Основная задача оптимизации - повышение эффективности использования энергоустановок. Эффективность можно рассматривать как меру реализации определенных целей и как соотношение между результатами и затратами, необходимыми для их получения. В качестве показателей эффективности используются показатели, выделенные в три основных блока: результативность, экономичность, рентабельность. При этом экономичность (или экономическая эффективность) рассматривается в двух аспектах: как производительность ресурсов и как удельные издержки производства (себестоимость продукции).
Оптимизационная задача - это задача приведения бизнес-системы или ее составных частей в наилучшее (оптимальное) состояние. Формализованная оптимизационная задача содержит: критерий оптимальности (функционально или стохастически зависящий от управляемых параметров); заданные управляемые параметры (вектор управлений); множество допустимых способов управления, определяемое совокупностью условий (ограничений, связей), воздействующих на управляемые параметры. В зависимости от содержания оптимизационной задачи возможны различные ее постановки (в том числе математические).
Существуют разные методы решения задачи оптимального распределения нагрузки между тепловыми электростанциями. Наиболее известным является метод равенства относительных приростов, разработанный на основе теории неопределенных множителей Лагранжа. Этот метод исходит из положения, что оптимизации в краткосрочном периоде подлежат только переменные издержки, основную часть из которых составляют издержки на топливо. Поскольку на разных электростанциях стоимость топлива различная, то с экономической точки зрения оптимизация распределения нагрузки будет иметь место при равенстве относительных приростов издержек на топливо.
В условиях плановой экономики эта методология применялась в энергосистемах не только с тепловыми электростанциями, но и с гидроэнергетическими, поскольку определялся наивыгоднейший режим, который обеспечивал (с учетом ограничений по водному режиму) наибольшую экономию издержек на топливо на тепловых электростанциях при увеличении расхода воды на ГЭС. При этом оптимизационные задачи решались с учетом потерь активной мощности в электрических сетях.
В условиях рыночной экономики задачи оптимизации режимов работы энергетического оборудования становятся намного сложнее из-за необходимости учитывать множество факторов, в том числе и определяемых особенностями модели рынка электроэнергии и мощности и его стадиями: регулируемый режим, частично конкурентный в переходный период, конкурентный режим при целевой модели.
Вместе с тем методология оптимизации находит место и в электроэнергетике, осуществляющей деятельность на конкурентной основе в соответствии с действующими рыночными механизмами и стимулами. Переход электроэнергетики от монополии к конкуренции означает также необходимость нового подхода к оптимизационным задачам в управлении режимами работы энергетического оборудования. Оптимизационные задачи должны решаться с учетом присутствующих на рынке электроэнергии рисков:
· риска рыночной цены (ценовой риск);
· риска объемов продаж (количественный риск);
· риска цены на топливо (конъюнктурный риск);
· риска готовности мощностей (технологический риск).
Для генерирующих компаний и их электростанций существенной является разновидность количественного риска - риск недозагрузки или неоптимальной загрузки имеющихся мощностей из-за недостаточного объема продаж вследствие конкуренции со стороны других производителей. Этот риск относится к области общего предпринимательского риска производителя и управляется через оптимальный подбор генерирующих установок разных мощностей и их характеристик, включая виды используемого топлива; ценовую политику; снижение издержек, расширение участия в других сегментах рынка, например, рынке мощности, отклонений (балансирующий сегмент рынка), готовности резервов, регулировании частоты и напряжения и др.).
Конкурентные цены и их оптимизация с учетом всех сегментов рынка позволяют производителям энергии получать доход, покрывающий их переменные и постоянные издержки, включая нормальную прибыль. Нормальная прибыль в среднесрочных и долгосрочных периодах свидетельствуют об оптимальном уровне эффективности использования производственных мощностей энергокомпаний.
Применяемые на практике кривые предельных издержек, по сути, являются кривыми относительных приростов. Для электростанций именно относительный прирост расхода топлива в основном отражает дополнительные издержки производства.
