Синхронные электродвигатели

Чернушинский политехнический колледж 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат  

по электрическому приводу на тему: 

«Синхронные электродвигатели» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: Муллазянов Д.Р.

Проверил: Шакиров Д.Ф. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Чернушка 2010

Содержание 
 

     Введение.

1. Процессы энергосбережения.
2. Пути управления энергопотребления.

Заключение.

Приложение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Процессы  энергосбережения.

 

Энергосбережение  в электроприводе является частью общего процесса эффективного использования  электроэнергии и определяется тремя  процессами: 

- энергопотреблением;

- энергоиспользованием потребляемой энергии;

- энергоуправлением процесса энергопотребления.        

 

     Энергопотребление – процесс формирования  составляющих мощности на входе преобразователя при работе электропривода. Этот процесс характеризуется зависимостями активной, реактивной и мощности искажения от скорости и момента двигателя, показателями качества электроэнергии и их влиянии на характеристики электромеханических преобразователей. 

     Энергоиспользование – использование мощности потребляемой из сети. Этот показатель характеризует качественную сторону процесса энергопотребления. Он показывает насколько эффективно использование потребляемой электроэнергии, какая часть из нее относится к  потерям, а какая – к полезной мощности, идущей на вал рабочей машины. Как распределяются потери, которые определяют рабочий режим  электродвигателя, его температуру и надежность, позволяет выявить механизмы старения электрооборудования.

      

     Энергоуправление – процесс формирования режимов энергопотребления с помощью  технических устройств и систем, воздействующих на цепи управления электроприводом и преобразовательные устройства, питающими эти цепи. К энергоуправлению относится управление перераспределением потерь в электрических двигателях, оптимизация потерь, минимизация нагрева активных частей электрической машины, снижение уровней потребляемой реактивной мощности и генерирование гармоник тока. Такой энергетический подход, базирующийся на общности процессов энергопотребления, энергоиспользования и  энергоуправления, связывает в единый электромеханический комплекс элементы, рассматривающиеся ранее без взаимосвязи: энергосистема, потребитель (электропривод) и технологическая установка. Каждый из компонентов имеет  свои регулировочные возможности в области управления энергопотреблением, перераспределением потерь и др.

 
         

 

2. Пути управления энергопотребления. 

     Первый путь относится к простейшему неуправляемому самому массовому электроприводу  и состоит в совершенствовании процедуры выбора двигателя для конкретной технологической установки с целью соблюдения номинального теплового режима двигателя при эксплуатации. 
Постановка задачи очевидна – двигатель заниженной мощности быстро выходит из строя, а двигатель завышенной мощности преобразовывает энергию  неэффективно, то есть с высокими удельными потерями в самом двигателе (низкий КПД) и в подводящих линиях (низкий cosj). Решение задачи не всегда элементарно, часты ошибки, а т.к. простейших электроприводов миллионы, то возможен большой ущерб. В  случаях, когда нагрузка неизменна, ошибки вызваны лишь низкой квалификацией разработчиков (двигатель выбирали по диаметру вала). Когда нагрузка меняется, выбор оказывается значительно сложнее, что ещё усугубляется недостаточностью исходной информации, паспортных и каталожных данных.

 
          Второй путь повышения экономичности массового нерегулируемого электропривода – переход на энергосберегающие  двигатели и двигатели улучшенной конструкции, специально предназначенные для работы с регулируемым электроприводом.

В энергосберегающих  двигателях за счет увеличения массы активных материалов (железа и меди) повышены номинальные значения КПД и cosj. Энергосберегающие двигатели используются, например, в США, и дают эффект при постоянной нагрузке. Эффективность использования энергосберегающих двигателей будет тем выше, чем больше загрузка двигателя и чем ближе режим работы его к постоянной нагрузке. Целесообразность применения энергосберегающих двигателей должна оцениваться с учетом дополнительных затрат, поскольку  небольшое (до 5%) повышение  номинальных КПД и cosj достигается за счет увеличения массы железа на 30-35%, меди на 20-25%, алюминия на 10-15%, т.е. удорожания двигателя на 30-40%.

           Третий путь - устранение промежуточных  передач. 
Суть проблемы заключается в том, что электрическая энергия доступна на фиксированной частоте (50 Гц), а механическая энергия требуется в широком спектре частот (скоростей). Методы, разработанные много лет назад для решения этой проблемы, используют дорогостоящие системы генератор-двигатель или механические регуляторы. В состав обобщенной схемы злектропривода входят - преобразователь или механический регулятор (коробка скоростей, муфта скольжения), муфта, редуктор и рабочий орган, являющийся частью рабочей машины.

  

     Ориентировочные значения КПД элементов привода  составляют:

преобразователь -  (меньшие значения для малых скоростей вращения, большие для более высоких скоростей);

двигатель - (меньшие значения для микромашин, большие для машин повышенной мощности); 

механический  регулятор - ; 

муфта - ;  

редуктор  ; 

рабочий механизм -  (для приводного барабана ленточного конвейера).

