Электродвигатели и электроприводы

Энергетическое обследование электродвигателей и электроприводов позволяет оценить, насколько рационально электроэнергия используется при работе технологического оборудования, насосов и вентиляторов. Основное внимание уделяют фактической загрузке двигателей, создаваемому крутящему моменту, продолжительности работы и способу регулирования производительности.

При обследовании сопоставляют паспортные характеристики двигателей с измеренными токами, электрической мощностью, скоростью вращения и полезной работой приводимых механизмов. Это помогает выявить возможные потери при холостом ходе, избыточной установленной мощности и неудачно выбранном способе регулирования. При этом высокий расход электроэнергии не обязательно означает неисправность двигателя: причина может заключаться в нагрузке самого механизма.

Фактическая загрузка и рабочие характеристики двигателя

Номинальная мощность электродвигателя характеризует его расчётный рабочий режим, но не показывает, сколько электроэнергии он потребляет в конкретный момент. Фактическая нагрузка зависит от сопротивления приводимого механизма, требуемого крутящего момента и скорости вращения.

При обследовании специалист сопоставляет паспортные параметры с измеренными электрическими показателями и производительностью оборудования. Рабочая точка привода характеризует условия, при которых двигатель и механизм выполняют свою функцию. Для насоса это связано с подачей и условиями работы системы, для вентилятора — с необходимым воздухообменом, для технологической машины — с фактической производственной нагрузкой.

Такое сопоставление необходимо, чтобы отличить технически обоснованное потребление от неэффективного режима. Например, двигатель может работать продолжительное время с небольшой полезной нагрузкой, однако его потребление нельзя оценить только по установленной мощности. Важно установить фактическую продолжительность такого режима и количество выполненной работы.

Холостой ход, недогрузка и перегрузка

Холостой ход возникает, когда электродвигатель продолжает работать, но приводимый механизм не выполняет предусмотренную полезную работу либо выполняет её в минимальном объёме. При этом электроэнергия продолжает расходоваться. Если такие периоды занимают значительную часть рабочего времени, они становятся самостоятельным предметом энергетической проверки.

Другой возможный фактор — избыточная установленная мощность. Двигатель, выбранный с большим запасом относительно фактической нагрузки, может длительно работать в режиме недогрузки. Специалист сопоставляет его характеристики с нагрузкой механизма и определяет, насколько такой режим соответствует условиям эксплуатации. Само превышение номинальной мощности над текущей нагрузкой ещё не доказывает неоправданность выбора оборудования.

При повышенном токе необходимо рассматривать и противоположную ситуацию — механическую перегрузку. Она может возникать при увеличении сопротивления приводимого оборудования. Кроме того, изменение тока может быть связано со снижением напряжения питания. Поэтому повышенный ток нельзя автоматически объяснять низким КПД двигателя: для разграничения причин нужны данные о напряжении, мощности и фактической механической нагрузке.

Способы регулирования производительности

Энергопотребление электропривода зависит не только от двигателя, но и от способа управления технологическим процессом. В насосных и вентиляционных системах производительность может регулироваться при сохранении скорости вращения двигателя либо посредством её изменения.

При дросселировании насосного потока или регулировании воздушного потока заслонкой двигатель может продолжать работать с практически неизменной скоростью, хотя полезная производительность системы уменьшается. В зависимости от характеристик оборудования такой способ управления способен приводить к дополнительным энергетическим затратам.

Частотный преобразователь позволяет изменять скорость вращения электродвигателя в соответствии с требуемым режимом механизма. Для насосов и вентиляторов с переменной производительностью это может создавать возможности снижения электропотребления по сравнению с регулированием без изменения скорости.

Однако частотное регулирование не обеспечивает экономию автоматически. Его эффективность зависит от характеристик нагрузки, диапазона необходимых рабочих режимов и продолжительности работы оборудования. Если механизм должен постоянно работать с определённой скоростью или характер его нагрузки не предполагает соответствующего снижения мощности, установка преобразователя может не дать ожидаемого результата.

Поэтому перед выбором способа регулирования специалист сопоставляет фактические рабочие точки, требуемую производительность и электрическую мощность в существующих режимах.

Исходные данные для обследования электроприводов

Для анализа необходимы сведения, позволяющие связать потребляемую электроэнергию с полезной работой оборудования:

• Паспорта электродвигателей — для определения номинальной мощности, скорости вращения и других характеристик оборудования.
• Графики токов и электрической мощности — для оценки изменения потребления при фактической загрузке.
• Данные о скорости вращения — для сопоставления режимов двигателя со способом регулирования производительности.
• Сведения о загрузке технологических машин — для определения связи между электрической нагрузкой и полезной работой.
• Данные о простоях и рабочих режимах — для оценки продолжительности холостого хода, недогрузки и перегрузки.

Измерения необходимо соотносить с конкретным двигателем и приводимым механизмом. Если прибор учёта охватывает несколько агрегатов, его суммарные показания не позволяют непосредственно определить расход отдельного привода. При недостатке сведений о фактической производительности также невозможно достоверно оценить эффективность выбранного режима.

Результаты обследования электродвигателей и электроприводов

По результатам анализа составляют реестр электроприводов с паспортными характеристиками, фактическими рабочими точками и особенностями эксплуатации. Для каждого рассматриваемого агрегата определяют характер загрузки, применяемый способ регулирования и наличие оснований для дальнейшей проверки энергопотребления.

Такой реестр позволяет выделить двигатели с продолжительным холостым ходом, возможной избыточной установленной мощностью или режимами регулирования, требующими дополнительной оценки. Отдельно указывают случаи, когда необходимо уточнить механическую нагрузку либо параметры электропитания.

Полученные сведения используют при выявлении неэффективных режимов работы оборудования. При этом величину возможной экономии электроэнергии нельзя определять только по номинальному КПД двигателя или факту установки частотного преобразователя. Для обоснованного расчёта необходимы подтверждённые рабочие режимы и данные фактического потребления.

Дополнительное объяснение зависимости нагрузки от условий эксплуатации приведено в материале «От чего зависит энергопотребление электродвигателей». Другие объекты обследования представлены в категории «Электроснабжение и учёт энергоресурсов».