Если производитель, участвуя в конкурентном рынке, покрывает только свои переменные издержки, он может на рынке, не имеющем избытка мощностей, получить доход, необходимый для покрытия постоянных издержек и достаточный, чтобы оставаться конкурентоспособным на рынке за счет дополнительного источника дохода - высоких цен на электроэнергию в пиковые часы нагрузки энергосистемы, которые могут превышать предельные издержки самых «дорогих» производителей. Такой подход стимулирует энергокомпании на повышение эффективности использования установленных мощностей электростанций и на выполнение реконструктивных мероприятий, повышающих установленную мощность действующих энергоустановок.
Теплоэнергетика относится к весьма топливоемким отраслям экономики (основная составляющая издержек производства на ТЭС связана с топливом - 50-70 % себестоимости, причем в издержки входит и создание страховых резервных запасов топлива - мазута и угля). Поэтому задача улучшения эффективности топливоиспользования является наиважнейшей задачей оптимизации. Рентабельность (финансовая эффективность, характеризующая отдачу активов или капитала компании в виде показателей ROA - коэффициента рентабельности активов, ROTA - коэффициента рентабельности всех активов, ROE - коэффициента рентабельности собственного капитала, ROCE - коэффициента рентабельности обыкновенного акционерного капитала) служит конечным, обобщающим показателем деятельности энергокомпании. Она формируется исходя из результативности и экономичности, но является не простой суммой этих элементов эффективности, а итогом сложного взаимодействия энергокомпании с внешней средой.
Необходимость оптимизации режимов работы энергетического оборудования обусловлена и тем, что существует прямая конкуренция между энергокомпаниями-производителями, между энергокомпаниями и собственными генерирующими установками потребителей, между энергокомпаниями и генерирующими установками независимых производителей и др.
В сфере передачи и распределения электрической энергии в связи с отсутствием прямой конкуренции в силу естественного монополизма вступает в силу и действует конкуренция во внешней среде на рынке капитала для получения инвестиционных ресурсов. Поэтому даже электросетевые энергокомпании, оказывающие электросетевые услуги, вынуждены снижать издержки, чтобы быть привлекательными для инвесторов. Поэтому при оптимизации режимов работы электрических сетей первоочередной является задача оптимизации топологии, структуры и режимов работы сетей, чтобы снизить технологические потери в сетях.
Говоря об оптимизации режимов работы энергетического оборудования в условиях конкурентного рынка электроэнергии, мощности и рынка системных услуг, следует понимать, что переход к конкурентным отношениям со свободным ценообразованием может негативно отражаться на надежности и качестве электроснабжения в силу ряда причин. В регулируемой электроэнергетике в управлении надежностью в значительной степени преобладали методы административного принуждения без адекватной экономической обоснованности. Рыночная экономика не должна отказываться от внеэкономических методов регулирования и управления как надежностью, так и технико-экономической эффективностью в силу как реальных практических ожиданий потребителей, так и макроэкономических требований экономики страны.
Оперативное управление на энергопредприятиях осуществляется на основе непрерывного (повседневного) слежения за ходом всех производственных и финансово-экономических процессов и оказывает целенаправленное воздействие на коллективы служб, отделов, цехов, участков, смен и бригад, а также на рабочих, осуществляющих оперативное обслуживание оборудования для обеспечения безусловного выполнения утвержденных производственных программ. Развитие навыков оперативного управления позволяет менеджменту осуществлять ежедневную управленческую деятельность, обеспечивающую в итоге необходимую эффективность и надежность работы энергетического оборудования.
Содержание
Введение………………………………………………………… ……………….3
1. Выбор оптимального состава агрегатов……………………………………4
2. Оптимальное распределение тепловой нагрузки между агрегатами ТЭЦ…7
3. Оптимизация режимов работы турбин при прохождении провалов электрических нагрузок………………………………………………………… ..9
4. Эффективность применения частотных регулируемых приводов в системах теплоснабжения………………………………………… …………………………13
Выводы……………………………………………………………… ………….23
Список литературы
Введение
В
условиях реструктуризации и перехода
к рыночным механизмам в энергетике
России приоритетными в развитии
энергетической науки становятся направления,
связанные со снижением себестоимости
отпускаемой тепловой и электрической
энергии на основе повышения эффективности
их работы. При этом следует отметить,
что речь идет не о введении дополнительных
мощностей путем постройки новых
источников энергии, а о повышении
конкурентоспособности существующих.
