В промышленных условиях необходимость определения КПД электродвигателей возникает при оценке эффективности эксплуатации насосных агрегатов, определении сроков проведения ТОР и уточнении значений КПД после ремонта ротора, замены подшипников, перемотки статора и т.д.
Перед проведением испытаний по определению КПД электродвигателей в промышленных условиях не обязательно точное знание нагрузки на валу со стороны магистрального насоса. Единственно нужно, чтобы электродвигатель работал в обычном режиме и выполнял свои функции.
Электродвигатель, работающий в обычном режиме, потребляет из сети определенную мощность, которая затрачивается на полезную отдаваемую насосу механическую энергию и на потери в двигателе. Различают: 1) потери в меди статора; 2) потери в стали; 3) потери добавочные; 4) потери в меди ротора; 5) потери механические. Первые три потери можно считать потерями в статоре и две последние — частью энергии, идущей через воздушный зазор в ротор.
Рассмотрим составляющие потерь отдельно.
Потери в меди статора - это потери в обмотках статора. Они изменяются пропорционально квадрату тока статора, т.е. почти пропорционально квадрату нагрузки.
Потери в стали - это постоянные потери, не зависимые от нагрузки. Однако они изменяются пропорционально квадрату магнитного потока в электродвигателе, т.е. пропорционально квадрату напряжения.
Потери добавочные - это общая категория, включающая ряд небольших потерь (от потоков рассеяния статора, от высших гармонических намагничивающих сил статора и ротора, от зубчатости статора и ротора), изменяющихся пропорционально нагрузке. Для электродвигателей мощностью 1000 кВт и
выше их можно принять за 0,9 % от отдаваемой мощности при их полной нагрузке.
Потери в меди ротора - это потери в обмотках ротора. Они изменяются пропорционально квадрату нагрузки на валу.
Механические потери можно считать постоянными для большинства электродвигателей. Эти потери состоят из потерь на трение в подшипниках и на преодоление сопротивления воздуха.
Необходимо отметить, что составляющие потерь в стали и добавочных потерь можно найти как в статоре, так и в роторе. Эти потери зависят от частоты. Поскольку мы рассматриваем только рабочий режим, при котором у применяемых на НПС асинхронных электродвигателей скольжение составляет не более 1,0 % и при этом частота тока ротора составляет менее 1 Гц, то эти потери принимаем независимыми от частоты.
Чтобы определить целесообразность измерения КПД электродвигателя на НПС, были проведены испытания электродвигателя, по которому имелись все данные заводского испытания. Затем результаты промышленного испытания сравнивались с данными заводского испытания.
Промышленные испытания проводились на НПС действующего нефтепровода. Испытывался электродвигатель типа СТД-8000-23У4 со следующими данными: мощность 8000 кВт, напряжение 10 кВ, ток статора 527 А, коэффициент мощности 0,9, КПД 97,7 %, напряжение возбуждения 156 В, ток возбуждения 262 А. Нагрузкой электродвигателя является магистральный нефтяной насос типа НМ 10000-210 с ротором на подачу 12 500 Ï3/˜.
При проведении испытания были измерены: ток статора, ток ротора, напряжение на зажимах электродвигателя, напряжение возбуждения, активная и реактивная мощности. Для чего использовался измерительный комплект К506 класса точности 0,5, который подключался в цепь учета электроэнергии в ячейке ЗРУ данного электродвигателя.
Из-за трудностей измерения сопротивления обмоток статора и ротора были использованы данные заводских испытаний, которые пересчиты-вались на рабочую температуру, замеренную в ходе испытаний. Насосный агрегат эксплуатировался в режиме, отвечающем технологическим требованиям.
В результате испытаний получены следующие данные: ток статора 402 А, напряжение 10,2 кВ, ток возбуждения 91 В, активная мощность 7355 кВт, реактивная мощность 920 квар, средняя температура обмоток 77 °С.
Таблица 11.3
Сравнение паспортного и действительного значения КПД
| Тип электродвигателя | Потери по заводским испытаниям, Вт | äèÑ, % | |||
| механические | в стали | паспортные | при минимальных значениях параметров | при максимальных значениях параметров | |
| ëíÑ-800 СТД-1000 СТД-1250 СТД-1600 ëíÑ-2000 ëíÑ-25002 СТД-3150 ëíÑ-5000 ëíÑ-6300 ëíÑ-8000 | 4700 6350 12100 12 550 12 750 21250 23 750 29250 55 500 64 000 | 5200 7980 8650 9500 10000 14 500 17 750 22 500 23 500 32 000 | 96,0 96,3 96,8 96,9 96,9 97,2 97,3 97,6 97,6 97,9 | 97,4 97,3 97,0 97,4 97,6 97,3 97,5 97,7 87,5 97,6 | 95,3 95,3 95,5 96,1 96,5 96,3 97,1 96,6 96,7 96,7 |
Сопротивления обмоток, измеренные при заводских испытаниях при температуре 15 °С, составляли для статора 0,047 Ом и для ротора 0,405 Ом. Откорректировав эти значения сопротивлений на 77 °С, вычислили потери в меди статора 28 818 ÇÚ Ë ротора 12 267 ÇÚ.
Поскольку добавочные потери составляют 0,9 % от полной мощности на выходе, то в данном случае при нагрузке 92 % они равны 66 195 ÇÚ.
Для минимальных и максимальных допустимых значений напряжения, токов статора и ротора, температуры обмоток рассчитаны значения КПД электродвигателей типа СТД. Как показывают расчеты, при эксплуатации данных электродвигателей в условиях НПС значения их КПД практически совпадают с паспортными (табл. 11.3).
Поэтому при оценке эффективности эксплуатации насосных агрегатов на НПС можно пользоваться паспортными значениями КПД, а для точного определения значения КПД электродвигателей в условиях НПС можно пользоваться комплектом.
