Электродвигатели силовых и общепромышленных установок

Электродвигатели силовых и общепромышленных установок. К ним относятся компрессоры, насосы, вентиляторы, воздуходувные электроустановки, подъемные и транспортные установки. Данные электроприемники присутствуют практически на всех потребителях электроэнергии. На их долю приходится 45−60% общего электропотребления предприятий. Мощность этих электроприемников колеблется от долей единицы до тысяч киловатт. В зависимости от мощности они снабжаются электрической энергией на напряжении от 0,22 до 10 кВ. Режим работы таких установок, как правило, продолжительный. Исключение составляют подъемно-транспортные установки, работающие, как правило, в повторно-кратковременном режиме. Подъемно-транспортные установки используются для технологических процессов как в цехах, так и между ними (конвейеры, подъемники, краны, лифты, лебедки). Перерыв в электроснабжении компрессоров, насосов, вентиляторов чаще всего недопустим и может повлечь за собой опасность для жизни людей, серьезное нарушение технологического процесса или повреждение оборудования. Например, прекращение подачи сжатого воздуха на машиностроительном заводе, где режущий инструмент крепится при помощи пневматических устройств, может вызвать ранения обслуживающего персонала. Прекращение электроснабжения насосной станции на металлургическом заводе может вывести из строя такую ответственную установку, как доменная печь, и причинить крупные убытки. Последствия отключения насосных установок во время пожара не нуждаются в пояснениях. В ряде цехов прекращение питания двигателей вентиляторов может вызвать массовые отравления работающего персонала. Таких примеров можно привести большое количество. В указанных случаях установки следует относить к I категории надежности электроснабжения. Электроприемники рассматриваемой группы, как правило, создают нагрузку равномерную и симметричную по всем трем фазам. Толчки нагрузки имеют место только при пуске. Коэффициент мощности достаточно стабилен и обычно имеет значение 0,8−0,85. Для электропривода крупных насосов, компрессоров и вентиляторов могут применяться синхронные двигатели, работающие с опережающим коэффициентом мощности. Для подъемно-транспортных устройств характерны частые толчки нагрузки. В связи с резкими изменениями нагрузки коэффициент мощности также изменяется в значительных пределах, в среднем от 0,3 до 0,8. По бесперебойности питания эти устройства должны быть отнесены (в зависимости от места работы и установки) ко II категории, а в некоторых случаях — к I. В подъемно-транспортных устройствах применяется как переменный, так и постоянный ток. В большинстве случаев нагрузку от подъемно-транспортных устройств на стороне переменного тока следует считать симметричной по всем трем фазам. 2. Электродвигатели производственных станков. Электроприемники данной группы встречаются практически на любом предприятии. Наиболее многочисленная группа — металлообрабатывающие станки. Они выполняют обработку деталей, материалов и изделий методами резания, штамповки, шлифовки и т. д. Для электропривода станков используют все типы электродвигателей. Мощность двигателей чрезвычайно разнообразна и изменяется от долей до сотен киловатт и больше. Напряжение сети — 660−380/220 В с частотой 50 Гц. В станках, где требуется высокая скорость вращения, применяются двигатели постоянного тока, которые получают питание от выпрямительных установок. В зависимости от производственного процесса показатели графиков производственных станков изменяются в очень широких пределах: Кв = 0,5−0,85; Ки= 0,12−0,6; Кc = 0,4−0,7; cos ц = 0,4−0,7. Производственные станки механических, механосборочных, инструментальных, кузнечно-прессовых цехов относят, как правило, ко II и III категориям надежности электроснабжения. Электродвигатели производственных станков ремонтных цехов, как правило, относят к III категории. К I категории надежности относятся станки, обрабатывающие дорогостоящие детали и изделия, а также станки, перерыв в питании которых недопустим по условиям техники безопасности (возможны травмы обслуживающего персонала.