На
сегодняшний день разработанные
методики оптимизации режимов работы
и управления оборудованием ТЭЦ
недостаточно учитывают фактическое
состояние, связанное с устареванием
и моральным износом основного
и вспомогательного оборудования, а
нормативная база энергетических характеристик
оборудования требует постоянной корректировки
в процессе эксплуатации. Существующие
методы планирования оптимального управления
режимами работы энергетическим оборудованием
трудоемки и занимают много времени,
что снижает оперативность принятия
решений персоналом ТЭЦ не только
в вопросах эффективного распределения
нагрузок между агрегатами, но и
подготовки и подачи качественных отчетов
и ценовых заявок по участию ТЭЦ
в реализации электроэнергии на ОРЭМ.
Рассмотрим
некоторые методики оптимизации
режимов работы энергетического
оборудования.
- Выбор
оптимального состава
агрегатов
Включение в работу отдельных агрегатов влияет на величину и размещение резервов, на режим электрической сети, на перетоки по межсистемным линиям электропередач, на расход топлива системы и т.п. Поэтому задача выбора оптимального состава агрегатов относится к числу
важнейших.
В общем случае для системы, k тепловых станций, задача заключается в том, чтобы для каждого расчетного интервала времени определить:
1) состав агрегатов;
2) моменты пуска и остановки агрегатов;
3) распределение нагрузки между ними, обеспечивающее минимум эксплуатационных затрат и выполнение всех требований по надежности.
При постановке математического описания задачи необходимо учитывать:
1) энергетические характеристики;
2) пусковые расходы агрегатов (котлы или турбины при остановке охлаждаются, поэтому при новом пуске требуют тепло. Эти затраты зависят от длительности остановки агрегата, если она меньше суток, если больше – не зависят);
3) вид, сорт, стоимость топлива на ТЭС;
4) потери мощности, ограничения в электрических сетях;
5) ограничения на комбинации работающих агрегатов; и др.
В соответствии с вышеназванным задача выбора состава агрегатов является:
– нелинейной,
– целочисленной,
– многоэкстремальной,
– имеет высокую размерность (2n, n-число агрегатов).
Нельзя непосредственно решать задачу методом неопределенных множителей Лагранжа, т.к. изменение числа работающих агрегатов является дискретным, при этом характеристики станции меняются скачком. Можно использовать метод динамического программирования, но только для числа агрегатов до 20-30. Нет достаточно общих методов для организации вариантного анализа различных составов. Все существующие методические приемы являются приближенными.
Пусть имеется энергосистема только с ТЭС, т.е. все агрегаты установлены на тепловых электростанциях. Нагрузку энергосистемы примем неизменной и вначале не будем учитывать пусковые расходы. Далее примем, что все активные мощности распределяются между включенными агрегатами оптимально по критерию.
? = b i /(1- ? i ) = idem (1)
Определим критерий выгодности остановки одного из работающих агрегатов, например, агрегата j . Удельные расходы затрат обозначим?, тогда:
? j = B j/ Pj (2)
Пусть агрегат j , об остановке которого идет речь, работает до остановки с мощностью P j 0 и с удельным расходом затрат? j 0 . Тогда экономия затрат от остановки агрегата составит:
Э j 0 =? j 0 P j 0 (3)
При остановке агрегата j придется мощность P j 0 возложить на другие агрегаты энергосистемы по принципам оптимального распределения мощностей.
Здесь? 0 и? к – начальное и конечное значение удельного прироста затрат в системе при остановке агрегата j ; ? j 0 и? j к – начальное и конечное значение удельного прироста потерь мощности в сети.
На основе данного критерия можно принять следующий алгоритм выбора оптимального состава агрегатов. Для каждого рассматриваемого периода, например суток, выбирают оптимальные агрегаты. Вначале предполагают, что работают все и находят оптимальное распределение активных мощностей при этом условии. Затем находят экономию от остановки для каждого агрегата в отдельности, а также удельную экономию на единицу номинальной мощности:
Э 0 = Э Р j ном (6).
