Потужність електродвигуна. Секрети енергоекономії.
Ми часто стикаємося з суперечливими точками зору на досить прості речі, які стосуються фізики, тому заздалегідь просимо вибачення у фахівців за просту мову і «розжовування». У цій статті ми детально розберемо поняття потужності електродвигуна, методи знаходження потужності, що споживається з мережі, а також спробуємо зрозуміти, як можна заощадити на електроенергії. Відразу обмовимося, що будемо розбирати асинхронний тип електродвигуна як найбільш часто використовуваний.
Отже, будь-електродвигун має базові характеристики, які вказує завод-виробник на шильде кожного свого виробу.
Як бачимо, на шильде зазначені:
1) Тип електродвигуна і заводський номер
2) Кількість фаз 3, частота струму 50 Hz, підключення трикутник/зірка 220/380В, номінальні струми 2,7/1,6 А
3) Номінальна потужність на валу електродвигуна 0,55 кВт, номінальна частота обертання вала 1360 об/хв, ККД 75%, косинус фі 0,71
4) Режим роботи S1 (постійний), клас ізоляції обмоток F, ГОСТ
5) Ступінь захисту від пилу і вологи IP54, рік випуску
Як же визначити яка споживана потужність електродвигуна від мережі? Для початку розберемося в поняттях. Номінальна потужність електродвигуна, яка вказується на шильдику електродвигуна це та потужність, яку електродвигун видає в сталому номінальному режимі роботи за умови збалансованої оптимальної роботи всього механізму, який наводять електродвигуном. Кожен механізм має свою енергетичну характеристику і оптимальний режим роботи з точки зору енергоспоживання. Таким чином, перша проблема, яку варто вирішити для досягнення мінімізації споживаної енергії – це правильний підбір електродвигуна для приводу того чи іншого механізму.
Споживана потужність електродвигуна від мережі є динамічною величиною і залежить від навантаження на валу електродвигуна та втрат потужності на некорисною роботі, такий як тертя, нагрівання і т. д. Найкращий спосіб визначення споживаної з мережі потужності – це емпіричний, оскільки будь-які розрахункові методики дадуть значну похибку, а похибки у питаннях енергоефективності неприпустимі. Таким чином, для максимально точного визначення споживаної потужності електродвигуна від мережі рекомендуємо «поганяти» приводиться механізм в різних стандартних режимах роботи, вимірюючи і фіксуючи струми в кожному з режимів за допомогою струмознімальних інструментів. А ще краще – скористатися цифровим лічильником електричної енергії.
Легко помітити, що в навантажених режимах роботи таких як пуск, робота під навантаженням, номінальний режим, гальмування, струми в обмотках збільшуються, підвищуються ЕРС, крутний момент на валу і т. д. Звідси випливає друга задача, яку слід вирішити для зниження споживаної потужності електродвигуна – завдання зниження лінійних струмів в режимах високого споживання електроенергії.
Шляхом регулювання частоти струму
Цей метод отримав найбільше розповсюдження не дивлячись на високі витрати на впровадження, частотне регулювання проводиться за допомогою спеціальних частотних перетворювачів, вартість яких часто перевищує в кілька разів вартість самого електроприводу. Дуже безпечний і ефективний метод зниження миттєвої потужності електродвигуна.
Регулювання напруги
Економія електроенергії шляхом регулювання частоти обертання електродвигуна плавним зміною напруги живлення за допомогою регулятора напруги. Цей метод застосовується в деяких випадках, проте небезпечний зупинками електродвигуна через т. зв. перекидання, коли момент опору механізму вище, ніж потужність на валу електродвигуна внаслідок непропорційного зниження живлячої напруги. Також такий метод локально знизити потужність електродвигуна вимагає додаткових засобів контролю режимів роботи електродвигуна, контролю температури обмоток, контролю частоти обертання, потужності на валу електродвигуна.
Вирішення питання впливу несиметричності напруги мережі на потужність електродвигуна.
Якість напруги мережі безпосередньо впливає на споживання електроенергії. На симетричність напруги впливають самі споживачі електроенергії нерівномірним навантаженням по фазах, використовуючи пристрої нелінійного навантаження. Самі «вагомі» творці нелінійного навантаження – підстанції електротранспорту. Через несиметричності напруги в асинхронному двигуні створюється еліптичний магнітне поле і кілька крутних моментів, один з яких гальмує систему і витрачає енергію.
Реактивна потужність електродвигуна. Впровадження компенсаторів.
Як відомо, споживана з мережі електрообладнанням потужність складається з ряду становить, головними з яких є активна і реактивна потужність. Останні роки у світі динамічно розвивається напрямок по впровадженню компенсаторів реактивної потужності, що дозволяє економити електроенергію промисловим споживачам.
Мікроконтролери
Також перспективним напрямком економії електроенергії при використанні асинхронних двигунів є впровадження мікроконтролерів, які дозволяють в режимі реального часу моніторити момент опору приводиться обладнання і співвідносити його з обертовим моментом електродвигуна. При зниженні моменту опору, мікроконтролер передає команду регулятору напруги. Така компенсацію реалізується без зміни частоти обертання, тому застосовується лише для устаткування, що не потребують регулювання частоти.
