автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Влияние отклонения напряжения на производительность текстильных механизмов и качество выпускаемой продукции в условиях Кубы

Глава I. Введение и постановка вопроса

1.1. Общие положения

1.2. Краткая историческая справка о текстильной промышленности Кубы

1.3. Климатические условия работы текстильных предприятий на Кубе

1.4. Анализ факторов, влияющих на режим асинхронных двигателей в текстильной промышленности Кубы

1.5. Анализ существующего положения и постановка вопроса

Глава 2. Анализ зависимостей частоты вращения асинхронных двигателей от нацряжения на его зажимах

2.1. Сведения и постановка вопроса

2.2. Работа асинхронного двигателя при изменениях напряжения от номинального значения при номинальной частоте.

2.3. Определение скольжения и частоты вращения асинхронного двигателя

2.4. Выводы

Глава 3. Экспериментальное исследование влияния отклонений напряжения на производительность механизмов ткацкого и прядильного производства и разработка методики исследования

3.1. Постановка задачи.

3.2. Общая характеристика методики.

3.3. Применение предлагаемой методики

3.4. Определение зависимости производительности машин от напряжения

3.5. Влияние отклонения напряжения на качество выпускаемой продукции.

3.6. Выводы

Глава 4. Определение экономического убытка при отклонениях напряжения в системах внутризаводского электроснабжения текстильного комбината на Кубе и пути улучшения режимов напряжения.

4.1. Основные положения и постановка задачи

4.2. Экспериментальные характеристики y=-f(u) для отдельных механизмов хлопчатобумажных предприятий

4.3. Анализ режима напряжения в системах внутризаводского электроснабжения

4.4. Определение зависимости экономического убытка от числовых характеристик случайной величины напряжения

4.5. Режим напряжения на зажимах асинхронных двигателей и экономический убыток в зависимости от схемы их питания

4.6. Выводы

В зависимости от режима нагрузки промышленного предприятия напряжение на зажимах приемников электроэнергии не остается постоянным и может отличаться от номинального. Эти изменения напряжения могут происходить при любой скорости и разделяются на отклонения и колебания. Согласно /I/, отклонения напряжения v -разность между фактическим значением напряжения U и его номинальном значением для сети иНом , возникающая при сравнительно медленном изменении режима работы, когда скорость изменения напряжения меньше I % в секунду

V = U -U ном ,

Если v выражается в процентах от номинального напряжения Uhom , а и и Uhom - в вольтах или киловольтах, то

V =

U"Uhom .100 . <1-2)

U ном

В СССР ГОСТ 13109-67 регламентирует допустимые значения отклонений напряжения от номинального на зажимах различных приемников электроэнергии.

На зажимах приборов рабочего освещения, установленных в производственных помещениях и общественных зданиях, где требуется значительное зрительное напряжение, а также в прожекторных установках наружного освещения, допустимы отклонения напряжения от номинального в пределах от - 2,5 до +5 %; на зажимах электрических двигателей и аппаратов для их пуска и управления допустимы отклонения напряжения от -5 до +10 % номинального. В после-аварийных режимах допускается дополнительное понижение напряжения на 5 %.

Во "Временных указаниях по регулированию напряжения в электрических сетях" нормальным техническим условиям длительной работы приемников электрической энергии соответствуют те же допустимые отклонения напряжения / 2 /.

Согласно ПУЭ, отклонение напряжения на зажимах электродвигателей от номинального-, как правило, должно быть не более £ 5 %; в отдельных случаях допускаются отклонения выше номинального до + 10 %. Снижение напряжения у наиболее удаленных ламп внутреннего рабочего освещения промышленных предприятий должно быть не более 2,5 %, а наибольшее напряжение на лампах, как правило, должно быть не более 105 % их номинального напряжения. Для обеспечения нормальной работы электродвигателя необходимо поддерживать напряжение на шинах в пределах 100 - 105 % номинального. При необходимости допускается работа электродвигателя при отклонении напряжения от - 5 до + 10 % номинального /3/.

