Marcapolo

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ СРЕДСТВАМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА[1]

Энергосбережение в электроприводе является частью общего процесса эффективного использования электроэнергии и определяется тремя процессами:[2] • энергопотреблением; • энергоиспользованием потребляемой энергии; • энергоуправлением процесса энергопотребления. Энергопотребление – процесс формирования составляющих мощности на входе преобразователя при работе электропривода. Этот процесс характеризуется зависимостями активной, реактивной и мощности искажения от скорости и момента двигателя, показателями качества электроэнергии и их влиянии на характеристики электромеханических преобразователей. Энергоиспользование – использование мощности потребляемой из сети. Этот показатель характеризует качественную сторону процесса энергопотребления. Он показывает насколько эффективно использование потребляемой электроэнергии, какая часть из нее относится к потерям, а какая – к полезной мощности, идущей на вал рабочей машины. Как распределяются потери, которые определяют рабочий режим электродвигателя, его температуру и надежность, позволяет выявить механизмы старения электрооборудования. Энергоуправление – процесс формирования режимов энергопотребления с помощью технических устройств и систем, воздействующих на цепи управления электроприводом и преобразовательные устройства, питающими эти цепи. К энергоуправлению относится управление перераспределением потерь в электрических двигателях, оптимизация потерь, минимизация нагрева активных частей электрической машины, снижение уровней потребляемой реактивной мощности и генерирование гармоник тока. Такой энергетический подход, базирующийся на общности процессов энергопотребления, энергоиспользования и энергоуправления, связывает в единый электромеханический комплекс элементы, рассматривающиеся ранее без взаимосвязи: энергосистема, потребитель (электропривод) и технологическая установка. Каждый из компонентов имеет свои регулировочные возможности в области управления энергопотреблением, перераспределением потерь и др.[3] Первый путь относится к простейшему неуправляемому самому массовому электроприводу и состоит в совершенствовании процедуры выбора двигателя для конкретной технологической установки с целью соблюдения номинального теплового режима двигателя при эксплуатации. Постановка задачи очевидна – двигатель заниженной мощности быстро выходит из строя, а двигатель завышенной мощности преобразовывает энергию неэффективно, то есть с высокими удельными потерями в самом двигателе (низкий КПД) и в подводящих линиях (низкий cos). Решение задачи не всегда элементарно, часты ошибки, а т.к. простейших электроприводов миллионы, то возможен большой ущерб. В случаях, когда нагрузка неизменна, ошибки вызваны лишь низкой квалификацией разработчиков (двигатель выбирали по диаметру вала). Когда нагрузка меняется, выбор оказывается значительно сложнее, что ещё усугубляется недостаточностью исходной информации, паспортных и каталожных данных. Второй путь повышения экономичности массового нерегулируемого электропривода – переход на энергосберегающие двигатели и двигатели улучшенной конструкции, специально предназначенные для работы с регулируемым электроприводом. В энергосберегающих двигателях за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди) повышены номинальные значения КПД и cos. Энергосберегающие двигатели используются, например, в США, и дают эффект при постоянной нагрузке. Эффективность использования энергосберегающих двигателей будет тем выше, чем больше загрузка двигателя и чем ближе режим работы его к постоянной нагрузке. Целесообразность применения энергосберегающих двигателей должна оцениваться с учетом дополнительных затрат, поскольку небольшое (до 5%) повышение номинальных КПД и cos достигается за счет увеличения массы железа на 30-35%, меди на 20-25%, алюминия на 10-15%, т.е. удорожания двигателя на 30-40%. Третий путь - устранение промежуточных передач. Суть проблемы заключается в том, что электрическая энергия доступна на фиксированной частоте (50 Гц), а механическая энергия требуется в широком спектре частот (скоростей). Методы, разработанные много лет назад для решения этой проблемы, используют дорогостоящие системы генератор-двигатель или механические регуляторы. В состав обобщенной схемы злектропривода входят - преобразователь или механический регулятор (коробка скоростей, муфта скольжения), муфта, редуктор и рабочий орган, являющийся частью рабочей машины Четвёртый путь заключается в повышении эффективности работы электропривода, т.е. в выборе рациональных режимов работы и эксплуатации электропривода. Сюда входят:[4] • выбор рационального способа и диапазона регулирования скорости электропривода в зависимости от технологических условий работы машин и механизмов; • выбор рационального способа регулирования скорости в зависимости от характера изменения нагрузки; • ¬¬повышение загрузки рабочих машин; • исключение режима холостого хода; • снижение напряжения на зажимах двигателя; • минимизация тока и потерь энергии АД при изменении нагрузки; • оптимизация динамических режимов; • использование синхронной машины как компенсатора реактивной мощности; • использование аккумуляторов энергии. Пятый путь - выбор рационального типа электропривода для конкретной технологической установки и переходе от нерегулируемого электропривода к регулируемому.