При остановке в первую очередь выбирают агрегат, дающий наибольшую удельную экономию. Учет ведется по удельной экономии потому, что в любой час можно остановить агрегаты с номинальной мощностью не более, чем?P =P ?ном?Р ? ?R опт,
где P ?ном – номинальная мощность всех агрегатов, опт – заданная величина оптимального резерва мощности в системе. После остановки первого агрегата, дающего наибольшую удельную экономию, вновь производят оптимальное распределение мощностей по работающим агрегатам, затем – расчет удельных экономий от остановки дополнительных агрегатов. Опять выбирают для остановки агрегат, дающий наибольшую удельную экономию и т.д. до тех пор, пока или вообще не будет агрегатов, или остановка очередного не будет приводить к недопустимому снижению резерва мощности.
Таким образом выясняется, какие агрегаты должны стоять в течение отдельных часов суток.
Для приближенного учета пусковых расходов агрегатов считаем, что их выгодно останавливать только на некоторое число часов в сутки?, тогда в остальные часы суток повышают удельные расходы агрегата путем добавки к фактическим затратам? j Pj пусковых расходов за? часов, разделенных на число рабочих часов. Исправленный удельный расход затрат для нагрузки Pj . Будет:
= (4)
где T уд – пусковые расходы за час стоянки. Затем производят новый выбор оптимальных агрегатов без учета пусковых расходов и вновь корректируют удельные расходы. Ввиду сложности расчетов задачу выбора оптимального состава агрегатов рекомендуется решать с использованием ЭВМ.
- Оптимальное
распределение тепловой
нагрузки между агрегатами
ТЭЦ
Максимальная комбинированная выработка электрической энергии определяет наиболее высокую тепловую экономичность ТЭЦ в целом только в случае, когда начальные и конечные параметры (температура конденсации) всех турбин одинаковы. Если же на ТЭЦ установлены турбины с различными начальными параметрами, то максимальная комбинированная выработка электрической энергии не всегда определяет наиболее высокую тепловую экономичность ТЭЦ в целом, так как передача всей тепловой нагрузки на теплофикационные турбины с наиболее высокими начальными параметрами с целью увеличения комбинированной выработки энергии приводит в рассматриваемых условиях к увеличению низкоэкономичной конденсационной выработки на турбинах с более низкими начальными параметрами.
Условием наиболее высокой экономичности ТЭЦ с любым набором оборудования является минимальный расход условного топлива на отпуск заданного количества и качества (параметров) электрической энергии и теплоты. При одинаковых КПД всех работающих котлов, а также одинаковых внутренних относительных КПД отсеков турбин ниже патрубков отбора условием оптимального теплового режима ТЭЦ является минимальный расход эксергии на удовлетворение заданной тепловой нагрузки ;
(5)
где - коэффициент работоспособности отработавшей теплоты, отводимой в систему теплоснабжения; Т Т - средняя температура отработавшей теплоты, К; Т 0.С - средняя температура отвода теплоты в окружающую среду, в данном случае из конденсатора турбоустановки, К.
В том случае, когда у всех турбоустановок ТЭЦ Т 0 с = idem и для теплоснабжения используется только пар из отборов турбин, условию максимальной тепловой экономичности соответствует минимальная средняя температура насыщенного пара или, что то же самое, минимальное среднее давление в отборе.
При Т 0 с = idem и одинаковом давлении в отборах у всех турбоустановок ТЭЦ, но при разных температурах перегрева пара в отборах условию максимальной тепловой экономичности соответствует минимальная температура пара, используемого для теплоснабжения.
При одинаковых значениях Т Т у всех турбоустановок, но разных значениях Т 0 с, т.е. при разных температурах отвода теплоты из конденсатора, минимальное значение имеет место в турбоустановке с наиболее высокой температурой конденсации. В первую очередь целесообразно использовать в этом случае отборы турбин, имеющих наиболее высокую температуру конденсации.
- Оптимизация
режимов работы турбин
при прохождении
провалов электрических
нагрузок
Особые затруднения в эксплуатации вызывают глубокие снижения нагрузки в основном, в ночное время, при этом вся тяжесть регулирования приходится на оборудование высокого давления (агрегаты мощностью 100, 150, 200 МВт).
Регулирование ночных провалов до 1970 г, производилось путем разгружения части этих агрегатов до 60% и разгрузки до 5-10 МВт агрегатов мощностью 100 МВт.
Работа турбогенераторов на низких нагрузках приводит к большим перерасходам топлива, а их чрезмерно частый останов - к увеличению износа оборудования. Все это привело к необходимости отыскания более экономичных и надежных путей прохождения суточных провалов графиков электрических нагрузок в сочетании с высокой маневренностью.
