Шпаргалка по "Безопасности жизнедеятельности"

Рассчитанный  по формуле (9.30) КПД называют цикловым, или средневзвешенным. Если ЭП работает в установившемся режиме, то формула (9.30) упрощается и принимает вид

η=P_ПОЛ/(P_ПОЛ+∆P)

      Закономерность изменения номинального КПД двигателей в зависимости от их номинальной мощности Р_ном  иллюстрирует рис. 9.3, а.

С ростом уровня номинальной мощности номинальный КПД растет, что объясняется уменьшением потерь мощности относительно полезной мощности двигателя.

КПД работающего  двигателя зависит от развиваемой им полезной механической мощности на валу. При малых нагрузках КПД двигателя небольшой (рис. 9.3, б), по мере увеличения нагрузки он растет.

Отметим, что своего максимального значения n_max КПД большинства двигателей достигает при нагрузке, которая меньше номинальной.

Существует условие, при котором двигатель будет  работать с максимальным КПД при данном коэффициенте нагрузки двигателя: k_H=Pc/Pnom

 

 

Рис. 9.3. Зависимости номинального КПД двигателя от номинальной  мощности (а) и КПД двигателя от коэффициента нагрузки (б)

 

Максимальное  значение КПД будет иметь место  при оптимальной нагрузке, определяемой следующим соотношением постоянных К и номинальных переменных V_ном потерь мощности:

K²_н.опт.=K/Vном   (9.33)                                        

Анализируя работу электропривода с конкретным двигателем, можно с  помощью соотношения (9.33) определить нагрузку двигателя, при которой он будет работать с наименьшими потерями мощности, т. е. при данной нагрузке с максимальным КПД.

Анализ работы действующих  электроприводов показывает, что  большинство двигателей имеют завышенную номинальную мощность по сравнению с той, которая требуется от электропривода для реализации заданного технологического процесса.

Электроприводы ряда рабочих машин и производственных механизмов часть своего цикла работают с малыми механическими нагрузками или на холостом ходу.

Исходя из этого можно  назвать следующие способы повышения КПД двигателей при их эксплуатации:

• замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности. Такая замена целесообразна в тех случаях, когда это приведет к снижению потерь энергии в электроприводе и системе электроснабжения, что позволит окупить капитальные затраты при такой модернизации за приемлемый срок. Расчеты показывают, что при коэффициенте нагрузки к_и< 0,4 в большинстве случаев замена малозагруженных двигателей оказывается экономически целесообразной, при к_н > 0,7 —нецелесообразной, а при соотно шении 0,4 < к_н < 0,7 требуется выполнение технико-экономических расчетов;

•ограничение времени  работы двигателей при их холостом ходе. Отключение двигателей при их холостом ходе оправдано в том  случае, когда потери энергии при  новом пуске двигателя оказываются меньше, чем за время работы на холостом ходу. Отключение двигателя целесообразно проводить при времени холостого хода в пределах 10 с и более. Электротехническая промышленность выпускает устройства, позволяющие автоматически отключать двигатели при их переходе в режим холостого хода.

 

 

6.4. Коэффициент мощности электропривода.

ЭП, подключенный к сети переменного  тока, потребляет из нее активную Ра и реактивную Q мощности.  Активная мощность расходуется на полезную работу ЭП и покрытие потерь в нем, а реактивная мощность обеспечивает создание электромагнитных полей двигателя и других его элементов и непосредственно полезной работы не совершает.

ЭП, потребляя реактивную мощность, нагружает ею систему электроснабжения, вызывая дополнительные потери напряжения и энергии в ее элементах. По этой причине всегда следует стремиться к обеспечению максимально возможного cosф ЭП.

Работа ЭП в цикле характеризуется  средневзвешенным, или цикловым, коэффициентом  мощности, который определяется отношением потребленной активной энергии за цикл А_а к полной или кажущейся энергии А_п в соответствии с формулой

cosф =А_а/А_п =ΣP_ait_i/ΣS_it_i (9.34)

где S_i — полная или кажущаяся мощность на i-м участке цикла,

— соответственно активная и реактивная мощности на i-м участке цикла).