При переходе от нерегулируемого электропривода к регулируемому следует помнить, что:

• экономия энергии часто достигается не за счет собственно привода, а за счет того процесса, который привод обслуживает. При этом экономия может во много раз превосходить собственное потребление электропривода; • для получения полезного энергетического эффекта часто необходимо регулирование в очень небольших пределах при ограниченных требованиях к качеству регулирования. Так, лишь незначительное регулирование скорости насоса, подающего горячую воду в здание, обеспечивает существенную экономию дорогой горячей воды. Такой подход позволяет вместо дорогих и сложных преобразователей частоты использовать дешевые и надёжные регуляторы напряжения, подводимого к обмоткам статоров асинхронных двигателей. Шестой путь - улучшение качества электроэнергии средствами силовой преобразовательной техники регулируемого электропривода. Регулируемый электропривод при работе оказывает неблагоприятное воздействие на сеть электроснабжения, что выражается в снижении коэффициента мощности на входе преобразователя, колебаниях напряжения в сети и искажении синусоидальной формы напряжения. Снижение коэффициента мощности увеличивает реактивную мощность системы электроснабжения, что приводит к дополнительным потерям напряжения и энергии и требует увеличения пропускной способности ее элементов. Несинусоидальность напряжения и тока обусловливает дополнительные потери и нагрев, а также ускоренное старение изоляции электродвигателей, трансформаторов и, кроме того, отри¬цательно сказывается на функционировании различных видов электрооборудования. Специфическое воздействие на раз¬личные виды электрооборудования, системы релейной за¬щиты, автоматики, телемеханики и связи проявляется дифференцировано и зависит от амплитудного спектра напряжения (тока), параметров электрических сетей и дру¬гих факторов. Создание высокоэффективных силовых электронных приборов типа IGBT, GТО и др. позволило существенно расширить функции силовых электронных устройств, используемых для регулирования качества электроэнергии. За последние годы в промышленных странах внедрены стандарты с жесткими требованиями к качеству электроэнергии. Традиционно для регулирования качества электроэнергии использовались тиристорные стабилизаторы, компенсаторы реактивной мощности и пассивные фильтры. Новая элементная база силовой электроники позволяет создавать преобразователи переменного/постоянного тока, работающие в 4-х квадрантах комплексной плоскости на стороне переменного тока с импульсной модуляцией на повышенных частотах (Этот термин соответствует новому стандарту МЭК 60030551). Это позволяет управлять потоками электроэнергии в любом направлении по заданному закону. При подключении накопителей энергии к преобразователю со стороны постоянного тока становится возможным осуществлять обмен реактивной мощностью, включающей мощность высших гармоник между сетью переменного тока и накопителем. Такая схема лежит в основе большинства современных методов регулирования качества электроэнергии. При колебаниях напряжения, особенно в маломощных (небольшие токи короткого замыкания) электросистемах, существует проблема их компенсации, поскольку в этом случае требуются высокоскоростные устройства компенсации реактивной мощности. В этом случае эффективное решение проблемы может быть осуществлено с помощью нового поколения статических тиристорных компенсаторов. Седьмой путь - экономия электроэнергии рабочими установками и механизмами за счет повышения эффективности выполнения технологического процесса. Он включает в себя следующие основные мероприятия: • согласование режимов работы установки при изменении нагрузки; • повышение КПД установки; • регулирование производительности установки; • выполнение оптимальной циклограммы и упорядочение графика нагрузок; • обеспечение нормированной загрузки (для подъемных машин, конвейеров и т.д.); • контроль состояния технологической установки; • применение совершенных видов электропривода; • организационные мероприятия.