ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В СЕТЯХ С РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ

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 [1].

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 [2].

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 [3].

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:

1. 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.
2. 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.
3. Bayegan M.A. Vision of the Future Grid // IEEE Power Engineering Review, 2001, Vol.21, №12, p. 10-12.