Введение к работе
Актуальность темы. Метизные предприятия России производят порядка двух миллионов тонн продукции в год. Исходным материалом для метизной продукции является проволока, которая проходит обработку на волочильных станах крупного волочения. Тенденцией мирового сообщества является снижение потребления электроэнергии с целью эффективного использования ресурсов и повышения конкурентоспособности продукции. Поэтому существует проблема повышения энергоэффективности метизных предприятий.
Одной из причин снижения энергоэффективности метизных предприятий является использование в электроприводах волочильных станов традиционных асинхронных двигателей (ТАД), потребляющих из электросети реактивную мощность индуктивного характера. Это существенно снижает коэффициент мощности (cos), а следовательно, энергетический коэффициент полезного действия, равный произведению электрического к.п.д. и коэффициента мощности.
Эффективным методом снижения энергозатрат является компенсация реактивной мощности. Для этого применяются различные способы и технические устройства. Например, подключение к электросети компенсирующих конденсаторов, специальных полупроводниковых управляемых компенсаторов, синхронных машин, работающих в режиме генерирования реактивной мощности емкостного характера и др. Однако их технико-экономическая эффективность проявляется преимущественно в электрических сетях высокого напряжения 6/10 кВ и более. Вместе с тем, наибольшие потери электрической энергии от реактивных токов имеют место в электрических сетях напряжением 0,4 кВ, от которых питаются до 80% асинхронных двигателей. В системах электроснабжения 0,4 кВ метизного производства зачастую отсутствуют компенсаторы реактивной мощности (КРМ). Поэтому потери электроэнергии от реактивных токов составляют 20 – 36% от общих потерь.
Повышению энергоэффективности предприятий, в том числе метизного производства, технологических агрегатов и рабочих машин посвящены научные труды многих ученых: Ильинский Н.Ф., Копылов И. П., Рожанковский Ю.В., Веников В.А., Браславский И.Я., Зюзев А.М. и др.
Цель диссертационной работы – снижение потерь электроэнергии в низковольтных промышленных сетях и асинхронных электроприводах путем повышения коэффициента мощности и энергетического к.п.д. Для достижения поставленной цели решаются следующие главные задачи:
1. Анализ потерь электроэнергии в системах электроснабжения и электроприводах волочильных станов метизного производства и определение оптимальных путей снижения потерь электроэнергии.
-
Разработка методики расчета параметров энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности при их создании путем реконструкции существующих двигателей.
-
Создание опытно-промышленных вариантов электроприводов на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для волочильного стана.
-
Экспериментальные исследования энергоэффективности созданных электроприводов.
-
Разработка и исследование системы управления электроприводами на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности для волочильных станов с использованием одного устройства плавного пуска.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались: теория электрических цепей; теория электрических машин; методы компьютерного моделирования; математические методы обработки информации; методы цифровой обработки аналоговых сигналов; методы экспертных оценок; методы эквивалентирования электрических нагрузок; экспериментальные методы; специальное программное обеспечение.
Научная новизна работы:
-
Представлен комплексный подход к исследованию электрических потерь в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства. Он отличается от известных детализацией элементов системы электроснабжения и электроприводов волочильных станов, учетом электрических параметров (активное, индуктивное, емкостное сопротивления шинопроводов, кабелей, силовых проводов и д.р.) каждого участка системы электроснабжения, топологии расположения волочильных станов, коэффициентов загрузки электрооборудования и графиков работы волочильного отделения цеха.
-
Получены зависимости для расчетов емкости компенсирующего конденсатора асинхронного двигателя с индивидуальной компенсацией реактивной мощности. Основное отличие заключается в определении емкости компенсирующего конденсатора с учетом всех параметров схемы замещения двигателя и его коэффициента загрузки.
-
Разработана методика расчета параметров энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности при реконструкции традиционных асинхронных двигателей в условиях электроремонтных цехов и предприятий.
-
Разработана компьютерная программа для определения параметров схемы замещения, рабочих и механических характеристик энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности при их создании путем реконструкции традиционных асинхронных двигателей. Отличительной особенностью программы является наличие в ней расчетного модуля, позволяющего рассчитывать и визуально наблюдать измене-
ние характеристик при регулировании параметров схемы замещения двигателя в заданных диапазонах.
Практическая значимость работы:
1. Проведенные исследования электрических потерь в системах электро
снабжения и электроприводах волочильного производства позволяют оценить
эффективность использования электроэнергии в зависимости от параметров
силовых трансформаторов, схемы электроснабжения, электрических нагрузок,
коэффициента загрузки электрооборудования и графиков работы волочильного
цеха.
2. Полученные зависимости для расчетов емкости компенсирующего
конденсатора асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реак
тивной мощности позволяют определить оптимальную емкость компенсирую
щего конденсатора до реконструкции традиционного асинхронного двигателя
на энергосберегающий вариант.
-
Разработанная компьютерная программа для определения параметров схем замещения, рабочих и механических характеристик энергосберегающих асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности позволяет формировать рабочие и механические характеристики до реконструкции традиционного двигателя.
-
Разработанная система управления электроприводами волочильного стана на базе одного устройства плавного пуска для всех его электродвигателей позволяет получить наилучшие энергетические показатели в функции от их загрузки.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены: в ОАО «ММК-МЕТИЗ» в виде математической модели и рекомендаций по снижению потерь электроэнергии в системах электроснабжения и электроприводах волочильного производства с целью повышения его энергоэффективности; в ООО «Магнитогорские услуги» в виде инженерных расчетов и зависимостей для осуществления реконструкции традиционных асинхронных двигателей на двигатели с индивидуальной компенсацией реактивной мощности; в сталепро-волочном отделении цеха металлических сеток ОАО «ММК-МЕТИЗ» в виде опытно-промышленных электроприводов волочильного стана на основе асинхронных двигателей с индивидуальной компенсацией реактивной мощности.
Обоснованность и достоверность результатов и выводов диссертационной работы обеспечивается строгим выполнением математических преобразований; принятием корректных допущений; подтверждением данных моделирования экспериментальными результатами; применением современных математических моделей и пакетов программ.