Качество электроэнергии характеризуется определенными показателями. Основными являются частота переменного тока (f) и напряжение (U). Качество электроэнергии влияет на работу электроприемников и на работу электрических аппаратов, присоединенных к электрическим сетям. Все электрические приемники и аппараты характеризуются определенными номинальными параметрами (f_HOM, U_HOM, I_HOM и т. д.). Изменение частоты и напряжения вызывают изменение технических и экономических показателей работы электрических приемников и аппаратов. электроснабжение перебой ток напряжение Различают электромагнитное и технологическое влияние отклонения частоты на работу электроприемников. Электромагнитная составляющая обусловливается увеличением потерь активной мощности и ростом потребления активной и реактивной мощностей. Можно считать, что снижение частоты на 1% увеличивает потери в сетях на 2%. Технологическая составляющая вызвана в основном недовыпуском промышленными предприятиями продукции. Согласно экспертным оценкам, значение технологического ущерба на порядок выше электромагнитного.

Технологическая составляющая связана с существенным влиянием (f) частоты на число оборотов электродвигателей, а, следовательно, и на производительность механизмов. Большинство технологических линий оборудовано механизмами, где в качестве приводов служат асинхронные двигатели. Частота вращения этих двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зависит от частоты вращения двигателя. При значительном повышении частоты в энергосистеме, что может быть, например, в случае уменьшения (сброса) нагрузки, возможно повреждение оборудования.

Кроме того, пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы), за счет увеличения тока намагничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева стальных элементов.

При проектировании в расчетах электросетей влияние изменения (f)частоты не рассматривается. Предполагается, что электрическая система обеспечивает поддержание стандартной частоты f=50 Гц.

Задача.

Исходные данные для расчета:

1) Типовой суточный график электрических нагрузок предприятия (рисунок 1).

Рисунок 1 — Типовой суточный график электрических нагрузок предприятия тяжелого машиностроения Таблица 1 — Значение нагрузки в % на интервалах времени.

t, ч.

0−1.

1−2.

2−3.

3−4.

4−5.

5−6.

6−7.

7−8.

8−9.

9−10.

10−11.

11−12.

Р, %.

t, ч.

13−14.

14−15.

15−16.

16−17.

17−18.

18−19.

19−20.

20−21.

21−22.

22−23.

23−24.

Р, %.

Решение:

Переведём типовой суточный график электрических нагрузок в график нагрузки данного промышленного потребителя в значении активной мощности (Р, МВт):

.

где — P_cт — мощность нагрузки в определённое время суток, МВт; n% - ордината соответствующей ступени типового графика, %; Р_max — максимальная нагрузка, МВт.

Рассчитаем мощность нагрузки для каждого периода времени. Результат занесём в таблицу 2.

Таблица 2 — значение нагрузки в определённое время суток, МВт.

t, ч.

0−1.

1−2.

2−3.

3−4.

4−5.

5−6.

6−7.

7−8.

8−9.

9−10.

10−11.

11−12.

Р, %.

t, ч.

13−14.

14−15.

15−16.

16−17.

17−18.

18−19.

19−20.

20−21.

21−22.

22−23.

23−24.

Р, %.

Определим среднеквадратичную активную нагрузку Р_ск (МВт):

Р_ск = ,.

где — Р_ск — среднеквадратичная активная мощность, потребляемая за рассматриваемый промежуток времени (определяется из графика нагрузки по активной мощности), МВт; Р_i — активная мощность, потребляемая за принятый интервал времени, МВт; - интервал времени, за который определяется Р_i, ч.

Р_ск = = = =55 МВТ.

Определим суточный расход активной энергии W_сут, МВт:

W_сут = ,.

где — t продолжительность i-той ступени суточного графика, час.

