2 Енергетична ефективність існуючих електроприводів підйомних машин

З погляду енергетичної ефективності діючих асинхронних електроприводів ПМ, основними критеріями є питома витрата електроенергії за цикл спуск-підйом на одну тонну вантажу, що піднімається і середній за цикл спуск-підйом коефіцієнт корисної дії установки , визначувані з формул:

(4.3)

де - дійсна витрата електроенергії з мережі за цикл, кВт ч;

- маса вантажу, кг

(4.4)

де - висота підйому, м.

Дійсна витрата електроенергії за цикл визначувана по виразу:

(4.5)

де - витрата електроенергії при підйомі вантажу, кВт ч;

- витрата електроенергії при спуску вантажу, кВт ч.

Енергія, споживана асинхронним реостатним приводом, не залежить від швидкості обертання двигуна (тобто від швидкості руху судини) і визначається тільки моментом на валу (тобто рушійними зусиллями). Тоді витрата електроенергії з мережі для асинхронного електроприводу при підйомі вантажу може бути визначена:

(4.6)

де - максимальна швидкість руху, м/с;

- площа діаграми рушійних зусиль;

- ККД редуктора;

- ККД двигуна.

Сказане пояснюється рис.4.4,а де показана діаграма потужності, споживаної асинхронним електроприводом з мережі в циклі підйому. Ця діаграма, відповідно до виразу (4.6), повторює діаграму рушійних зусиль, тобто розрахунок зводиться до визначення рушійних зусиль на ділянках тахограми (лінія на рис.4.4,а - діаграма потужності, споживаної ідеальним електроприводом) - описується нижче.

Виходячи з тахограми роботи ПМ за цикл підйом-спуск (рис. 4.4) для певних глибин стовбура рушійні зусилля визначаються по формулі:

(4.7)

де - коефіцієнт опору ствола ( );

- кінцеве навантаження, Н;

- лінійна щільність каната, кг/м;

- глибина стовбура, м;

- приведена маса машини з приводом, кг

Для циклу підйому навантаженої посудини проводиться наступні розрахунки; приведена маса підйомної машини з приводом:

(4.8)

де - приведена маса збірки головного валу з редуктором, кг;

- маса вантажу, кг;

- приведена маса каната, кг;

- приведена маса посудини з причіпним пристроєм, кг;

- приведена маса двигуна, кг

Кінцеве навантаження при підйомі:

(4.9)

Для семіперіодної діаграми зусиль складова з формули (4.4) відповідно до (4.9) визначається у вигляді;

. (4.10)

За технологічними вимогами спуск посудини проводиться, як правило із застосуванням джерела динамічного гальмування (ДГ), а у ряді випадків, при глибинах ствола понад 300м, рух на сталій швидкості проводитися в режимі генераторного гальмування з рекуперацією енергії в мережу.

У цьому випадку діаграма потужності має вигляд рис.4.4,б, лінія . На глибинах стовбура менше 300 м, де відсутній режим генераторного гальмування на ділянці II рис.4.4,б, лінія в перебігу всього циклу (для цього випадку на ділянці II показана пунктиром).

У разі застосування ДГ витрата енергії при спуску:

(4.11)

де - напруга джерела ДГ, В;

- струм джерела ДГ, А;

- година циклу спуску, с.

Оськільки всі члени залежності (4.11) для конкретної ПМ змінюється трохи, то з великою достовірністю можна прийняти, що .

При глибинах ствола понад 300 м витрату електроенергії можна визначити по формулі:

(4.12)

де - витрати електроенергії при русі на зниженій швидкості і у режимах розгону і уповільнення, квт.ч;

- витрати електроенергії при русі на сталій швидкості, кВт ч.

Витрата електроенергії при застосуванні ДГ по тахограмі рис.4.4,б.

(4.13)

де - напруга джерела ДГ, В;

- струм джерела ДГ, А;

- година спуску посудини на зниженій швидкості і в режимах розгону і уповільнення, с.

Витрата електроенергії при спуску на сталій швидкості може бути визначений аналогічно відповідній ділянці циклу підйому. Проте, оскільки в цьому випадку рушійні зусилля мають негативний знак, то втрати в двигуні і редукторі зменшують частку енергії, що генерується в мережу. Тоді витрати електроенергії (негативні по знаку) на цій ділянці визначимо за виразом:

(4.14)

де - площа діаграми рушійних зусиль (малий. 4.4,б).

Зусилля і обчислюються по виразу (4.7) в цьому випадку приведена маса підйомної машини з приводом:

(4.15)

де - приведена маса ПМ при підйомі вантажу, кг;

- маса вантажу, кг

Кінцеве навантаження при спуску:

. (4.16)

По приведеній вище методиці розраховані енергетичні показники, з розрахунків яких видно що, найгірші показники відносяться до малих висот підйому. Зростання ККД із збільшенням висоти підйому пов'язаний із зменшенням частки часу роботи ПМ на зниженій швидкості у всьому часі циклу.