Одним из возможных способов резервирования турбоагрегатов после проведения комплекса испытаний и исследований - это перевод турбогенератора в режим синхронного компенсатора. При этом генератор остается включенным в сеть и за счет потребления активной мощности вращается вместе с турбиной с номинальной скоростью.
Подача острого пара в турбину прекращается, а в проточную часть турбины подается охлаждающий пар для обеспечения и поддержания необходимого температурного состояния. При этом генератор может работать как компенсирующее устройство (синхронный компенсатор), так и в чисто двигательном режиме (без реактивной мощности).
Рисунок 1. Схема дополнительных трубопроводов для перевода турбогенератора 100 МВТ в режим синхронного компенсатора.
I – острый пар; II – из коллектора третьих отборов; III – от уравнительной линии деаэраторов.
Для турбин К-100-90 (рисунок 1) в цилиндр высокого давления - ЦВД охлаждающий пар подается в 3-й отбор из общестанционного коллектора 3-х отборов (t=240°С р=0,4 МПа). Этот пар проходит сначала, XI и ХII ступени ЦВД, а затем через перепускные трубы поступает в цилиндр низкого давления (ПНД) и сбрасывается в конденсатор. Для возможности работы турбины при ухудшенном вакууме (летний период) предусматривается дополнительный трубопровод подачи пара в паровпуск ЦНД из паровой уравнительной линии деаэраторов.
Во избежание расхолаживания насадной втулки перед него уплотнения при работе турбогенератора в РД, когда уплотняющий пар (деаэрационный) имеет температуру 130-150°С, а также быстрого её нагрева во время перехода на активную нагрузку, была выполнена схема подвода острого пара в I отсос переднего уплотнения ЦВД и установлена задвижка, связывающая этот отсос с 3-им отбором ЦВД. Для охлаждения патрубков используется принцип подхвата обратными паровыми потоками из конденсатора в проточную часть воды в виде мелкодисперсной влаги. Для подвода конденсата используется линия рециркуляции с реконструкцией коллектора.
Рисунок 2. Схема дополнительных трубопроводов для перевода турбогенератора 200 МВТ в режим синхронного компенсатора.
I – из горячего промперегрева; II – из холодного промперегрева; III – из уравнительной линии деаэраторов; IV – сброс в конденсатор.
Работа турбины К-200-130 в моторном режиме (рисунок 2) обеспечивается подводом в проточную часть цилиндров среднего и низкого давления пара от постороннего источника для поддержания необходимого температурного состояния металла цилиндров. С этой целью турбоустановка оборудуется следующими дополнительными трубопроводами:
а) подводом пара из паропроводов горячего промперегрева соседних работавших блоков в камеры передних концевых уплотнений ЦВД и ЦСД;
б) подвода пара в IV отбор турбины (ЦСД) из паропроводов холодного промперегрева соседних работающих блоков;
в) подвода деаэрационного пара в перепускные трубы ЦНД.
Для охлаждения выхлопных патрубков цилиндра низкого давления при работе турбины в моторном режиме или на холостом ходу в конденсаторе турбины смонтированы специальные коллекторы с форсунками с подводом основного конденсата из линии рециркуляции.
и т.д.................
Эффективность использования электрооборудования оценивается по суммарным затратам на единицу наработки и зависит от многих факторов. Большое влияние оказывает мощность нагрузки электрооборудования. Актуальность правильного выбора нагрузки возрастает в связи с широким применением автоматизированных электроприводов в производстве.
Для электроприводов зависимость критерия эффективности от нагрузки имеет сложный нелинейный характер. При малой нагрузке, т.е. при использовании, например, двигателя завышенной мощности, электропривод имеет низкие значения КПД и . Увеличение нагрузки приводит к улучшению энергетических показателей, но при этом возникают отрицательные последствия - перегрев и снижение надежности двигателя. Лишь при оптимальной мощности нагрузки суммарные затраты достигают наименьшего значения, а эффективность эксплуатации электропривода будет наивысшей. В соответствии с повсеместным применением двигателей даже незначительные погрешности выбора их нагрузки приводят к большому народнохозяйственному ущербу.