В практике проектирования электрических сетей применяется понятие допустимых потерь напряжения. Эти потери нормированы и принимаются равными для воздушных линий 6 кВ и выше - 8 %, для кабельных сетей U > 1000 В - 6 %t для сетей до 1000 В - до 8 % /4/. Если при расчете сетей потери напряжения не превышают указанных значений, считается, что проект сети обеспечивают требуемое качество напряжения.

На Кубе, согласно /6/- "Регламент электрической службы", допускаются отклонения напряжения до i 5 % в сети 33 кВ и 66 кВ. Кубинский стандарт НС 62-05:81 /5/ регламентирует допустимые значения отклонений напряжения от номинального в сетях электроснабжения промпредприятий от - 10 % до + 10 % номинального.

В /7/ обсуждался вопрос о нормировании напряжений, тока и частоты. При окончательном обсуждении в 1975 году вопроса по унификации напряжений 220/380 В и 240/415 В принято стандартное напряжение 230/400 В. Предлагалось в качестве допустимых отклонений от стандартного ± 10 %, отмечая однако, что в будущем эти значения отклонений могут быть уменьшены до ± 6 %. В обсуждении этого вопроса приняли участие 35 представителей из 20 стран. Все делегации единодушно высказали мнение, что выбранное напряжение с допустимыми значениями отклонений практически не приведет к ухудшению работы электробытовых приборов и аппаратуры.

В большинстве социалистических стран, членов СЭВ, и ряда капиталистических стран, допустимые отклонения напряжения на зажимах электрических двигателей ограничиваются в пределах - 5 % номинального.

В/8/ указано, что для сетей, питающих электробытовые приборы почти во всех странах Европы, эти нормы колеблются в пределах значений 0,95 - 1,05: в Чехословакии (0,9 - 1,1); в Японии и Великобритании (0,94 - 1,06).

В США, согласно / 9/норма А I с 84.1 - 1970 регламентирует допустимые отклонения от номинального, пересчитанного на 120 В, на зажимах приемников электроэнергии. Номинальное напряжение электродвигателей составляет 96 % номинального напряжения сети. Для электродвигателей отклонения нормируются в пределах 90 % и 104 %, в аварийных режимах - 87 % и 106 % номинального значения. Согласно общеамериканским правилам устройства электроустановок /10/, отклонение напряжения на зажимах приемников электроэнергии не должно превышать i 5 %.

Как видно из приведенных данных, величины допустимых отклонений напряжения не согласованы между собой.

В настоящее время для рационального построения систем электроснабжения промышленных предприятий необходимо иметь четкое представление о технико-экономических допустимо: пределах отклонений напряжения на зажимах различных типовых промышленных приемников электроэнергии, то есть таких пределах, при которых данные преемники электроэнергии работают в нормальных условиях - без ухудшения качества продукции, с расчетным сроком службы и т.д.; необходимо также оценить влияние отклонений напряжения на производительность этих механизмов.

Не все нормативы по напряжению учитывают такой важный фактор, как допустимая продолжительность отклонений его на шинах и зажимах приемников электроэнергии. Учитывать же фактор времени необходимо, чтобы сделать не только качественную, но и количественную оценку отклонений напряжения и, в частности, для выявления убытка, причиненного промышленным предприятиям при отклонениях напряжения.

4.6. Выводы по четвертой главе

I. .Идя отдельных механизмов и цехов прядильного и ткацкого производства хлопчатобумажных предприятий построены кривые зависимости экономического убытка от отклонения напряжения, которые дают возможность определить величину убытка за любой промежуток времени. С помощью характеристик У = f (у) можно определить оптимальные уровни напряжения; как на зажимах электродвигателей механизмов, так и на шинах трансформаторных подстанций. Кривые зависимости убытка от отклонения напряжения позволяют решить вопрос об экономической целесообразности црименения устройств регулирования напряжения.

2. Во всех рассмотренных случаях при снижении напряжения по сравнению с номинальным имеется экономический убыток для предприятия. При увеличении напряжения убыток получается с отрицательным знаком, то-есть, имеется экономический эффект. На Кубе в настоящее время этот факт имеет большое значение, так как номинальное напряжение для новых двигателей увеличилось до 460 В, что обуславливает необходимость совместной работы двигателей номинального напряжения 440 В и 460 В. По полученным результатам двигатели номинального напряжения 440 В могут работать в режиме напряжения двигателей 460 В без ухудшения экономических показателей предприятия.

