Оценки эффективности частотно-регулируемых электроприводов

 
 
О. В.  ФËДОРОВ 
 
 
 
 
О Ц Е Н К И   Э Ф Ф Е К Т И В Н О С Т И 

Ч А С Т О Т Н О - Р Е Г У Л И Р У Е М Ы Х 

Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
Москва 
ИНФРА-М 
2011 

 
УДК 622:621.3 
ББК 33.31 
Ф 33 
 

Рецензент: 
 
доктор технических наук, профессор 
Ю. В.  Шевырев 
 
 
 
 
 
Ф33   Фëдоров, О. В.  Оценки эффективности частотнорегулируемых электроприводов [Текст]: монография / О. В. 
Фëдоров. – М.: ИНФРА-М, 2011. – 144 с. 
 

 

ISBN 978-5-16-012051-5 

 
Для инженерно-технических работников, специализирующихся в области 
электромеханических систем и электросбережения средствами электропривода. 
Может быть использована в учебном процессе соответствующих 
направлениях 
высшего 
профессионального 
образования, 
а 
также 
при 
выполнении соответствующих курсовых и дипломных проектов и работ 
студентами старших курсов. 
 
 
 
 
 
 
УДК 622:621.3 
ББК 33.31 
 
 
 
ISBN 978-5-16-012051-5                                          © Фëдоров О.В., 2011 
 
 
 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ..................................................................................................6
 
Глава 1. Технологии реализации энергосберегающей политики.......9 
§ 1.1. Потребители электроэнергии...............................................9 
§ 1.2. Тенденции развития электроприводов 
металлургического производства.....................................27
§ 1.3. Перспективы регулируемого электропривода.................28
 
Глава 2. Влияние электропривода с вентильным преобразователем 
на качество электрической энергии.....................................42
§ 2.1. Качество электроэнергии при работе электроприводов 
с полупроводниковыми преобразователями...................42 
§ 2.2. Особенности компенсации реактивной мощности 
в сетях с полупроводниковыми преобразователями......49 
§ 2.3. Улучшение качества электроэнергии 
при работе электроприводов 
с полупроводниковыми преобразователями...................51 
§ 2.4. Методы повышения качества электроэнергии 
при работе частотно-регулируемого 
электропривода переменного тока...................................57 
§ 2.5. Математические модели электротехнических 
комплексов, содержащих электроприводы 
с полупроводниковыми преобразователями...................60 
 
Глава 3. Оценки эффективности частотно-регулируемого 
электропривода в различных технологиях.........................79 
§ 3.1. Оценка спектрального состава тока и напряжения 
электропривода подъемной машины...............................79 
§ 3.2. Оценки свойств надежности электроприводов 
с полупроводниковыми преобразователями...................85 
§ 3.3. Частотно-регулируемый электропривод 
аппаратов воздушного охлаждения установки 
гидроочистки дизельного топлива...................................93 
§ 3.4. Регулируемые электропривода в структуре ТЭЦ............99
§ 3.4.1. Электропривода собственных нужд.........................99
§ 3.4.2. Дутьевой вентилятор котлоагрегата.......................101 

 

§ 3.4.3. Электропривод мазутного насоса...........................105
§ 3.4.4. Электропривод мазутного насоса газовой ТЭЦ....112
§ 3.5. Высоковольтный электропривод блочной 
насосной атомной электростанции.................................113 
§ 3.6. Высоковольтный электропривод водозабора................118 
§ 3.7. Регулируемый электропривод 
в пожарном водоснабжении............................................121
§ 3.8. Определение областей эффективности 
регулируемых электроприводов......................................125
 
Литература..........................................................................................132
 
Приложения 
Приложение А. Список сокращений........................................136 
Приложение Б. Маркировка насосов........................................138
Приложение В. Параметры консольных насосов....................139
Приложение Г. Технико-экономические показатели 
насосов серии Д..............................................140
Приложение Д. Циркуляционный насос АЭС.........................141
Приложение Е. Электродвигатель HRQ3 803-6 
циркуляционного насоса АЭС......................142 
 
 
 
 

 
 
 

5

 

 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Рост эффективности производства связан с развитием и совершенствованием электропривода - главного потребителя электроэнергии в промышленности. В настоящее время на него приходится около 
60 % всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Такое соотношение в электропотреблении, по прогнозам Института экономики Российской академии наук, сохранится и в будущем. Динамика потребления электроэнергии рядом отраслей промышленности приводится в 
научной и учебной литературе, а структура ее потребления базовыми 
отраслями машиностроения отражена в отчетах Госкомстата РФ. 
Стоимость собственно электрического хозяйства промышленных 
предприятий составляет 6 – 11 % (включая сооружения), а по отдельным объектам электроемких предприятий достигает 50 %. Однако 
предприятиям не всегда удается эффективно использовать электроэнергию: велики ее потери. Поэтому вопросам правильного формирования электрического хозяйства, с учетом специфики его эксплуатации, уделяется особое внимание. 
На долю электроприводов приходится основная часть общих потерь электроэнергии в системе электроснабжения промышленных 
предприятий. Для современных крупных промышленных предприятий 
потери электроэнергии в электроприводе могут достигать 75 % суммарных потерь в системе их электроснабжения. Поэтому эффективное 
использование электроприводов имеет важное народнохозяйственное 
значение. 
Разнообразие технологических требований к характеру и качеству механического движения предопределяет многообразие электроприводов по исполнению, принципу действия, роду тока, мощности, 
частоте вращения, точности и разнообразию пространственного движения. Подавляющее большинство современных технологических и 
производственных механизмов во всех отраслях народного хозяйства 
предъявляют к электроприводу определенные требования по диапазонам регулирования координат и качеству управления движением или 
вовсе не имеют таковых. Мощность таких электроприводов составляет 
от долей единиц до десятков киловатт, а число их – миллионы. 
Из всей электроэнергии, потребляемой электроприводом в настоящее время, приблизительно 80 % приходится на простейший массовый нерегулируемый электропривод и 20 % – на регулируемый. 

