ТЕМА 2. Вибір раціонального способу і діапазону регулювання швидкості електроприводу залежно від технологічних умов роботи машин і механізмів
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до самостійної роботи
з дисципліни «Системи керування енергоспоживанням тягових електроприводів»
для студентів спеціальності 7. 05070203 «Електричний транспорт»
м. Кривий Ріг
2012 р.
Укладач Омельченко О.В., асистент
Рецензент:
Відповідальний за випуск:
Розглянуто на засіданні Схвалено на засіданні вченої ради
кафедри систем промислового електротехнічного факультету.
електроспоживання та електричного
транспорту.
Протокол № Протокол №
від «» 201 р. від «» 201 р.
Тема 1. Економія електроенергії технологічними установками і механізмами.
Підйомні установки
Шляхи економії електроенергії в підйомних установках: виконання оптимальної діаграми швидкості; забезпечення нормованого завантаження підйомних судин; ліквідація або скорочення роботи на холостому ходу; контроль стану підйомних судин; вживання досконалих видів електроприводу; специфічні способи, обумовлені типом електроприводу.
Оптимальною діаграмою швидкості з погляду витрати електроенергії буде та, де множник швидкості приймає найменше значення
де Vmax,Vсeр – максимальна і середня швидкості руху підйомної судини м/с;
Hп – висота підйому, м;
Тп – час підйому судини, с.
Оптимальну діаграму швидкості можна одержати збільшенням прискорення при запуску та уповільнення при гальмуванні (в останньому випадку це доцільно при двигунному уповільненні або вільному вибігу), а також при збільшенні в допустимих межах максимальної швидкості підйому.
Виконання оптимальної діаграми швидкості забезпечується повною автоматизацією керування, внаслідок чого підвищується як продуктивність установки, так і забезпечується робота з мінімальною витратою електроенергії.
Для перевірки відповідності фактичної діаграми швидкості оптимальній необхідно не рідше одного разу на півріччя проводити виміри графіка швидкості з подальшою корекцією при відхиленні параметрів у схемі керування установкою.
При недовантаженні скіпів і вагонеток під час видачі гірської маси, неповному завантаженні клітей при спуску-підйомі людей нераціональна витрата електроенергії складе
DW=Wцnнр, кВт∙год,
де Wц=Wдоб/nф – витрата електроенергії за один цикл підйому, кВт×год;
Wдоб – добове споживання електроенергії підйомної установки (визначається за показниками лічильника активної енергії), кВт∙год;
nф – фактичне число підйомів за добу;
nнр=nф – nрац – нераціональне число циклів за розрахунковий період часу Т (дні);
– раціональне число циклів за розрахунковий період при нормованому завантаженні підйомної судини;
Аф – фактична кількість виданої гірської маси за розрахунковий період, т;
Qнорм – нормована вантажопідйомність підйомної судини.
Робота на холостому ходу пов'язана зі збільшенням нераціональних циклів і додатковою витратою електроенергії. Для її усунення необхідно мати графік роботи підйомної установки і строго його дотримуватись.
У результаті налипання гірської маси на внутрішню поверхню скіпа знижується його фактична місткість і, як наслідок, знижується загальна продуктивність підйому, що дає додаткову витрату електроенергії. Контроль за станом скіпів повинен проводитися не рідше одного разу на місяць.
Недоліком реостатних систем керування роботою підйому є значні втрати енергії під час пуску та гальмування. Частотно-керовані, ТП–Д системи та інші системи мають високі регулювальні властивості та кращі техніко-економічні показники, в тому числі при меншій витраті електричної енергії.
При дводвигунному електроприводі під час ремонтних і профілактичних робіт, а також у початковий момент прискорення або гальмування можливо використовувати один двигун.
Вентиляторні установки
Сумарна встановлена потужність приводних двигунів вентиляторів, компресорів, насосів складає біля 20% від потужності всіх електростанцій СНД; при цьому тільки вентилятори споживають біля 10% всієї енергії, яка виробляється в співдружності.
Обстеження Криворізького басейну показали, що більшість установок вентиляторів шахт має ККД значно нижчий за норму (0,6, а в деяких 0,3…0,4). Тільки 22% вентиляторів працюють у зоні економічного використання. Фактично питома витрата потужності в 1,5–2 рази перевищує допустиму величину, а загальна вартість перевитрати електроенергії приводами головних вентиляторів складає четверту частину витрати електроенергії всіма установками за рік.
Це пояснюється тим, що більшість вентиляторів експлуатується поза зоною економічної роботи, тобто режим роботи вентиляторів не відповідає параметрам вентиляційних мереж (невідповідність фактичних значень еквівалентних отворів вентиляційних напрямків шахт їх проектним значенням; наявність великих підсосів повітря з поверхні через зону обвалення і надшахтні споруди; вентилятори обладнані нерегульованим приводом тощо).