3. Необходимо отметить, что составляющая суммарного убытка, характеризующая изменение производительности станков и машин при отклонениях напряжения (У* ) является самой значительной по величине.

4. По величинам удельных экономических показателей для отдельных механизмов хлопчатобумажных предприятий и по величине общего убытка для предприятия на зажимах электродвигателей желаемыми являются отклонения напряжения в пределах от 0 до 10$ номи-. нального.

5. В результате исследования, режима напряжения на хлопчатобумажном комбинате им.Аригуанабо установлено, что отклонения напряжения в сетях црядильных и ткацких станков не превышают допустимого отклонения напряжения для электрических двигателей и их пусковой аппаратуры (от -5 до 10$ номинального). Пределы наблюдаемых отклонений напряжения были от -5 до 10$ номинального. Однако, наблюдаемые отклонения напряжения превышают допустимые значения на зажимах приборов рабочего освещения (от -2,5 до 5$ номинального).

6. Доказано с помощью метода планирования эксперимента, что при оценке экономического убытка от отклонения напряжения из числовых характеристик напряжения необходимо учитывать только среднее значение отклонения напряжения.

7. В результате сравнения технико-экономических показателей питания предприятия по схеме с двумя ступенями трансформации и по схеме с одной ступенью трансформации доказано, что схема с одной ступенью трансформации с РПН более экономична Экономия составляет 1,25 % потребляемой электроэнергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I. По результатам эксперимента можно сделать вывод, что при снижении напряжения на 5 % номинального значения производительность ткацких станков уменьшается на 0,26 %, что прир водит к снижению объема производства на I3I9I4 м , а при увеличении напряжения на 10% от номинального производительность ткацких станков увеличивается на 0,43 %9 что дает увеличение объема производства на 221902 м^ каждый год. Оценка этого изменения приведена в табл. П.15.

2. В результате проведенного анализа вида функции регресии зависимости скорости вращения от напряжения, подводимого к зажимам асинхронного двигателя, было доказано, что при постоянном моменте сопротивления на валу двигателя для описания данной зависимости следует применять функцию вида: к,

Также было доказано эмпирическим путем, что цри моменте сопротивления, зависящем от скорости вращения, адекватной является функция вида: к. ш = ш5

3. Можно рекомендовать предлагаемую методику исследования для оценки влияния отклонения напряжения на производительность механизмов, в том числе механизмов, у которых статический момент характеризуется случайными изменениями во времени.

4. Следует особо отметить преимущества предлагаемого метода проведения экспериментов по сравнению с методом, основанном на измерении выпускаемой продукции за определенный период времени:

- проведение необходимых экспериментов для определения.зависимости производительности ткацкого станка от напряжения по методу измерения выпускаемой продукции требует не менее 40 часов. Предлагаемый метод дает возможность в 10 раз сократить время на проведение эксперимента.

- метод измерения выпускаемой продукции требует поддержания каждого уровня напряжения неизменным в течение 2-3 часов, тогда как предлагаемая методика требует поддержания напряжения только на время проведения эксперимента.

- предлагаемый метод исключает влияние эффекта отклонения частоты на результаты эксперимента.

-работа механизмов в текстильной промышленности сопровождается значительным количеством обрывов нитей. Это вызывает непростительные простои оборудования, которые,в свою очередь, затрудняют проведение экспериментов по методу измерения выпускаемой продукции. Предлагаемый метод исключает этот эффект.

5. Дяя отдельных механизмов и цехов прядильного и ткацкого производства хлопчатобумажных предприятий построены кривые зависимости экономического убытка от отклонения напряжения, которые дают возможность определить величину убытка за любой промежуток времени. С помощью характеристик можно определить оптимальные уровни напряжения как на зажимах электродвигателей механизмов, так и на шинах трансформаторных подстанций.