W_сут=(48•1)+(45•1)+(45•1)+(48•1)+(55•1)+•(51•1)+(55•1)+(55•1)+(51•1)+(48•1)+(58•1)+(55•1)+(64•1)+(55•1)+(64•1)+(64•1)+(48•1)+(55•1)+(58•1)+(61•1)+(51•1)+(64•1)+(58•1)+(55•1)=1311 МВт.

Определим среднесуточную нагрузку P_{cp c}, МВт:

P_{cp c} = ,.

P_{cp c} = = 54,6 МВт.

Определим коэффициент использования k_и.

Коэффициент использования — это отношение средней активной мощности отдельного приёмника (или их группы) к её номинальному значению.

k_и = ,.

k_и = = 0,65.

Определим коэффициент заполнения графика k_з гр, характеризующий степень неравномерности режима работы электроустановок:

k_з гр = = 0,85.

Определим коэффициент формы графика k_ф.г — это отношение среднеквадратичной нагрузки приёмника за определённый период времени к его среднему значению за тот же период времени:

k_ф.г = = = 1,06.

Определим коэффициент максимума k_м активной мощности — отношение расчётной активной мощности к средней нагрузке за исследуемый период времени:

k_м = = = 1,17.

Построим график годовой нагрузки.

По суточному графику построим годовой график по продолжительности для активной нагрузки. При этом будем считать, что зимний период длится 213 суток, а летний — 152 суток.

Данные для построения годового графика сведём таблицу 3 (зимний период).

Р, %.	Рст, МВт.	ti, ч (лето).	W, МВт•ч.
		213•2=426.	426•45=19 170.
		213•4=852.	852•48=40 896.
		213•3=639.	639•51=32 589.
		213•7=1491.	1491•55=82 005.
		213•3=639.	639•58=37 062.
		213•1=213.	213•61=12 993.
		213•4=852.	852•64=54 528.

Данные для построения годового графика сведём таблицу 4 (летний период).

Р, %.	Рст, МВт.	ti, ч (зима).	W, МВт•ч.
		152•2=304.	304•45=13 680.
		152•4=608.	608•48=29 184.
		152•3=456.	456•51=23 256.
		152•7=1064.	1064•55=58 520.
		152•3=456.	456•58=26 448.
		152•1=152.	152•61=9272.
		152•4=608.	608•64=38 912.

Так как годовой график имеет ступенчатую форму, то нагрузку необходимо расположить в убывающем порядке, начиная с наибольшей. Данные для построения годового графика активной нагрузки сводим в таблицу 5.

Р, %.	Рст, МВт.	ti, ч.	W, МВт•ч.
		608+852=1460.	1460•64=93 440.
		213+152=365.	365•61=22 265.
		639+456=1095.	1095•58=63 510.
		1491+1064=2555.	2555•55=140 525.
		639+456=1095.	1095•51=21 900.
		608+852=1460.	1460•48=70 080.
		426+304=730.	730•45=32 850.
Итого.

Определяем активную электроэнергию потребляемую предприятием:

W_a = 444 570 МВт•ч Определим максимальное число часов использования максимальной нагрузки:

Т_max = = 6946,4ч.

Определим годовое время максимальных потерь ф_max.

ф_max = (0,124+)²•8760.

ф_max = (0.124+²•8760 = 5890,2 ч.

• 1. Н. Ю. Шевченко, К. Н. Бахтиаров «Электроснабжение: учебное пособие по выполнению курсовой работы» — Волгоград, ИУНЛ ВолгГТУ, — 2015 г.;
• 2. Конюхова Е. А. Электроснабжение: учебник для вузов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2014. — 510 с.;
• 3. Гусев Н. В., Дементьев Ю. Н., Семенов С. М. Потребители электрической энергии. Лабораторный практикум: учебное пособие.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 144 с.
• 4. Гамазин С. И., Кудрин Б. И., Цырук С. А. Справочник по энергоснабжению и электрооборудованию промышленных предприятий и общественных зданий.- М.: Издательский дом МЭИ, 2010. — 745 с.