При работе ЭП в установившемся режиме с постоянной скоростью коэффициент мощности рассчитывается как

 

                                    Cosф= P_a/S  (9.35)

 

Коэффициентом мощности характеризуется  работа ЭП с двигателями переменного тока, а также ЭП постоянного тока, выполненного по системе «управляемый выпрямитель—двигатель постоянного тока».

Коэффициент мощности асинхронного двигателя. Входящие в формулы (9.34) и (9.35) активная Р_а и реактивная Q мощности применительно к трехфазному асинхронному двигателю могут быть рассчитаны для установившегося режима его работы по следующим формулам:

 

Pa=P₁=3U_1ФI₁cosф= Р_мех+∆Р=Mw+K+V₁+V₂   (9.36)  

 

Q=3I²_µx_µ+3I²₁x₁+3I^/2₂x^/₂            (9.37) или  Q=3I_µU_ф+Mw₀sx_k/R^/₂           

Для большинства  асинхронных двигателей coscф_HOM = 0,8...0,9. Для этих значений Q= (0,5...0,75)Р_н т.е. асинхронный двигатель на каждый киловатт активной мощности потребляет из сети (0,5...0,75) квар реактивной мощности. Чем ниже cosф, тем большую реактивную мощность потребляет асинхронный двигатель из сети, загружая ее дополнительным током и вызывая в ней дополнительные потери.

Коэффициент мощности асинхронного двигателя зависит от его нагрузки. При холостом ходе коэффициент мощности двигателя невелик, так как относительно велика доля реактивной мощности по сравнению с активной. По мере увеличения нагрузки возрастает и cosф, достигая своего максимального значения примерно в области номинальной нагрузки асинхронного двигателя.

Асинхронные двигатели являются основными потребителями реактивной мощности в системах электроснабжения, поэтому  повышение коэффициента их мощности представляет собой важную технико-экономическую задачу. Перечислим основные мероприятия по повышению cosф асинхронных двигателей.

Замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности.

Ограничение времени работы двигателей на холостом ходу.

Снижение подводимого  к двигателю напряжения

Применение устройств  компенсации реактивной мощности. Для компенсации реактивной мощности и повышения тем самым coscp электроприводов могут использоваться различные средства компенсации. К их числу относятся:

фильтрокомпенсирующие и фильтросимметрирующие устройства, обеспечивающие одновременно компенсацию реактивной мощности, фильтрацию высших гармоник и уменьшение отклонений напряжения по фазам;

синхронные двигатели, использование  которых в качестве компенсаторов реактивной мощности

синхронные компенсаторы, представляющие собой синхронные двигатели, работающие без нагрузки;

конденсаторные установки;

тиристорные источники реактивной мощности.

Реактивная мощность компенсирующей установки Q_K y определяется как

 

Q_K y=αP(tgф₁-tgф₂) где Р— потребляемая электроприводом активная мощность; tg₁,, tg₂— тангенсы угла ф до и после компенсации.

 

Коэффициент мощности системы «управляемый выпрямитель  — двигатель постоянного тока» (УВ—ДПТ). Система УВ—ДПТ питается от сети переменного тока и потребляет при этом реактивную мощность. Это определяется тем, что регулирование напряжения на якоре двигателя происходит за счет задержки открытия тиристоров управляемого выпрямителя. Вследствие этого происходит сдвиг фазы потребляемого ЭП тока по отношению к напряжению сети и ЭП начинает потреблять реактивную мощность из сети. Кроме того, работа системы УВ—ДПТ вызывает искажение синусоидальной формы напряжения системы электроснабжения. Это оказывает вредное воздействие на другие ЭП, что выражается в повышенном нагреве электродвигателей, снижении их мощности и КПД, усилении вибрации и шума при их работе.

 

Повышение коэффициента мощности и уменьшение несинусоидальности напряжения сети при работе системы УВ—ДПТ может быть достигнуто рассмотренными ранее средствами компенсации реактивной мощности. Кроме того, повышение коэффициента мощности можно получить путем использования специальных законов управления УВ и способов коммутации их вентилей. К их числу относятся поочередное и несимметричное управление преобразователями, а также искусственная коммутация вентилей преобразователей.