Кривые зависимости убытка от отклонений напряжения позволяют решить вопрос о экономической целесообразности применения устройств регулирования напряжения. Необходимо отметить, что составляющая суммарного убытка., характеризующая изменение производительности станков и машин при отклонениях напряжения ( У» ) является самой значительной по величине. По величинам удельных экономических показателей для отдельных механизмов хлопчатобумажных предприятий и по величине общего убытка для предприятия, на зажимах электродвигателей желаемыми являются отклонения напряжения в пределах от 0 до 10% номинального.

6. В результате исследования, режима напряжения на хлопчатобумажном комбинате им.Аригуанабо, установлено, что отклонения напряжения в сетях прядильных и ткацких цехов не превышают предела допустимого отклонения напряжения для электрических двигателей и их пусковой аппаратуры (от -5 до 10% номинального). Пределы наблюдаемых отклонений напряжения были от -5 до 10% номинального.

7. Было доказано с помощью метода планирования эксперимента, что в этом случае при оценке экономического убытка от отклонения напряжения, из числовых характеристик напряжения необходимо учитывать только среднее значение отклонения напряжения.

8. В результате сравнения технико-экономических показателей питания предприятия по схеме с .двумя ступенями трансформации доказано, что схема с одной ступенью трансформации с ИШ более экономична. Экономия составляет 1,25 % потребляемой электроэнергии.

Схема с одной ступенью трансформации с РПН рекомендуется для питания текстильных предприятий Кубы.

- 135

1. ГОСТ 13109-67. Нормы качества электрической энергии и ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего назначения.

2. Временные указания по регулированию напряжения в электрических сетях. КГИ,ОРГРЭС, 1966.

3. Правила устройства электроустановок,- М.: Энергия, 1965.

4. Указания по проектированию промышленных предприятий. СН 174-67.- ГЛ.: Энергия, 1970.

5. НС 62-05:81. Номинальные напряжения и их допустимые отклонения.

6. Reglanento del Servicio Electrico.- Cuba : И.I.E., Dpto. de Divulgacion, 1975»

7. Л.А.Солдаткина. 0 нормализации в международном масштабе номинальных напряжений электрических сетей.- Электричество, 1977, № 6.

8. Аберсон М.Л. Оптимизация регулирования напряжения.- М.: Энергия, 1975, с. 24.

9. Thomas Б. Key. The power quality questions Steady-State Yoltage and Frequency.- IEEE, Transations on Industry Aplications. 1979, Ho. 4, c. 382-383»

10. National Electrical Code.- USA:1965, Sections 210-6(c) and215.3.

11. Документы и материалы зарубежных коммунистических и рабочих партий II съезд Коммунистической Партии Кубы. Гавана, 17-20 декабря 1980 г.- М.: ИПЛ, 1982, с. 24-25,42.

12. И.А.Сыромятников. Режимы работы асинхронных двигателей.- 136

13. М.: Госэнергоиздат, 1950, с. 57-62.

14. Большаков А.1., Дерач В.И. Зависимость теплоотдачи асинхронных двигателей от температуры и влажности окружающей среды.- Т И М Е X , выпуск 160,1980.

15. Кальво Н. Исследование режимов работы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором в тропических условиях Кубыи оптимизация их работы в системах электроснабжения промышленных предприятий. Автореферат канд.дис.- М.: МЭИ, 1982, с. 20

16. Сергеев П.С. и др. Проектирование электрических машин.-М.: Энергия, 1964, с. 305-309.

17. А.А.Федоров, В.В. Каменова. Основы электроснабжения промышленных предприятий.- М.: Энергия, 1979, с.112, 152-159,193.

18. Константинов Б.А., Бегиев В.Г. и др. Основы повышения качества электрической энергии в промышленности.- йгга: Зинатке, 1972, с. 44.

19. Конюхова Е.А. О влиянии напряжения на срок службы асинхронных двигателей.- Промышленная энергетика, 1965, J6 6.

20. Стульников Г.В. Экспериментальное исследование влияния отклоненей напряжения на производительность механизмов отдельных отраслей промышленности.- Труды МЭИ, выпуск 103, 1972.

21. Стульников Г.В.,Влияние отклонений напряжения на производительность отдельных механизмов.- Труды МЭИ, выпуск 103,1972.

