Энергетическая эффективность ЭП

Одна и та же алгоритм функционирования имеющий одинаковые технологические параметры, а также технические показатели можно реализовать с различными энергетическими затратами.

Если учесть, что ЭП в настоящее время потребляет около 70% всей вырабатываемой электроэнергии, становится, очевидно, что цена неоправданных потерь электрической энергии весьма велика. К основным энергетическим показателям ЭП относятся: КПД , коэффициент мощности , обобщенный критерий электрической эффективности .

КПД ЭП

Функционирование ЭП в процессе преобразования или передачи энергии неизбежно сопровождается потерями . Весьма важно – соотношение между и , которое в общем, виде носит название КПД:

(117*)

В частном случае, если ЭП работает в режиме , т.е. в режиме с , который может быть представлен в виде нагрузочной диаграмм (рис.126).

В этом случае:

(118)

В частном случае, если :

(119)

Рис.126 Нагрузочная диаграмма

Такое выражение для КПД обычно применяют при паспортизации различного типа устройств, где используется понятие номинального КПД:

(120)

При этом обычно составляются графические зависимости:

- коэффициент загрузки

Рис.127 Зависимость КПД от коэффициента загрузки

Выражение (118), (119), (120) представлены для мгновенных мощностей и как, следствие не учитывают различные режимы работы ЭП, а также их длительности.

Обычно переход от соотношения (118), (119) и (120) к выражению (117*) осуществляется с помощью интегрирования выражений (118), (119), (120). В частности для циклических процессов наиболее универсальным и точным значением КПД является циклический КПД:

(121)

где - переданная (преобразованная) энергия за цикл

- потери энергии за цикл

(122)

(123)

Но, чтобы иметь точное графическое представление о цикловом КПД необходимо ввести понятие о так называемом, использований КПД. Для одного и того же циклического процесса КПД, рассчитанный по выражениям (121) и (118) могут существенно отличаться. В этой связи не имеет смысла и зачастую приводит к ошибке применяемые на практике сравнение различных режимов КПД без учёта режима их работы. Например: «Реостатное регулирование не экономично, а регулирование по системе преобразователь – двигатель экономично, то есть ничто иное, как некомпетентный штамп. Фактическая оценка эффективности может быть сделана только с учётом особенностей режимов работы ЭП, а также их продолжительности. Чтобы проиллюстрировать это выражение рассмотрим следующий пример:

Пусть ЭП, обеспечивающий регулирование скорости в диапазоне , , работает в циклическом режиме со скоростями вращения , на каждой ступени цикла привод работает одинаковое время:

В этом случае:

, где - диапазон регулирования.

Рис.128 Временная диаграмма

Рассмотрим 2 варианта регулирования скорости:

1. Реостатное – изменение активного сопротивления цепи ротора.

2. регулирование по системе П-Д.

Чтобы найти выражение, соответствующее цикловому КПД по формуле (121) для обоих вариантов найдём выражение для потерь мощности .

В случае реостатного регулирования (АД):

Потери мощности для того же двигателя для системы ПД:

- при одинаковой продолжительности ступеней цикла

где - коэффициент, учитывающий дополнительные потери в преобразовательном устройстве (ПУ):

тогда, подставляя эти значения в уравнения (4) и (5) получим:

1. Реостатное регулирование:

2. П-Д:

Если для обоих представленных выражений рассчитаем функцию, выраженную зависимость отношения циклового КПД к паспортному от величины диапазона регулирования для различных вариантов, то получим следующие графические зависимости (рис.129):

Рис.129 Графическая зависимость отношения циклового КПД к паспортному от величины диапазона регулирования для различных вариантов.

По построенным зависимостям видно, что даже при очень хороших условиях и ( - характерен на упрощающей системе УСП-Д).

Система П-Д имеет преимущества по перед реостатным, лишь при условии что .

При малых диапазонах реостатное регулирование более энергетически эффективно.

Если же (система Г-Д, то регулирование по системе П-Д предпочтительнее, только при диапазонах боде 3: 1). Естественно при этом нельзя забывать и о других преимуществах системы П-Д.