Причиною низьких енергетичних показників вентиляторів є:
– змінний аеродинамічний опір мережі в процесі розробки шахтного поля. Вентилятор вибирається на максимальні значення продуктивності і тиску, які досягаються тільки через декілька років роботи. Тому вентилятор тривалий час працює в режимах, відмінних від розрахункового;
– відмінність реальних величин параметрів вентиляції (кількість метану, протяжність і перетин виробок, витоки повітря тощо) від розрахункових призводить до того, що фактичний режим роботи вентилятора значно відрізняється від розрахункового;
– зміна величини природної тяги від пори року, а іноді і протягом доби залежно від температури повітря на поверхні;
– зміна метановиділення, яка залежить від атмосферних, гірсько-геологічних факторів, і яка призводить або до простоїв у разі підвищення допустимої концентрації, або до перевитрати електроенергії.
Експериментально встановлено, що коливання депресії між лютим і вереснем на деяких шахтах складає 20 мм. вод. ст. при зміні витрати повітря понад 12%. Особливо великі коливання природної тяги в районах з різкоконтинентальним кліматом, де природна тяга має змінний напрям у різний час року, а іноді й доби.
Шляхи економії електроенергії в установках вентиляторів: узгодження режиму роботи вентилятора з характеристикою вентиляційної мережі, підвищення ККД вентиляційної мережі, підвищення експлуатаційного ККД установок вентиляторів; регулювання продуктивності установок вентиляторів.
Робоча точка вентилятора визначається як робоча точка перетину напірної характеристики вентилятора з характеристикою вентиляційної мережі. Вона повинна лежати на стійкій частині характеристики вентилятора і бути за можливістю ближче до точки, яка відповідає максимальному ККД вентилятора. Якщо має місце неефективна робота вентилятора, то робочу точку можна перемістити в зону економічної роботи як за допомогою зміни робочих параметрів вентилятора, так і зміною характеристики вентиляційної мережі. Визначення робочої точки вентилятора при уточненій характеристики вентиляційної мережі повинно проводитись не рідше одного разу в півріччя.
Підвищення ККД вентиляційної мережі забезпечується за рахунок зниження підсосів (витоків) повітря через надшахтну будівлю і канали вентилятора та зниженням опору (депресії) вентиляційної мережі. Для зниження підсосів повітря через надшахтну будівлю необхідно виштукатурювати стіни, закласти щілини, обладнати вікна подвійними рамами, а також упорядкувати роботу шлюзових і розвантажувальних пристроїв. Підйоми клітей повинні бути обладнані спеціальними повітряними клапанами. Для зменшення підсосів повітря у вентиляційних каналах необхідно ущільнювати ляди, забезпечивши ретельну підгонку ущільнюючої гуми до рами і надійне кріплення останньої до бетону каналів; обладнати оглядові колодязі і входи в канал подвійними щільно прилеглими лядами з прокладкою з м'якої гуми.
Для визначення стану вентиляційної мережі шахти, який змінюється, необхідно періодично проводити депресивні зйомки вентиляційних мереж, що дає загальну картину розподілу загальношахтної депресії, на якій можна виділити ділянки різкого збільшення аеродинамічних опорів.
Стосовно цих ділянок і всієї вентиляційної мережі проводяться заходи щодо зниження опору протяжних ділянок і місцевих опорів:
– збільшення площі поперечного перетину вентиляційних виробок шляхом їх перекріплення;
– поліпшення аеродинамічних властивостей вироблок за рахунок їх затягувань, обшивки, штукатурки стін, згладжування кутів при вигинах виробок, установка обтічників на розстрілах тощо;
– зниження місцевих опорів шляхом прибирання вагонеток і устаткування з виробок, розбирання завалів тощо.
Потужність, споживана з мережі двигуном установки вентилятора, визначається виразом
, кВт.
Так, якщо в шахту подається Q = 200 
свіжого повітря при hв=0,65, hд=0,85 і за рахунок реконструкції вентиляційної мережі понизити загальношахтну депресію на 400 Па (розкріплення 500 м вентиляційного штреку зі збільшенням перетину з 4 
до 6 , видалення з штреку двох вагонеток з інертним пилом, згладжування кута повороту струменя повітря), то одержимо річну економію (за Тв=8760 год роботи вентилятора)
DW=400∙200∙8760∙ 
/(0,65∙0,85)≈1270 тис.кВт∙год/рік.
