- •Специальность 2 – 53 01 05
- •Методические рекомендации по выполнению курсового проекта Разработал преподаватель
- •Содержание
- •1 Разработка функциональной схемы
- •2 Разработка структурной схемы
- •3 Расчет параметров неизменяемой части структурной схемы
- •3.1 Расчет параметров электродвигателя
- •3.2 Расчет постоянных времени
- •4 Расчет параметров регуляторов и цепей коррекции
- •4.1 Расчёт параметров обратной связи по току
- •4.2 Расчет параметров обратной связи по скорости
- •4.3 Расчет параметров регулятора тока
- •4.4 Расчет параметров регулятора скорости
- •5 Расчет статических характеристик электропривода
- •6 Исследование динамических характеристик эп
- •7 Разработка схемы электрической принципиальной эп
- •7.1 Расчёт и выбор трансформатора (анодного реактора)
- •7.2 Расчет и выбор тиристоров
- •7.3 Расчет и выбор элементов защиты
- •7.4 Выбор элементов системы управления
- •8 Разработка методики наладки и расчет показателей надежности эп
- •8.1 Мероприятия по наладке эп
- •8.2 Расчет показателей надежности эп
- •9 Общие направления развития энергосберегающих технологий
- •9.1 Способы снижения потерь электроэнергии
- •9.2 Способы и средства энергосбережения в электроприводах
- •Приложение а
- •Расчетные коэффициенты
- •Приложение в
- •Интенсивности отказа
9.2 Способы и средства энергосбережения в электроприводах
Более 60 % всей производимой в мире электроэнергии потребляется именно электродвигателями в электроприводах рабочих машин, механизмов, транспортных средств. Поэтому меры по экономии электроэнергии в электроприводах наиболее актуальны.
В процессе эксплуатации электропривода значительные потери энергии наблюдаются в переходных режимах и в первую очередь при его пуске.
Потери энергии в переходных режимах могут быть заметно снижены за счет применения двигателей с меньшими значениями моментов инерции ротора, что достигается уменьшением диаметра ротора при одновременном увеличении его длины, так как мощность двигателя при этом должна оставаться неизменной. Например, так сделано в двигателях краново-металлургических серий, предназначенных для работы в повторно-кратковременном режиме с большим числом включений в час.
Повышения КПД двигателей приводов достигается применением новых конструкционных и магнитных материалов, улучшением технологии производства, повышением качества проектирования двигателей.
Использование в статических преобразователях частоты новых полупроводников и диэлектриков, работающих в условиях повышенных температур, также способствует минимизации потерь в электроприводе и повышению его КПД.
Эффективным средством снижения потерь энергии при пуске двигателей является пуск при постепенном повышении напряжения, подводимого к обмотке статора. Такой энергосберегающий способ пуска двигателя возможен только при работе этого двигателя в системе с регулируемым преобразователем: для асинхронных двигателей это устройства плавного пуска или преобразователи частоты, а для двигателей постоянного тока это электронные (тиристорные) устройства управления.
Тиристорный регулятор напряжения (ТРН) включается между сетью и асинхронным двигателем и изменяет напряжение на двигателе при изменении нагрузки таким образом, чтобы оптимизировать какой-либо энергетический показатель – потери, потребляемую мощность, cos и т.д.
Снижение напряжения на зажимах асинхронного двигателя при пуске уменьшает воздействие на сеть, механическую часть двигателя и исполнительного механизма. Электропривод с регулированием по напряжению прост, надежен в эксплуатации, имеет низкие массогабаритные показатели, удобен и пользуется спросом потребителей.
Энергосберегающий эффект при торможении зависит от способа торможения. Наибольший энергосберегающий эффект происходит при генераторном рекуперативном торможении с отдачей энергии в сеть. При динамическом торможении двигатель отключается от сети, поэтому потери энергии при динамическом торможении не происходит. Наибольшие потери энергии происходят при торможении противовключением, когда расход электроэнергии равен трехкратному значению энергии, рассеиваемой в двигателе при динамическом торможении.
При установившемся режиме работы двигателя с номинальной нагрузкой потери энергии определяются номинальным значением КПД. Но если электропривод работает с переменной нагрузкой, то в периоды ее спада КПД двигателя понижается, что ведет к росту потерь. Эффективным средством энергосбережения в этом случае является снижение напряжения, подводимого к двигателю в периоды его работы с недогрузкой. Это возможно реализовать при работе двигателя в системе с регулируемым преобразователем при наличии в нем обратной связи по току нагрузки.