Задача обоснования оптимальной нагрузки электрооборудования состоит в том, чтобы выявить и сравнить положительные и негативные последствия, т. е. конкурирующие эффекты, возникающие при увеличении нагрузки, и выбрать такую мощность нагрузки, при которой достигается наилучшее значение критерия эффективности эксплуатации. В частном случае таким критерием служат суммарные потери двигателя.
Оптимизация нагрузки двигателя по суммарным потерям. В теории электрических машин установлено, что суммарные потери двигателя имеют наименьшее значение при коэффициенте нагрузки , равном корню квадратному из отношения потерь двигателя:
где , – потери холостого хода (постоянные) и короткого замыкания (переменные), о. е.
Полученный по (4.2) результат - итог решения частной задачи, в которой не приняты во внимание потери в системе электроснабжения. С целью более точного учета реальных факторов объектом изучения при оптимизации нагрузки должен быть не только двигатель, но и система. Комплексный учет характеристик двигателя и системы электроснабжения выполняют по выражению оптимальной нагрузки:
где – коэффициент увеличения потерь за счет системы электроснабжения (=1,1…1,2); – эквивалент реактивной мощности, показывающий значение активных потерь в сетях от каждого кВАр реактивной мощности двигателя (=0,12...0,18 кВт/кВАр); , – реактивные мощности холостого хода (намагничивания) и короткого замыкания (рассеивания), о.е.
Реактивная мощность намагничивания двигателя больше его мощности рассеивания и поэтому всегда >– Оптимальная нагрузка по критерию минимума потерь в системе всегда больше нагрузки, оптимизирующей лишь КПД двигателя. Расчеты выявляют заметное отличие результатов оптимизации по разным критериям (=0,7...0,8; =0,80...0,95) и подтверждают, что полный учет реальных факторов эксплуатации позволяет уточнить итоги оптимизации.
Вместе с тем следует отметить высокую устойчивость энергетических свойств асинхронных двигателей при изменении их нагрузки. Отступления от оптимума в пределах ±30% приводят к увеличению потерь не более чем на 7% от минимального уровня. Лишь при уменьшении нагрузки ниже 40% наблюдается интенсивное снижение КПД. Для кардинального уменьшения потерь энергии, обусловленных электроприводами, важно не только правильно выбирать загрузку при эксплуатации двигателей, но и увеличивать номинальный КПД на стадии их разработки и внедрять компенсацию реактивной мощности. Способы снижения потерь эффективны для низковольтных приводов в связи с низким КПД системы электроснабжения из-за большой ее протяженности и четырех-шестикратной трансформации электроэнергии.
Актуальность темы. Осветить режимы работы электродвигателя на компрессорной станции (аварийный, нормальный, само запуск) и т.д. Эта проблема отражена в работах множества авторов: Д.П. Петелина, И.Д. Сыромятникова, Б.Н. Абрамовича, И.Д. Лищенко, В.А. Веникова, Ф.Г. Гусейнова, Н.И. Воропая и прочих учёных. В работах Н.Д. Абдуллаева, В.Ф. Шумилова, Г.Р. Шварца и др. рассмотрены вопросы синтеза подходящих систем АРВ при перегрузках. Тем не менее, миссия оптимизации систем АРВ СД, синтеза подходящих действий остаются открытыми. Кроме того важным считается возведение цифровых возбудителей СД ГПА.
Главной целью работы считается оптимизация режимов работы электродвигателей в сетях с распределенной генерацией.
В основе работы электродвигателей лежит принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель включает в себя статор (неподвижную часть) и ротор (якорь, если мы имеем дело с машиной постоянного тока) (подвижную часть). При помощи электрического тока (либо постоянных магнитов) в электродвигателе возникают неподвижные и/или вращающиеся магнитные поля.
Отличительной чертой электродвигателей является свойство обратимости: любой электрический генератор способен выполнять задачи двигателя и наоборот, а в любом трансформаторе и электромашинном преобразователе электрической энергии направление преобразования энергии можно изменить на обратное. Несмотря на это каждая вращающая машина, как правило, создана только для одного режима работы (например, в качестве двигателя или генератора). Таким же образом одна из обмоток трансформатора играет роль приемника электрической энергии (первичная обмотка), а вторая отвечает за отдачу энергии (вторичная обмотка). Это дает возможность наилучшим образом адаптировать электродвигатель для заданных условий работы и максимально выгодно использовать материалы, т.е. добиться наибольшей мощности на единицу веса электродвигателя .