Підвищення експлуатаційного ККД установок вентиляторів досягається:
– усуненням робіт осьового вентилятора з переверненим колесом;
– забезпеченням нормативних зазорів робочого колеса;
– наявністю обтічника перед входом робочого колеса осьового вентилятора;
– забезпеченням нормативних параметрів дифузора на виході осьового вентилятора;
– точною установкою лопаток направляючого апарату;
– експлуатаційними змінами параметрів робочих коліс слабо-завантажених двоступеневих осьових вентиляторів;
– підвищенням активного завантаження двигуна вентилятора.
Регулювання продуктивності установок вентиляторів може здійснюватися аеродинамічними способами і зміною частоти обертання робочого колеса вентилятора за допомогою регульованого електроприводу.
Водовідливні установки
Шляхи економії електроенергії у водовідливних установках: підвищення ККД насосів і трубопроводів; регулювання продуктивності водовідливної установки; впорядкування графіка навантажень водовідливної установки; організаційні заходи.
Підвищення ККД насосів забезпечується за рахунок ретельного балансування робочих коліс, регулярною заміною ущільнювачів, забезпечення робочої точки насоса в зоні максимальних значень ККД.
Підвищення ККД трубопроводу може бути здійснене за рахунок:
– збільшення перетину труб по всій довжині та на окремих ділянках;
– включення на паралельну роботу резервного нагнітального ставу;
– скорочення довжини трубопроводу, заміна похилих ділянок вертикальними;
– регулярне очищення трубопроводу;
– ліквідація в трубопроводі зайвої арматури і непотрібних поворотів або зниження їх опору згладжуванням гострих кутів;
– використовування арматури з меншими значеннями коефіцієнта місцевого опору (наприклад, заміна в прийомних пристроях на всмоктувальних трубопроводах тарілчастих клапанів на кульові).
Витрата електроенергії насосної установки за рік визначається виразом
, кВт∙год/рік
де T – число годин роботи насоса за рік, год/рік; hтр – ККД трубопроводу; Н – висота підйому води, м; Q – подача, м3/год.
При зміні значень величин, які входять у формулу, підраховується витрата енергії по базовому варіанту і з урахуванням впровадження енергозберігаючих заходів, різниця витрат енергії дасть економію електроенергії.
Регулювання продуктивності насосної установки при використанні відцентрових насосів в даний час практично не використовується, оскільки одночасно міняється напір і подача. Тому регулювання можливе лише в невеликому діапазоні для відпрацьовування робочої точки з максимальним ККД.
Це може бути здійснено:
– за рахунок дроселювання на стороні нагнітального трубопроводу;
– використанням різного виду муфт;
– використанням регульованого електроприводу.
Шляхом зміни часу включення насосної установки на період мінімального підземного навантаження можна зменшити втрату енергії в стовбурному кабелі. Зазначений захід, можливо, буде пов'язаний зі збільшенням водозбірника водовідливної установки, проте останнє може мати додатковий ефект за рахунок позапікового електроспоживання насосів.
Організаційні заходи включають:
– усунення витоків у трубопроводі;
– використання напору трубопроводу для зрошення (відпадає необхідність в насосах зрошення);
– регулярне чищення водозбірника (поліпшується робота приймального пристрою насосної установки і насоса);
– попередження проникнення води в шахту;
– правильна експлуатація електродвигунів насосів.
Компресорні установки
Шляхи економії електроенергії в компресорних установках: періодичний контроль ККД компресорів; застосування резонансного наддування поршневих компресорів; зниження наднормативних витоків стислого повітря і втрат тиску в пневмомережах шахт; узгодження режимів роботи компресорної станції з режимом споживаного стислого повітря; заміна пневмообладнання на електрообладнання; використання регульованого електроприводу.
Щоб не відбувалося зниження ККД компресорів, необхідно здійснювати заходи щодо підвищення ефективності їх роботи, а саме:
– контроль опору повітрезабірного пристрою;
– регулярне очищення фільтрів;
– регулювання притискних пружин клапанів;
– вживання високоякісного мастила частин тертя і строго регламентована її подача в циліндри;
– підтримка в справному стані регуляторів продуктивності і забезпечення їх чіткої роботи;
– контроль інтенсивності охолодження компресорів.
Температура стислого повітря на виході з проміжного холодильника не повинна перевищувати температуру охолоджуючої води на вході не більше ніж на 5–10ºС.
Використання резонансної довжини всмоктувальних трубопроводів поршневих компресорів скорочує питому витрату електроенергії на 3–5% при одночасному підвищенні продуктивності на 5–8%. Резонансна довжина (м) визначається виразом L=5160/n (n – швидкість обертання колінчастого валу компресора, об/хв).