Использованием системы регулирования ПЧ-АД (регуляторов частоты) для электроприводов насосов, вентиляторов и компрессоров при условии развития микроэлектроники и уменьшения стоимости силовых полупроводниковых приборов дает, по публикациям ведущих зарубежных фирм, существенную экономию электроэнергии и быструю окупаемость дорогостоящей системы управления.
Наряду с экономией электроэнергии при применении регулируемых электроприводов по системе ПЧ-АД и повышением КПД насосов и вентиляторов возрастает срок службы электрического и механического оборудования.
Рисунок 10 – Зависимость cos1 = f(Р) асинхронного двигателя
при соединении обмотки статора «треугольником» и «звездой»
При проектировании электропривода важным является правильный выбор мощности двигателя. Так, выбор двигателя завышенной мощности приведет к снижению его технико-экономических показателей (КПД и коэффициент мощности), вызванных недогрузкой такого двигателя, а следовательно, к росту эксплуатационных расходов электропривода, так как с уменьшением КПД и коэффициента мощности возрастает непроизводительный расход электроэнергии. Такое решение при выборе двигателя ведет также к росту капитальных затрат (стоимость двигателя с увеличением его номинальной мощности возрастает).
Применение двигателей заниженной мощности вызывает их перегрузку в процессе эксплуатации. Вследствие этого повышается температура перегрева обмоток, что способствует росту потерь и вызывает сокращение срока службы двигателя. В конечном итоге возникают аварии и непредвиденные остановки электропривода, и, следовательно, растут эксплуатационные расходы. В наибольшей степени это относится к двигателям постоянного тока из-за наличия у них щеточно-коллекторного узла, наиболее чувствительного к перегрузкам.
Большое значение имеет рациональный выбор пускорегулирующей аппаратуры. С одной стороны, желательно, чтобы процессы пуска, торможения, реверса и регулирования частоты вращения не сопровождались значительными потерями электроэнергии, так как это ведет к удорожанию эксплуатации электропривода. Но, с другой стороны, желательно, чтобы стоимость пускорегулирующих устройств не была бы чрезмерно высокой, что привело бы к росту капитальных затрат. Если электропривод не подвержен частым регулировкам, пускам, реверсам и т.п., то повышенные затраты на дорогостоящее пускорегулирующее оборудование могут оказаться неоправданными, а расходы, связанные с потерями энергии - незначительными. И наоборот, при интенсивной эксплуатации электропривода в переходных режимах применение полупроводниковых пускорегулирующих устройств становится оправданным.
Решению проблемы энергосбережения способствует применение синхронных двигателей, создающих в питающей сети реактивные токи, опережающие по фазе напряжение. В итоге сеть разгружается от реактивной (индуктивной) составляющей тока, повышается коэффициент мощности на данном участке сети, что ведет к уменьшению тока в этой сети и, как следствие, к энергосбережению. Эти же цели преследует включение в сеть синхронных компенсаторов.
Примером целесообразного применения синхронных двигателей является электропривод компрессорных установок, снабжающих предприятие сжатым воздухом. Для этого электропривода характерен режим: пуск при небольшой нагрузке на валу, продолжительный режим работы при стабильной нагрузке, отсутствие торможений и реверсов. Такой режим работы вполне соответствует свойствам синхронных двигателей. Используя в синхронном двигателе режим перевозбуждения, можно достичь значительного энергосбережения в масштабе всего предприятия.
С аналогичной целью применяют силовые конденсаторные установки («косинусные» конденсаторы). Создавая в сети ток, опережающий по фазе напряжение, эти установки частично компенсируют индуктивные (отстающие по фазе) токи, что ведет к повышению коэффициента мощности сети, а, следовательно, к энергосбережению.
Заключение
В данном разделе на основании проведенного проектирования системы ЭП необходимо сделать выводы по результатам разработки каждого раздела, а также общий вывод по итогам проектирования ЭП постоянного тока.
Список литературы
Головенков, С. Н., Сироткин, С. В. Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением: Учебн. пособие для мишиностроительных техникумов. – Москва : Машиностроение, 1980. – 142 с., ил.
Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий / под редакцией М. Г. Зименкова. – Москва : Энергоатомиздат, 1983. – 674 с., ил.
Михайлов, О. П. Автоматизированные электроприводы станков и промышленных роботов : Учебник для вузов. – Москва : Машиностроение, 1990. – 304 с. : ил.
Михеев, И. И., Опейко, О. Ф., Анхимюк В.А. Теория автоматического управления. – Минск : Дизайн ПРО, 2000. – 348 с.