Введение
1 Энергосбережение в насосных агрегатах 17
1.1 Применение частотного-регулируемого привода 23
1.2 Асинхронные электродвигатели для частотного-регулируемого 26
привода
Выводы по главе 1 28
2. Электромагнитный расчет асинхронного двигателя с 29
короткозамкнутым ротором
Выводы по главе 2 31
3. Математическая модель асинхронного двигателя с 32
короткозамкнутым ротором в программном обеспечений Simulink MatLAB
3.1 История разработки MatLAB 32
3.2 Место MatLAB среди математических программ 33
3.3 Возможности, визуализация и графические средства 33
3.4 Математическое моделирование асинхронного двигателя с 35
короткозамкнутым ротором
Выводы по главе 3 41
4 Проектирование асинхронного двигателя серии АИР112М4 для 42
законов управления
Выводы по главе 4 46
5 Математическая модель асинхронного двигателя с 47
короткозамкнутым ротором в программном обеспечений Simulink MatLAB для законов регулирования
Выводы по главе 5 63
6 Расчет энергетической энергии потребляемым насосным 65
агрегатом
Выводы по главе 6 67
7 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 68 ресурсосбережение
7.1 Потенциальные потребители результатов исследования 68
7.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции 71
ресурсоэффективности и ресурсосбережения
7.1.3 FAST-анализ 73
7.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 81
7.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического 83
исследования
7.2 Планирование управления научно-техническим проектом 83
7.2.1 Иерархическая структура работ проекта 83
7.2.2 Контрольные события проекта 84
7.2.3 Календарный план проекта 85
7.2.4 Реестр рисков проекта 94
7.3 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, 97
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования
7.3.1 Оценка абсолютной эффективности исследования 97
7.3.2 Оценка сравнительной эффективности исследования 99
Выводы по главе 7 100

Купить

Актуальность темы. Дефицит энергоресурсов - одна из реальностей современной России. От того, насколько динамично развивается и устойчиво функционирует топливно-энергетический комплекс, насколько быстро осваиваются новые и эффективно эксплуатируются действующие нефтегазовые месторождения, зависит в конечном итоге экономический рост и благополучие населения страны.
Экономика России на современном этапе характеризуется высокой энергоемкостью. Удельная энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП) страны (по паритету покупательной способности) в 2,5 раза выше среднемирового показателя, в 2,8 раза выше среднего показателя по странам ОЭСР и в 3,5 раза выше энергоемкости ВВП Японии. Причинами такого положения, кроме суровых климатических условий и территориального фактора, являются сформировавшаяся в течение длительного периода времени структура промышленного производства и нарастающая технологическая отсталость энергоемких отраслей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также недооценка стоимости энергоресурсов, не стимулирующая энергосбережение [1].
Жилищно-коммунальное хозяйство сегодня является крупнейшим потребителем энергии в стране, одной из самых затратных отраслей российской экономики, в которой энергоресурсы используются крайне нерационально. По официальным данным Правительства РФ, содержание ЖКХ для государственного бюджета обходится в 100-120 млрд. руб. ежегодно, причём имеется тенденция к постоянному росту этих расходов. Ежегодная потребность в расходах на жилищно-коммунальный сектор (ЖКС) составляет от 35 % до 50 % муниципальных бюджетов. Удельный расход воды на одного жителя России превышает среднеевропейские показатели в 2-3 раза, на отопление 1 м2 площади тратится в 5 раз больше условного топлива, чем в Европе.
Энергосбережение является ключевым звеном реформирования жилищнокоммунального хозяйства (ЖКХ) России [2].
Значительный потенциал экономии и рост стоимости энергоресурсов делают проблему энергосбережения в ЖКХ весьма актуальной.
Насосные агрегаты на основе асинхронных двигателей (АД) являются одними из самых массовых потребителей электроэнергии, потребляя около 25 % всей вырабатываемой электроэнергии. Один из путей повышения экономичности электропривода (ЭП) насосных агрегатов связан с использованием энергоэффективных АД. В таких машинах за счет увеличения массы активных материалов, применения высококачественной изоляции и оптимизации конструкции снижаются потери энергии, и происходит повышение их коэффициента полезного действия (КПД). Направление развития электрических машин, связанное с повышением их энергоэффективности, в первую очередь, связано с ростом цен на энергоносители. Именно это обуславливает поиск способов повысить энергоэффективность АД, разрабатываемых для ЭП насосных агрегатов [1].
Разработки по созданию энергоэффективных АД, проектируемых в соответствии с новейшими требованиями по снижению энергопотребления, ведутся большей частью зарубежными фирмами (США, Финляндия, Нидерланды, Италия, Великобритания и т.д.). Разработка новой серии АД требует огромных вложений в производство, именно с этим связаны основные сложности с созданием энергоэффективных АД в России. Поэтому решение вопросов с учетом новых подходов к проектированию энергоэффективных АД, предназначенных для регулируемого электропривода (РЭП), является актуальным, имеет научную новизну и практическую значимость.