Коэффициент полезного действия системы электропривода ,  
где    i- количество соединительных муфт.

 
          Подстановка в формулу усредненных значений КПД  для привода с электродвигателем мощностью 10–100 кВт дает значение КПД  в диапазоне  
=0, 65…0, 75. При этом в среднем от семи до десяти процентов мощности теряется в механических передачах. Таким образом, устранение механических передач приводит к существенному повышению КПД системы (на 7…10%), что является одной из основных тенденций развития электропривода, а в перспективе – совмещения электродвигателя и рабочего органа.

 
          Четвёртый путь заключается в повышении эффективности работы электропривода, т.е. в выборе рациональных режимов работы и эксплуатации электропривода. Сюда входят: 

-выбор рационального способа и диапазона  регулирования скорости электропривода в зависимости от технологических условий работы  машин и механизмов;

-выбор рационального способа регулирования скорости в зависимости от характера изменения нагрузки;

-повышение загрузки рабочих машин;

-исключение режима холостого хода;

-снижение напряжения на зажимах двигателя;

-минимизация тока и потерь энергии АД при изменении нагрузки;

-оптимизация динамических режимов;

-использование синхронной машины как компенсатора реактивной мощности;

-использование аккумуляторов энергии.

          Пятый путь - выбор  рационального типа электропривода для конкретной технологической установки и переходе от нерегулируемого электропривода к регулируемому. При переходе от нерегулируемого электропривода к регулируемому следует помнить, что: экономия энергии часто достигается не за счет собственно привода, а за счет того процесса, который привод обслуживает. При этом экономия может во много раз превосходить собственное потребление электропривода;

для получения  полезного энергетического эффекта  часто необходимо регулирование  в очень небольших пределах при  ограниченных требованиях к качеству регулирования. Так, лишь    незначительное регулирование скорости насоса, подающего горячую воду в здание, обеспечивает существенную экономию дорогой горячей воды. Такой подход позволяет вместо дорогих и сложных преобразователей частоты использовать дешевые и надёжные регуляторы напряжения, подводимого к обмоткам статоров асинхронных двигателей.

     Шестой путь - улучшение качества электроэнергии средствами силовой преобразовательной техники регулируемого электропривода. 
Регулируемый электропривод при работе оказывает неблагоприятное воздействие на сеть электроснабжения, что выражается в снижении коэффициента мощности на входе преобразователя, колебаниях напряжения в сети и искажении синусоидальной формы напряжения.

 
Снижение коэффициента мощности увеличивает реактивную мощность системы электроснабжения, что приводит к дополнительным потерям напряжения и энергии и требует увеличения пропускной способности ее элементов.

Несинусоидальность напряжения и тока обусловливает дополнительные потери и нагрев, а также ускоренное старение изоляции электродвигателей, трансформаторов и, кроме того, отрицательно сказывается на функционировании различных видов электрооборудования. Специфическое воздействие на различные виды электрооборудования, системы релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи проявляется дифференцировано и зависит от амплитудного спектра напряжения (тока), параметров электрических сетей и других факторов.

 
Создание высокоэффективных силовых  электронных приборов типа IGBT, GТО и др.  позволило существенно расширить функции силовых электронных устройств, используемых для регулирования качества электроэнергии. За последние годы в промышленных странах внедрены стандарты с жесткими требованиями к качеству электроэнергии.

 
Традиционно для регулирования качества электроэнергии использовались тиристорные стабилизаторы, компенсаторы реактивной мощности и  пассивные фильтры. Новая элементная база силовой электроники позволяет создавать преобразователи переменного/постоянного тока, работающие в 4-х квадрантах комплексной плоскости на стороне переменного тока с импульсной модуляцией на повышенных частотах (Этот термин  соответствует новому стандарту  МЭК 60030551). Это  позволяет управлять потоками электроэнергии в  любом направлении по заданному закону.

 
При подключении накопителей энергии  к преобразователю со стороны  постоянного тока становится возможным  осуществлять обмен реактивной мощностью, включающей мощность высших гармоник между сетью переменного тока и накопителем. Такая схема лежит  в основе большинства современных методов регулирования качества электроэнергии.

 
При  колебаниях  напряжения, особенно в маломощных (небольшие токи короткого замыкания) электросистемах, существует проблема их компенсации, поскольку в этом случае требуются высокоскоростные устройства компенсации реактивной мощности. 
В этом случае эффективное решение проблемы может быть осуществлено с помощью нового поколения статических  тиристорных  компенсаторов.

     Седьмой путь - экономия электроэнергии рабочими установками и механизмами за счет повышения эффективности выполнения технологического процесса. Он включает в себя следующие основные мероприятия:

-согласование режимов работы установки при изменении нагрузки;

-повышение КПД установки;

-регулирование производительности установки;

-выполнение оптимальной циклограммы и упорядочение графика нагрузок;

обеспечение нормированной загрузки (для подъемных  машин, конвейеров и т.д.);

-контроль состояния технологической установки;

-применение совершенных видов электропривода;