22. Ткаченко В.Г. О влиянии отклонения напряжения на производительность механизмов.- Труды МЭИ, выпуск 363, 1978, с.174.

23. Сидоренко Э.Т. Влияние качества напряжения в системах электроснабжения промышленных предприятий на работу потребителей постоянного тока.- Труды МЭИ, вып. 103, 1972, С.55-90.

24. Май ер В.Я. Влияние отклонений напряжения на режимы плавки руднотермических печей.- Труды МЭИ, вып.103, 1972, с.164-151.- 137

25. Авринский Р.Б. Влияние отклонений напряжения в системах внутризаводского электроснабжения на производительность промышленных механизмов. Автореферат канд.дисс.- М.: МЭИ, 1969,- 20 с.

26. Анчарова. Т.В. Исследование влияния отклонения напряжения в осветительных сетях промышленных предприятий на производительность труда рабочих металлообрабатывающих специальностей. Автореферат канд.дисс.- М.: МЭИ, 1975, с. 20.

27. Анчарова Т.В., Володина Н.А. Влияние отклонений напряжения на производительность механизмов в автомобильной промышленности.- Труды МЭИ, вып. 363, 1978, 124 с.

28. Константинов В.А., Бегиев В.Г. и др. Основы повышения качества электрической энергии в промышленности.- Рига: Зинатке, 1972, с. 44.

29. Ткаченко В.Г. Исследование влияния отклонений напряжения на работу приемников электроэнергии камвольно-суконного и трикотажного производства. Автореферат канд.дисс.- М.: МЭИ, 1980, с.20.

30. Вигдорчик М.А. Влияние отклонений напряжения на производительность механизмов, приводимых в движение асинхронными двигателями.- Труды МЭИ, вып. 409, 1979, 100 с.

31. Ткаченко В.Г. К вопросу исследования влияния отклонения напряжения на производительность механизмов камвольно-суконного производства.- Труды МЭИ, вып. 409, 1979, 100 с.

32. Володина Н.А. Исследование режима напряжения в системах внутризаводского электроснабжения предприятий автомобильной промышленности.- Труды МЭИ, вып. 409, 1979, 100 с.

33. Воскобойников Д.М. Влияние качества, напряжения на. работу асинхронных двигателей.- Промышленная энергетика, 1976, № 6,с. 21-23.

34. Суднова В.В. 0 допустимых отклонениях напряжения на зажимах кинопрожекторных ламп накаливания.- Труды МЭИ, вып. 409,1979, 100 с.- 138

35. Спорьшш Н.А. Исследование качества напряжения некоторых производств химического комбината.- Труды МЭИ, вып. 409, 1979,100 с.

36. Семичевский П.И., Ткаченко В.Г. Некоторые результаты исследования влияния напряжения на производительность машин камволь-но-суконного производства.- Труды МЭИ, вып. 446, 1980, с. 64-68.

37. Федоров А.А., Ворщая Е.Д., Ткаченко В.Г., Юркевич Г.П., Е>ушуева О.А., Вигдорчик М.А. Вопросы построения и рациональной эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий. -Труды МЭИ, вып. 511, 198I, 94 с.

38. Айзенберг Б.Л., Ребутенко В.М. Определение народно-хозяйственного ущерба от некачественного напряжения на текстильно-галантерейном цредприятии.- В кн.: Регулирование напряжения в электрических сетях.- М. : Энергия, 1968.

39. Федоров А.А., Каменева. В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий.-М.: Энергоатомиздат, 1981, с.Щ-121.

40. Шоткин А.Н. К вопросу о влиянии качества нацряжения на производительность технологической линии.- Промышленная энергетика, 1970, J6 I.

41. Сальников В.Г. Исследование влияния качества электрической энергии на производительность и экономические показатели непрерывных технологических линий цветной металлургии:- Автореферат канд.дисс.- М.: МЭИ, 1972.- 20 с.

42. Воронцова Л.В. Исследование влияния показателей качества электрической энергии на работу электроприемников газоперерабатывающих заводов. Автореферат канд. дисс.- М.: МЭИ, 1978.- 20 с.

