Замена малозагруженных двигателей двигателями меньшей мощности. Оценка рентабельности замены незагруженных асинхронных электродвигателей

ТЕМА 10. ЗАМЕНА МАЛОЗАГРУЖЕННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯМИ МЕНЬШЕЙ МОЩНОСТИ

Оценка рентабельности замены незагруженных асинхронных электродвигателей. Если средняя нагрузка электродвигателя не превышает 45 % номинальной мощности, то замена его менее мощным всегда целесообразна и проверка по условию рентабельности не требуется. При нагрузке электродвигателя более 70 % номинальной мощности можно считать, что замена его нецелесообразна.

При нагрузке электродвигателя в пределах 45—70 % номинальной мощности целесообразность замены должна быть подтверждена уменьшением суммарных потерь активной мощности в энергосистеме и в электродвигателе. Потери могут быть определены по формуле (21).

Пример 14. Асинхронный электродвигатель 4АН225М4УЗ; Р_н=75 кВт, U_н=380 В; n_н= 1475 об/мин; I_н=139 А; h_н =92,5%; cosj_н =0,89; Q =40 квар, Q_о=26 квар; Dр_нг.н =3,б кВт; Dр_о =2,4 кВт работает с нагрузкой на валу Р =37,5 кВт.

Коэффициент повышения потерь в данном пункте энергосистемы k_э=0,15 кВт/квар.

Фактический коэффициент нагрузки электродвигателя k_нг=37,5:75=0,5.

Оптимальный коэффициент нагрузки

т. е. примерно вдвое больше фактического. Поэтому решено заменить указанный электродвигатель.

Представляется целесообразным рассмотреть два варианта:

замена электродвигателем 4АН200L4УЗ; Р_н=55 кВт; U_н==380 В;  n_н=1475 об/мин; I_н=102 А; h_н=92°/о; cosj_н =0,89; Q_н=30 квар; Q_о=20 квар; Dp_нг.н = 2,75 кВт; Dp_о =2,25 кВт;

замена электродвигателем 4АН200М4УЗ; Р_н=45 кВт; U_н=380 В; n_н=1475 об/мин; I_н=84,4 А; h_н=91 %; cosj_н=0,89; Q_н=25 квар; Q_о = 16 квар; Dр_нг.н = 2,5 кВт; Dр_нг.н ==2 кВт.

Суммарные потери активной мощности в энергосистеме, обусловленные работой электродвигателя, Р_н=75 кВт при k_нг =0,5 определяются равенством:

Аналогично определяются суммарные потери активной мощности в энергосистеме Dp_сум1 при работе электродвигателя Р_н=55 кВт с k_нг = 37,5 : 55 = 0,68 и потери Dp_сум2 при работе электродвигателя Р_н = 45 кВт с k_нг = 37,5 : 45=0,83:

Таким образом, целесообразен второй вариант, так как при замене электродвигателем Р_н=45 кВт снижение потерь активной мощности составляет (7,8—5,3): 7,8 » 0,3, или 30 %.

Капитальные затраты на приобретение электродвигателя меньшей мощности можно не учитывать, если снятый электродвигатель используется в другом производственном механизме. В ином случае стоимость сэкономленной электрической энергии тЭ, где т — тариф на электроэнергию, должна быть больше приведенных затрат на новый электродвигатель с учетом амортизации, т. е.

тЭ ³K(E_н+Е_а).

В общем случае при подборе электродвигателей меньшей мощности кроме условий рентабельности должна быть сделана проверка их соответствия режиму работы производственного механизма. Она должна включать вопросы нагрева электродвигателя (с учетом конкретного нагрузочного графика), длительности разгона и перегрузочной способности.

Определение оптимального коэффициента нагрузки, асинхронного электродвигателя. В практике рационального использования асинхронных электродвигателей важным является установление наивыгоднейшего или оптимального коэффициента нагрузки, так как он характеризует КПД и коэффициент мощности электродвигателя.

Зависимость КПД от коэффициента нагрузки  определяется выражением:

где

g - расчетный коэффициент, зависящий от конструкции электродвигателя:

Анализ выражений (17) и (18) показывает, что КПД электродвигателя достигает наибольшей величины при такой нагрузке, при которой постоянные потери равны потерям переменным, т. е.

Таким образом, наивыгоднейший режим работы электродвигателя с точки зрения наименьших потерь будет при коэффициенте нагрузки

Обычно  находится в диапазоне нагрузок 0,65— 0,7, что соответствует g= 0,35 — 0,5.

Коэффициент  учитывает потери активной мощности в самом электродвигателе и не учитывает потерь в энергосистеме, вызванных реактивной мощностью, потребляемой электродвигателем.

Эти потери учитываются с помощью коэффициента изменения потерь k_э, измеряемого в кВт/квар. Коэффициент k_э численно равен удельному снижению потерь активной мощности во всех элементах системы электроснабжения (от источников питания до мест потребления электроэнергии), получаемому при уменьшении передаваемой предприятию реактивной мощности. Он задается энергосистемой предприятиям или принимается по справочным данным (табл.2).

Таблица

Коэффициент k_э позволяет определить так называемые приведенные, или суммарные, потери активной мощности, т. е. сумму активных потерь в электродвигателе и активных потерь в энергосистеме от реактивной нагрузки электродвигателя.

Эти потери в функции коэффициента нагрузки имеют вид:

Подставляя полученное значение Dр_сум в формулу (17) и решая это выражение относительно коэффициента нагрузки, получим новое значение оптимального коэффициента нагрузки:

которое необходимо учитывать в расчетной практике.

Пример 9. Для электродвигателя, данные которого приведены в примере 7, определить оптимальные коэффициенты нагрузки без учета и с учетом коэффициента потерь k_э =0,15 кВт/квар.

При k_э =0

При k_э = 0,15 кВт/квар

Приведенные расчеты показывают, что если не учитывать влияние потребляемой реактивной мощности на величину суммарных потерь активной мощности, т. е. если k_э ==0, что было бы неправильным, то оптимальные коэффициенты нагрузки окажутся намного заниженными.