Электродвигатели и электроприводы

Энергетическое обследование электродвигателей и электроприводов позволяет определить, насколько потребляемая электроэнергия соответствует механической работе оборудования. Для этого фактическую мощность двигателя сопоставляют с нагрузкой приводимой машины, частотой вращения и способом управления производительностью.

Главная задача — установить рабочие режимы, в которых электропривод потребляет больше энергии, чем требуется для выполняемой механической работы. Повышенное потребление может быть связано с недогрузкой двигателя, механическим сопротивлением, холостым ходом или способом регулирования оборудования. Разграничить эти причины можно только при совместном анализе электрических параметров двигателя и характеристик приводимого механизма.

Электрическая мощность и полезная механическая работа

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую. Часть поступающей энергии при этом теряется, поэтому механическая мощность на выходе двигателя меньше потребляемой электрической мощности. Соотношение этих величин характеризует коэффициент полезного действия (КПД).

Однако энергетическая эффективность электропривода зависит не только от КПД двигателя. Необходимо учитывать, какую механическую работу выполняет подключённая машина и насколько её фактическая нагрузка соответствует выбранному режиму вращения.

Двигатель может работать с высоким собственным КПД, но оборудование в целом расходовать больше энергии, чем необходимо для текущей производительности. Поэтому специалист рассматривает двигатель и приводимый механизм как связанную систему: электрическая мощность должна оцениваться относительно фактически выполняемой механической работы.

При изменении подачи или производительности механизма меняется необходимая механическая нагрузка. Способ её регулирования влияет на энергопотребление всего привода. Следовательно, оценка только паспортной мощности двигателя не позволяет определить эффективность работы оборудования.

Сопоставление характеристик двигателя с рабочими режимами

Для обследования необходимы паспортные параметры электродвигателя, график потребляемой мощности, фактическая частота вращения, сведения о механической нагрузке, пусковых циклах и режиме преобразователя частоты, если он используется.

Паспортные характеристики определяют номинальные условия работы двигателя. График мощности показывает изменение электрического потребления во времени, а сведения о частоте вращения и механической нагрузке позволяют установить связь между потреблением и работой приводимой машины.

Специалист сопоставляет фактическую нагрузку с характеристиками двигателя и механизма. При этом рассматривают рабочие интервалы, пуски, разгоны и периоды холостого хода. Важно определить не только величину потребляемой мощности, но и продолжительность каждого режима.

Пусковые циклы требуют отдельного внимания внутри анализа рабочего режима: при разгоне двигатель и приводимая машина работают в условиях, отличающихся от установившегося движения. Если оборудование часто запускается, оценка только установившейся мощности не отражает всей картины его эксплуатации.

Режим холостого хода также необходимо сопоставлять с назначением оборудования. Двигатель может продолжать потреблять электроэнергию при отсутствии полезной механической работы. Однако для определения энергетического эффекта изменения такого режима нужны его фактическая продолжительность и измеренное потребление.

Причины повышенного энергопотребления электроприводов

Избыточный расход может иметь различные технические объяснения. Недогрузка двигателя изменяет соотношение потребляемой и полезной мощности. Повышенное механическое сопротивление увеличивает потребность приводимой машины в механической энергии. Холостой ход сопровождается потреблением при отсутствии соответствующей полезной работы, а способ управления производительностью определяет нагрузку в частичных режимах.

Эти причины нельзя устанавливать по одному показателю электрической мощности. Для разграничения специалист сопоставляет измеренный расход с фактической механической нагрузкой и режимом вращения. Если потребление изменилось, необходимо определить, сопровождалось ли оно изменением выполняемой работы.

Особенно важно различать мощность и энергию. Мощность характеризует нагрузку в определённый момент, а расход электроэнергии за период зависит также от продолжительности работы. Поэтому высокий показатель мощности при кратковременной нагрузке и длительная работа при небольшой мощности могут по-разному влиять на общий расход.

Обнаруженное несоответствие становится основанием для проверки конкретного режима, но не доказательством неисправности двигателя. Причину устанавливают с учётом характеристик всей электромеханической системы.

Насосные, вентиляторные и конвейерные электроприводы

Характер механической нагрузки зависит от назначения приводимой машины. Насос, вентилятор и конвейер предъявляют разные требования к крутящему моменту и частоте вращения. Поэтому одинаковая установленная мощность электродвигателей не означает одинаковую зависимость энергопотребления от производительности.

Для насосных и вентиляторных приводов необходимо учитывать, как изменение частоты вращения связано с требуемой подачей и рабочими характеристиками оборудования. Для конвейерного привода существенна зависимость механической нагрузки от перемещаемого материала и условий работы механизма.

При использовании преобразователя частоты специалист проверяет допустимость регулирования скорости и соответствие выбранного режима фактической потребности. Частотное управление может изменять энергопотребление, но наличие преобразователя само по себе не гарантирует экономию.

Если приводимая машина должна работать при постоянном расходе или в неизменном технологическом режиме, снижение частоты вращения может оказаться неприменимым. Поэтому возможность регулирования определяется характеристиками механизма и требованиями к выполняемой работе.

Сравнивать варианты управления необходимо для одной и той же полезной задачи. Иначе уменьшение электрической мощности может сопровождаться снижением производительности, что не подтверждает повышения энергетической эффективности.

Режимная карта электроприводов и применение результатов

Результатом обследования становится режимная карта электроприводов. Она связывает фактическую электрическую мощность, частоту вращения, механическую нагрузку и продолжительность характерных режимов работы оборудования.

По этим данным определяют, какие приводы требуют дополнительной проверки недогрузки, холостого хода, механического сопротивления или способа управления производительностью. Карта также позволяет установить условия, при которых можно технически обоснованно рассматривать изменение режима электропривода.

Главное ограничение заключается в том, что без характеристик приводимой машины невозможно достоверно оценить эффект изменения частоты вращения только по паспортной мощности двигателя. Для такого вывода необходимо подтвердить зависимость механической нагрузки от скорости и допустимость предполагаемого режима.

Результаты могут использоваться для выявления неэффективных режимов работы оборудования. Дополнительные пояснения приведены в материале «От чего зависит энергопотребление электродвигателей».

В отличие от обследования освещения, где энергопотребление связано с обеспечением светового режима, при оценке электроприводов определяющей является связь электрической энергии с механической работой и нагрузочной характеристикой машины. Общие границы обследования представлены в разделе «Электроснабжение и учёт энергоресурсов».