Электродвигатели настолько распространены в производстве и быту, что опытные проектировщики или обслуживающий персонал предприятий хорошо разбираются в принципах и режимах их работы. Но средний потребитель и даже некоторые непрофильные инженеры немного заблуждаются в своих знаниях принципа работы и эксплуатации электрических машин и совершают классические ошибки, способные существенно навредить электрической машине. Рассмотрим пять основных ошибок при выборе и эксплуатации электрических машин.
Незначительный перегрев не окажет существенного влияния на электродвигатель
Это одно из наиболее популярных заблуждений. Для тех кто занимался выбором и расчетом электродвигателей известно, что электродвигатели делят по классам изоляции обмоток. Эти классы нормируют максимальные значения температур обмоток при работе электродвигателя. При превышении допустимой температуры изоляция начинает разрушатся быстрее, чем при нормальном режиме работы, тем самым снижая срок службы машины. Иногда такой перегрев может снизить срок службы более чем в два раза, не приводя, при этом, к мгновенному выходу из строя машины.
Частые запуски не смогут повредить электродвигатель
У электродвигателей есть такое понятие как допустимое количество включений в час. Если это значение превысить, то это тоже не добавит электрической машине срока службы. При прямом пуске пиковые (пусковые) токи генерируют дополнительное тепло, которое рассеивается в процессе работы электрической машины. Но если время стоянки электропривода или его работы в номинальном режиме недостаточно для возвращения температуры обмоток к нормальной – это тоже вызовет дополнительный перегрев.
Улучшение коэффициента мощности позволяет хорошо сэкономить
Да, улучшение коэффициента мощности (cos φ) позволяет сэкономить некоторое количество энергии, но не очень большое (зависит от мощности). Если электродвигатель малой мощности или вы не оплачиваете потребление реактивной мощности, то и экономии вы не получите. Количество сэкономленной реактивной энергии зависит от нескольких факторов, таких как длина и тип кабелей подключения, количества трансформаторов, а также количества нагрузки подключенной параллельно электродвигателю, а также от того, где располагается компенсирующее устройство.
Электродвигатели получили широкое распространение благодаря целому ряду своих достоинств, таких как: высокие энергетические показатели, удобство подачи и отдачи энергии, возможность выполнения электродвигателей самых разных мощностей, скоростей вращения и, в довершение всему, удобство обслуживания и легкость в обращении.
Энергия, теряемая в электродвигателях, приводит к нагреванию отдельных их частей. Для того чтобы электродвигатель прослужил как можно дольше, нагревание должно быть ограничено. Наиболее подвержены нагреванию электроизоляционные материалы, и в зависимости от их качества – задаются допустимые уровни нагревания электродвигателей. Также необходимо позаботиться о создании хороших условий отвода тепла и охлаждения электродвигателей .
С повышением нагрузки электрической машины увеличиваются потери энергии, растет уровень нагревания машины. В связи с этим максимальная мощность нагрузки машины определяется в зависимости от допустимой величины ее нагревания, а также от механической прочности отдельных ее частей, условий токосъема на скользящих контактах и т.д.
Напряженность режима работы электродвигателей переменного тока по отношению к электромагнитным нагрузкам (величине магнитной индукции, плотности тока и т.д.), потерям энергии и нагреванию определяется не активной, а полной мощностью, т.к. величина магнитного потока в машине зависит от полного напряжения, а не от его активной части. Полезная мощность, предусмотренная для электрической машины, носит название номинальной. Остальные величины, которые также характеризуют работу электродвигателя при данной мощности - также называются номинальными. Среди них номинальный ток, напряжение, скорость вращения, КПД и др. величины (для машины переменного тока – номинальные частота и коэффициент мощности).
Различают следующие режимы работы моторов под перегрузкой в зависимости от ее длительности: долгий, временный и повторно-кратковременный.
При длительном режиме мотор действует без перерыва, кроме того рабочий период так активен, что нагрев мотора достигает установившейся температуры.