Коэффициент мощности системы  УВ—ДПТ определяется двумя факторами: углом сдвига ф₁ основной первой гармоники потребляемого из сети тока относительно напряжения сети и коэффициентом искажения ν этого тока.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.1. Типовая структура автоматизированных  технологических комплексов

Любой современный  технологический комплекс следует  рассматривать как автоматизированный технологический комплекс (АТК). В соответствии с технологическим процессом работа АТК определяется задающей программой. Осуществляются: контроль и регулирование электромагнитных, механических, технологических переменных, показателей качества готовой продукции (переработанного вещества); автоматическая оптимизация обобщенных показателей качества работы АТК; контроль состояния электротехнического, механического и технологического оборудования.

В общем виде задача АТК заключается в преобразовании исходного вещества в готовую продукцию (переработанное вещество) (рис. 1.1) на основе получения от технологической среды информации / в виде задающей программы и энергии Р.

Издержки функционирования АТК в виде таких вредных влияний на среду, как искажение параметров сети электроснабжения, искажение информации, электромагнитные поля должны быть сведены к допустимому по стандартам минимуму, а технологические отходы переработаны в полезную продукцию. Готовая продукция должна соответствовать требованиям стандарта к качеству, производиться за минимально короткое время при минимальном потреблении энергии. Высвобождаемая энергия машин должна возвращаться в среду, куда должны поступать информация о работе АТК и данные о качестве готовой продукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функциональная схема  современного АТК приведена на рис. 1.2. Механизмы (исполнительные органы рабочей машины) оснащаются индивидуальными электроприводами с электродвигателями М, управляемыми преобразователями УП, программируемыми микроконтроллерами приводов КП. Совместную работу приводов и механизмов, входящих в состав технологического агрегата, координирует технологический программируемый микроконтроллер КТ. Координацию совместной работы агрегатов технологического комплекса выполняет один из микроконтроллеров КТ или специализированный персональный компьютер ПК, входящий в состав станции оператора СО. Через магистральный преобразователь МП осуществляется связь АТК с распределенной системой управления технологическим процессом. Микроконтроллеры (далее контроллеры) взаимодействуют через коммуникационную связь, структура которой в соответствии с существующими стандартами по индустриальным сетям средств вычислительной техники может быть различной. Контроль агрегатов и управление ими могут осуществляться с периферийных пультов операторов ПО.

Контроллер привода  осуществляет:

управление силовой  частью УП;

регулирование момента  электродвигателя, скорости и положения механизма;

программно-логическое управление пуском, остановом и режимом рабочего функционирования привода;

автоматическую  настройку регуляторов в режиме наладки;

контроль состояния  и диагностирования неисправностей в компонентах электропривода;

защиту и сигнализацию электропривода.

Технологический контроллер обеспечивает:

выработку заданий  на КП в соответствии с координированной работой приводов агрегата;

программно-логическое управление пуском, остановом и режимом рабочего функционирования агрегата;

регулирование технологических  переменных;

контроль состояния  и диагностирования неисправностей в компонентах агрегата.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компьютерные  системы управления электроприводами, механизмами, технологическими агрегатами и комплексами выполняются по единой идеологии с гибким варьированием аппаратных и программных средств.

Контроллеры могут  иметь разную конструкцию, но всегда предусматривается возможность варьирования их конфигурации благодаря применению устройств расширения и периферийных модулей. Основой контроллера является центральный блок, содержащий центральный процессор и блок питания. В зависимости от задач автоматизации на системной шине контроллера могут монтироваться различные периферийные модули: цифровых и аналоговых вводов/выводов, предварительной обработки сигналов, коммуникационных процессоров.

Модули интеллектуальной периферии решают специальные задачи пользователя по измерению, оценке, регулированию, стабилизации, позиционированию и др. Они «интеллектуальны», так как обладают собственными процессорами и решают самостоятельно в реальном времени специализированные задачи управления.

Системы визуализации и обслуживания включают в себя средства от простых дисплеев до информационных систем.

Программаторы и  ПК используются в системах визуализации и обслуживания, а также для подготовки, отладки и записи программ в контроллеры. В соответствии с задачами программно-логического и непрерывного управления, диагностирования, контроля состояния функциональных узлов оборудования, отображения информации об управляемом процессе имеется стандартное программное обеспечение в виде функциональных блоков, обеспечивающих решение частных задач и органично встраиваемых в программы пользователя.