Відповідно до вимоги «ПТЕ вугільних і сланцевих шахт», витоки стислого повітря не повинні перевищувати 20%. Для дотримання цієї вимоги необхідно:
– вести систематичний контроль за витоками стислого повітря;
– замінювати гумовотканинні повітропроводи на типові гнучкі з металоплівкою і уніфіковану пневмоапаратурою;
– не допускати установку товстостінних труб замість тонкостінних, збільшувати діаметр труб на окремих ділянках;
– встановлювати необхідну кількість водовіддільників;
– використовувати пересувні компресори для подачі невеликої кількості стислого повітря віддаленим споживачам;
– при нагоді використовувати теплоізоляцію трубопроводу;
– виключити нераціональну витрату стислого повітря.
Потужність електродвигуна компресора визначається виразом
, кВт
де hiз – ізотермічний ККД компресора; gн – густина повітря при 273ºK і тиску 0,1 МПа 
; gд – густина всмоктуваного повітря за дійсних умов ; р1 – початковий тиск всмоктуваного повітря, МПа; р2 – тиск стислого повітря, МПа; Qк – подача компресора 
.
Зниження тиску стислого повітря, що виробляється, на 1% зменшує витрату електроенергії приблизно на 0,5%. Графік роботи компресорної станції повинен бути погоджений з графіком споживання стислого повітря, що скорочує надмірне вироблення стислого повітря і додаткові втрати.
При можливості заміни пневматичної енергії на електричну окремих споживачів має місце 7–10 кратна економія енергії.
Конвеєрні установки
Шляхи економії електроенергії на конвеєрному транспорті: підвищення середнього завантаження конвеєрів до номінального значення; виключення додаткової роботи конвеєрів вхолосту; виключення нераціонального використовування скребкових конвеєрів; підтримка високого технічного стану конвеєра; вживання регульованого електроприводу.
Витрата електроенергії одним конвеєром за розрахунковий період часу визначається виразом
– для стрічкового конвеєра
, кВт∙год
– для скребкового конвеєра
, кВт∙год
де L – довжина конвеєра, м; якщо приймається вантаж з виїмних ділянок, його довжина визначається виходячи з його довжини на початок планованого періоду Lп ± половина просування лінії забою Lв за розрахунковий період роботи при подовженні (укороченні) конвеєра L=Lп ± Lв/2; b – кут установки конвеєра, градус; Lг= Lcosb – горизонтальна довжина конвеєра, м; d – коефіцієнт опору руху: для стаціонарних конвеєрів d =(0,02–0,033); для конвеєрів встановлених e межах виїмних ділянок d=(0,04–0,06); для конвеєрів, які працюють у особливо важких умовах d=(0,08–0,12); Сст, Сл – погонна маса частин конвеєра, що рухаються, кг/м, величина таблична, залежно від типу конвеєра; tр – час роботи конвеєра за розрахунковий період, год; Vст, Vл – швидкість відповідно стрічки і ланцюги конвеєра, м/с; Qр – розрахункова маса вантажу, який перевозиться конвеєром за час роботи tр, т.
Для визначення нераціональної витрати електроенергії при роботі конвеєрів вхолосту використовується тільки перший доданок вказаних виразів, і замість tр підставляється час tх холостого ходу конвеєра за розрахунковий період.
З метою збільшення завантаження конвеєра до номінальних значень слід за конвеєром, який приймає вугілля (породу) встановлювати бункер або іншу усереднюючу ємність, з якої здійснюється завантаження послідовно працюючих конвеєрів з номінальним завантаженням. Варто регулярно стежити за станом бункерів і усереднюючих місткостей, за роботою завантажувальних пристроїв; для бункерів місткістю 1000 
і вище використовувати датчики верхнього і нижнього рівня, зблоковані зі схемою автоматизації конвеєрної лінії.
У деяких випадках має місце нераціональне використання скребкових конвеєрів, які можна замінити стрічковими. Економічний ефект цього заходу, а також використання бункерів можна розрахувати, використовуючи приведені аналітичні вирази витрати енергії конвеєрами.
Для підтримки високого технічного стану конвеєрів, що знижує електроспоживання, необхідно:
– періодично проводити змащування механічних вузлів відповідно до карти змащування заводу-виробника;
– не допускати заштибовки конвеєра і кінцевих станцій;
– не допускати експлуатацію конвеєра при надмірному зносі окремих вузлів;
– в стрічкових конвеєрах систематично перевіряти стан пристроїв для очищення стрічки і барабанів;
– в скребкових конвеєрах підтримувати у нормальному стані замкові з'єднання і стики секцій регулюванням натягнення скребкового ланцюга в заданих межах;
– вчасно проводити планово попереджувальний ремонт.
ТЕМА 2. Вибір раціонального способу і діапазону регулювання швидкості електроприводу залежно від технологічних умов роботи машин і механізмів