Долгая перегрузка быть может неизменной или же изменяющейся. В первом случае температура не меняется, во 2-м - меняется совместно с переменой перегрузки. С мало изменяющейся перегрузкой в данном режиме действуют двигатели конвейеров, лесопильных рам и др., с переменной длительной перегрузкой действуют движки всевозможных металлообрабатывающих и деревообрабатывающих станков.
При недолгом режиме мотор не успевает нагреться до установившейся температуры, ну а в течение паузы охлаждается до температуры окружающей среды. Длительность кратковременной работы ГОСТ на электрические машины устанавливает одинаковой 10, 30, 60 и 90 мин.
При повторно-кратковременном режиме двигатель за период работы не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время паузы - охладиться до температуры окружающей среды. В этом режиме двигатель функционирует с постоянно чередующимися периодами работы под перегрузкой и вхолостую, или же паузами.
Так как главными потребителями электричества на предприятиях считаются электроприводы постоянного и переменного тока, рассмотрим коротко зарождение утрат мощности в установившихся и переходных режимах работы регулируемых электроприводов. Известно, что выбор того или же другого метода регулировки скорости двигателей ориентируется, в окончательном счете, его экономичностью. В нынешнее время более экономичным считается прием регулировки скорости по системе УП-Д (управляемый преобразователь-двигатель). При этом методе согласно с требуемой механической мощностью источник выделяет нужную электрическую мощность. К системам УП-Д относят системы с двигателями постоянного тока и системы частотного управления с асинхронными двигателями переменного тока. У двигателей постоянного тока с независимым возбуждением постоянные затраты складываются из издержек в цепи возбуждения, механических издержек и добавочных утрат в стали. 1 ПГТУ, д-р техн. наук, проф. 2 ПГТУ, ст. препод.
Переходные процессы (разгон и торможение) осуществляются методом плавной перемены питающего напряжения для двигателей постоянного тока. Для двигателей при частотном приеме управления в тоже время с напряжением меняется и частота. Главным аспектом для выбора приема управления высокоскоростными режимами мотора основного привода считаются финансовые суждения. В том случае, если финансовый результат от внедрения систем рационального управления выше результата от экономии электричества, природным будет принятие решений в пользу увеличения производительности аппарата, в том числе, и с помощью увеличения расхода электричества. Тем не менее, и в данных условиях наличествуют значительные резервы экономии электричества. Решение трудностей состоит в исследовании и введении обучающихся адаптивных систем управления режимами работы электроприводов прокатных станов .
Для продуктивной и слаженной работы любого промышленного оборудования требуется наличие мощного электродвигателя, который берет на себя всю производственную часть. Именно двигатели задают номинальную мощность, что обеспечивает вращение вентилятора или функционирования насоса. Модели двигателей различаются по сферам применения и типам. В любом Интернет магазине вы сможете найти список из множества моделей однофазных двигателей, трехфазных двигателей, а также двигателей взрывозащищенного типа.
Каждый такой силовой агрегат отвечает за ряд особых функций и рассчитан на обеспечение определенного уровня мощности. Кроме того, все двигатели выполняются по схожим техническим условиям, поэтому, даже не взирая на бренд или дату разработки, они будут иметь сходные конструктивные черты внешнего вида и форму, что позволяет устанавливать их в любых местах, даже там, где имеются проблемы с нехваткой свободного пространства.
Итак, стоит отметить, что основные резервы экономии электричества содержатся в исследовании и совершенствовании энергосиловых характеристик промышленного электрооборудования и управления режимами работы этого оборудования на базе внедрения адаптивных систем управления. В зависимости от режима роботы двигателей изменяется количество потребляемой энергии.
Список литературы:
- Карасевич А.М., Сеннова Е.В., Федяев А.В., Федяева О.Н. Эффективность развития малых ТЭЦ на базе газотурбинных и дизельных энергоустановок при газификации регионов // Теплоэнергетика, 2000, № 12, с.35-39.
- Энергетика XXI века: Условия развития, технологии, прогнозы / Л.С.Беляев, А.В. Лагерев, В.В. Посекалин; Отв. ред. Н.И.Воропай. Новосибирск: Наука, 2004, 386 с.
- Bayegan M.A. Vision of the Future Grid // IEEE Power Engineering Review, 2001, Vol.21, №12, p. 10-12.