Объектом исследования являются асинхронный двигатель АИР112М4 с короткозамкнутым ротором, частотно-регулируемый привод, насос марки К80-50-315.
Предметом исследования является способы экономии электроэнергии для регулируемого электропривода насосной станции.
Цель работы. Разработка методики расчета энергосбережения при применении частотно-регулируемого электропривода в насосных станциях и центральных тепловых пунктах коммунальной сферы, оценка влияния энергетических характеристик асинхронного двигателя на энергосбережение насосного агрегата.
Задачи исследования.
1. Произвести электромагнитный расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии АИР112М4.
2. Создать математическую модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии АИР112М4, модель с изменениями частоты регулируемого привода.
3. Сравнить результаты расчетов и математического моделирования.
4. Рассчитать энергосбережение насосного агрегата при частотном регулировании, в котором учтены характеристики насоса и энергетические характеристики асинхронного двигателя.
Научная новизна. В процессе исследования был произведен электромагнитный расчет асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором серии АИР112М4 для законов управления, была создана математическая модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в программном обеспечении MatLAB Simulink, была предложена методика расчета энергосбережения насосного агрегата при частотном регулировании с применениями законов управления.
Содержание глав.
Во введении обоснована актуальность проводимого исследования, дана общая характеристика работы, определена цель, сформулированы научная новизна и задачи исследования диссертации. Описаны предмет и объект исследования, основные результаты работы выполненной по разделам.
В первой главе проведен обзор основных вопросов, применения и особенностей работы асинхронных двигателей в составе насосных агрегатов,способы обеспечения эффективного энергосбережения при применении регулируемого электропривода на базе асинхронного двигателя, использование частотно-регулируемых приводов на объектах ЖКХ. Приведен пример расчета экономии электроэнергии для регулируемого электропривода насосной станции.
Во второй главе описывается особенности проектирования электрических машин. Был произведен вычислительный эксперимент по стандартной методике электромагнитного расчета [10] для наиболее выпускаемых и используемых в насосных агрегатах асинхронных двигателей серии АИР112М4 с Р2н=5,5 кВт. Электромагнитный расчет показал, что реальным ограничением для оценки энергоэффективности спроектированного асинхронного двигателя является КПД. Полный электромагнитный расчет асинхронного двигателя АИР112М4 представлен в приложении A.
В третьей главе рассматривается создание математической модели энергоэффективного асинхронного двигателя, приводящий в действие насосный агрегат. Производится сравнение результатов электромагнитного расчета на базе асинхронного двигателя АИР112М4 и математического моделирования асинхронного двигателя. Анализ результатов показал, что разработанная модель адекватна (разница в выходных параметрах в среднем составила до 5%).
В четвертой главе описывается применение двух законов управления для насосных агрегатов. Проведена оценка энергетических характеристик по этим законам и рассмотрена при проектировании регулируемого АД на базе общепромышленного АИР112М4 при частотах 50; 40; 30; 20 Гц без изменения геометрии поперечного сечения. Результаты представлены в табличном и графическом вариантах. Анализ таблицы показывает, что с уменьшением частоты тока и частоты вращения АД существенно уменьшаются потери в стали и механические потери, значительно уменьшаются потери в меди и коэффициента мощности. Величина номинального скольжения возрастает.
Также анализируя рисунки можно сделать вывод, что при законе регулирования U/f =const величина КПД выше, чем при законе U/f = const.
В пятой главе предлагается математическая модель АД АИР112М4 с изменениями частоты тока, напряжения сети и числа оборотов для расчетов законов регулирования. Результаты представлены в табличном и графическом вариантах. Анализируя результаты и графики электромагнитного расчета АД для законов регулирования и разработанной математической модели АД в MatLAB Simulink с изменениями частоты и напряжения сети, можно сделать вывод что, разница в выходных параметрах в среднем составила до 5 %.
В шестой главе рассчитывается энергетическая энергия, потребляемая насосным агрегатом при регулировании частоты вращения в течение суток. Результаты расчетов показали, что экономия энергии, полученная при замене нерегулируемого электропривода регулируемым, составляет свыше 50 %.
В седьмой главе определяются потенциальные потребители результата проекта, проводится анализ конкурентных технических решений, планируется процесс управления научно-техническим проектом, производится расчет стоимости материалов и комплектующих, расчет сметной стоимости, годовых издержек, проведен сравнительный анализ по ценовым и энергетическим критериям с аналоговыми двигателями.
По результатам этих пунктов делается вывод, что данный проект полностью окупаемый. Проект имеет наилучшие энергетические и ценовые качества, по сравнению с аналоговыми, риски проекта незначительны и есть пути дальнейшего развития.
В восьмой главе анализируются опасные и вредные факторы при эксплуатации асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, рассматриваются воздействия объекта на атмосферу, литосферу и гидросферу. Также выявляются чрезвычайные ситуации при эксплуатации объекта исследования, производится расчет зануления электроустановки, по результату которого выносится вывод, что отключающая способность средств защиты от тока короткого замыкания обеспечена.
Купить