В соответствии с существующей в РФ статистической отчетностью учет производства электродвигателей, входящих в состав регулируемых и нерегулируемых электроприводов, осуществляется по 
двум группам их номинальной мощности (мощностью до 100 кВт и 
выше). В соответствии с этой отчетностью электродвигателей мощностью до 100 кВт промышленностью выпускается в количественном 
выражении около 95 % и лишь около 5 % – выше 100 кВт. 
Электропривод, являясь продукцией машиностроения и входя в 
состав другой продукции различных отраслей промышленности, способствует повышению технической базы машиностроения и в, частности, самого электропривода (рис. В.1). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
        Б А З А 
 
Рис. В.1.   Электропривод  в  экономике  страны 
 

Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д

Вибропрессы, 
компрессоры, 
нефтедобывающее 
оборудование, 
транспорт, 
насосы 

Грузоподъемные 
краны, 
вентиляторы, 
воздуходувки, 
жилищнокоммунальное хозяйство 

Оборудование 
военнопромышленного 
комплекса 

Оборудование 
металлургическго 
комплекса, 
трубопроводный 
транспорт 

Электропривод, проходя последовательно этапы проектирования, 
изготовления, обращения и эксплуатации, потребляет все виды ресурсов (материальные, финансовые и трудовые). Особенно велико потребление этих ресурсов при эксплуатации. 
Все отмеченные обстоятельства предполагают необходимость 
правильных оценок выбора электроприводов c позиций служб предприятия, ответственных за их эксплуатацию, из нескольких возможных альтернатив для конкретных производственных механизмов. 
 
 
 

Глава 1.   ТЕХНОЛОГИИ 
РЕАЛИЗАЦИИ  ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ  ПОЛИТИКИ 
 
Эволюция человечества напрямую связана с ростом его 
энергетического 
потенциала 
и 
увеличением 
удельной 
энерговооружённости каждого члена общества, именно этот критерий 
является главным критерием прогресса общества. 
Ситуация неизбежного исчерпания в будущем энергоресурсов 
усугубляется 
экспоненциальным 
ростом 
промышленного 
производства. Так, по оценкам ряда учёных в ХХ веке средний 
прирост мировой промышленности составлял 2-кратное увеличение 
каждые 20 лет. При сохранении этой тенденции и существующей 
сегодня энергоёмкости продукции к концу ХХI века потребность в 
энергоресурсах может вырасти более чем в 30 раз по сравнению с 
нынешним их потреблением. 
 
§ 1.1.   Потребители  электроэнергии 
 
Потенциал энергосбережения в России по прогнозным оценкам 
составляет порядка 150 млрд кВт ч. Однако этот потенциал должным 
образом не используется. Российская экономика несет огромные 
непроизводительные потери электроэнергии, вызванные отсутствием 
или несовершенством способов регулирования и оптимизации 
технологических 
процессов 
в 
большинстве 
отраслей 
промышленности, электроэнергетике и коммунального хозяйства. В 
России до 40 % используемых энергоносителей расходуется 
нерационально, причем расход энергии на ВВП в 2,5 - 3 раза выше, 
чем в индустриально развитых странах мира. Поэтому в отличие от 
ориентации 
прежних 
лет 
на 
крупномасштабное 
наращивание 
электроэнергии приоритетом энергетической стратегии России до 
2015 г. является повышение эффективности энергопроизводства и 
энергосбережения. 
В настоящее время электропривод потребляет, по различным 
оценкам, до 60 % всей вырабатываемой в стране электроэнергии. 
Такое соотношение в электропотреблении, по оценкам специалистов 
института экономики РАН, сохранится и в будущем. На долю 
электродвигателей приходится и основная часть общих потерь в 
системе 
электроснабжения 
промышленных 
предприятий. 
Для 
современных 
крупных 
промышленных 
предприятий 
потери 

электроэнергии в приводе могут достигать 75 % суммарных потерь в 
системе 
их 
электроснабжения. 
Поэтому 
вопросы 
энергоэффективности и электросбережения электроприводов имеют 
важное народнохозяйственное значение. 
Распределение электроэнергии потребляемой электроприводами 
по технологическим механизмам характеризуется соотношениями: 
подъемно-транспортные механизмы и машины - 10 %; компрессоры - 
10 %; вентиляторы - 40 %; насосы - 40 %. В основном эти 
электропривода 
являются 
нерегулируемыми. 
Переход 
от 
нерегулируемого к регулируемому электроприводу (РЭП) позволяет 
только от этого мероприятия достигать значительного результата за 
счет более полного использования электропривода и экономии 
электроэнергии до 30 - 40 %. 
Основной целью российской инновационной политики должны 
стать 
изменения 
экономики 
в 
пользу 
наукоемких 
отраслей 
промышленности. При проведении этих изменений должны быть 
реализованы конкретные меры по повышению выживаемости новых 
высокотехнологических 
компаний, 
стимулирование 
закупок 
отечественной высокотехнологичной продукции, продвижение ее 
экспорта 
и 
стимулирование 
инновационной 
деятельности 
в 
контролируемых государством компаниях. 
На рис. 1.1 представлены перспективы приоритетов развития 
федеральных целевых программ (ФЦП) научно-технологического 
комплекса России на период до 2012 года. 
 

Энергетика и 
энергосбережение 
18%

Информационнотелекоммуникационные системы 
8%

 
Рис. 1.1.   Развитие  научно-технологического  комплекса  по  блокам