43. Кулиш О.Ф. Влияние отклонений напряжения на. режимы работы приемников электрической энергии прядильного производства. Автореферат канд. дисс.- М.: МЭИ, 1978,- 20 с.

44. Володина Н.А. Исследование влияния отклонений напряжения на производительность промышленных механизмов в автомобильной- 139 промышленности. Автореферат кавд.дисс.- М.: МЭИ, 1981.- 20с.

45. Спорыхин Н.А. Влияние отклонений и колебаний нацрягкения на работу двигателей химических производств. Автореферат канд. дисс.- М.: МЭИ, 1979.- 20 с.

46. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей.- М.: Госэнергоиздат, 1963, с. 136-138.

47. Федоров А.А. Теоретические основы электроснабжения про-мышенных предприятий.-М.: Энергия, 1976, с.29, 91-103.

48. Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В.М.,Шинянский А.В. Основы автоматизированного электропривода.- М.: Энергия, 1974, с. 90.

49. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных электродвигателей.- М.: Госэнергоиздат, 1950, с. 56-57.

50. Н.Джонсон, Ф.Лион. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке.- М.: Мир, 1980, с. 453,155,297.

51. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий укурс электропривода.-М.: Энергоиздат, 1981, с. 326-329.

52. Айвазян С.А. Статистические исследования зависимостей.-М.: Металлургия, 1968.

53. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента,- М.: МЭИ, 1980.- с. 92.

54. Виноградов Ю.С. Сборник задач по применению математической статистики и теории вероятностей в текстильной и швейной промышленности.- М. : Легкая индустрия, 1968, с. 6.

55. Симонов Л.С. Нормативный метод проектирования качества пряжи.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981, с. 34.

56. Корицкий К.И. Технико-экономическая оценка и. проектирование кафества текстильных материалов.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983, с. 21-56.

57. Дерюгин С.М. Обрывность пряжи и способы ее предупреждения.- 140

58. М.: Легкая индустрия, 1970, с. 14.

59. Терюшнов А.В. Борьба с обрывностью в хлопкопрядильном производстве.- М.: РОСТЕХИЗДАТ, 1962, с. 7-24.

60. Зиновьев В.П., Кудинов А.Е. Влияние скоростного режимаи технического состояния оборудования на обрывность пряжи.- Р.С.Текстиль нал промышленность, 1978, № II, с. 18-23.

61. Беркович Н.Ю. Пути снижения обрывности в шерстоткачестве.-М.: Легкая индустрия, 1965, с. 167.

62. Алленова А.П. Некоторые результаты исследований на ткацком станке при изменении его скорости.- Текстильная промышленность, 1982, №2, с. 18-20.

63. Васильченко В.Н. Влияние частоты вращения вала станка на процесс формирования капронового полотна.- Р.С. Текстильная промышленность, 1977, № 9, с. 34.

64. Разумовский С.И., Голубева Т.Н. Оптимальный скоростной режим ткацкого станка СТБ2 175 при выработке шерстяных тканей.-Р.С. Текстильная промышленность, 1980, № 12, с. 24.

65. Карпов Ф.Ф., Солдаткина Л.А. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий.- М.: Энергия, 1970.

66. Литвак В.В., Прокопчик В.В. Способ изменения параметров качества напряжения.- Известия ТЛИ, т. 210, 1974.65* Feodorov, А.А.; Garcia, Е. Suministro Electrico de Erapresas Induatriales.- CubajPueblo у Educacion, 1980, c.54.

67. Donald S. Brereton. Significance of Proposed Changes in AC System Voltage nomenclature for Industrial and Comercial Power Systems.-IEEE. Transactions on Industry and General Applications, 1967, IIo.6, c.506.- 141

68. Аберсон М.Л. Оптимизация регулирования напряжения,- М.: Энергия, 1975, с. III.

69. Федоров А.А., Сербиновский Г.В. Справочник по электроснаб/ жению промышленных предприятий,- М.: Энергия, I960, с. 510, 215.

70. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины.- М.: Энергия, 1980, с. 402-411.

71. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей.- М.: Энергоатомиздат, 1984, с. 72-74.