрат приспосабливается к требованиям технологического процесса.

В силовом канале электропривода обычно имеются три типа преобразователей энергии: электрические, электромеханические и механические. Как правило, преобразователи выбираются из условия максимальной длительной нагрузки электроприводов. Часто электроприводы работают с неполной загрузкой (в установившихся режимах) или с перегрузкой (кратковременной); при этом энергетические показатели электропривода ухудшаются по сравнению с их номинальными значениями.