5-2. Экономическое обоснование выбора к. п. д. электроизделий
Важной задачей, связанной с проектированием электрических машин, является правильный выбор их оптимального к. п. д. Повышение к. п. д. позволяет экономить электроэнергию, однако, с другой стороны, оно вызывает обычно увеличение расхода материалов на изготовление и, следовательно, удорожание самих машин. Поэтому возникает вопрос о том, до каких пределов целесообразно повышать их к. п. д.
Большое влияние на выбор к. п. д. машин оказывает технический прогресс. Важное значение для повышения к. п. д. электрических машин имеет усовершенствование систем их охлаждения, создание новых материалов для их изготовления, уточнения методов расчета и нахождение оптимальных форм и размеров элементов машин. По мере прогресса техники к. п. д. машин пересматривается в сторону его увеличения.
Размер экономии электроэнергии (ΔН), получаемой благодаря повышению к. п. д. электрической машины, зависит от ее мощности, числа часов использования в течение года и от средней нагрузки. В первом приближении
где ΔΡ — снижение потерь мощности машины, квт,
Ти — число часов использования полной мощности машины, час/год.
1 Эта формула справедлива для тех случаев, когда потери пропорциональны нагрузке.
При расчете денежной экономии на электроэнергии, достигаемой благодаря повышению к. п. д. машины, стоимость 1 квт-ч электроэнергии, потребляемой электрическими двигателями, может быть рассчитана по следующей формуле:
В литературе можно встретить отдельные попытки решения задачи выбора оптимального к. п. д. машин-двигателей аналитическим путем. Некоторые авторы составляют для этого уравнения, выражающие условия обеспечения минимума стоимости машины и минимума потерь электроэнергии в процессе ее эксплуатации. Поскольку решения задачи по этим двум уравнениям не совпадают, ими рекомендуется выбирать промежуточное решение, причем степень отклонения от каждого из условий определяется самим конструктором. В ряде случаев составляют уравнения, выражающие условие минимума капитальных вложений (т. е. стоимости машины) при неизменном значении эксплуатационных расходов (т. е. при заданном к. п. д. машины), или наоборот. Это позволяет определить основные параметры машины, удовлетворяющие требованию достижения максимального к. п. д. или требованию наименьшей стоимости машины.
В дальнейшем появилось стремление связать вместе в одном уравнении, капитальные вложения и эксплуатационные расходы. Однако во многих случаях еще не удается вывести достаточно точные уравнения, устанавливающие связи между величинами, определяющими рабочие характеристики машины и ее стоимость, т. е. такие уравнения, которые бы сразу позволили найти наилучшее решение. Так, при проектировании турбогенераторов конструктору приходится иметь дело с 19 видами потерь, каждый из которых изменяется в зависимости от изменения параметров машины не так, как остальные. Все эти виды потерь с их зависимостями от размеров машины и электромагнитных нагрузок пока практически не удается ввести в какие-либо алгебраические формулы. Правда, некоторые авторы составляли упрощенные зависимости, которые учитывали, например, одни лишь потери в меди и в активной стали. Однако, поскольку эти потери составляют обычно лишь небольшую часть от общих потерь машины, такие уравнения еще не могут быть использованы для нахождения наиболее эффективного решения.
В некоторых случаях при выборе оптимальных значений к. п. д. электрических машин необходимо учитывать еще и различие в их надежности.
Так, для каждого вида изоляции существует оптимальный предел, ниже которого уменьшение толщины изоляции приводит к снижению эксплуатационной надежности машины.
Иногда при решении вопроса о к. п. д. электрической машины приходится помимо затрат учитывать еще и значение фактора времени. Так, при необходимости особенно быстрой поставки машины может быть поставлен вопрос об изготовлении ее с использованием имеющихся штампов. Такое решение позволяет сократить длительность цикла подготовки производства машины, но одновременно может ухудшить ее к. п. д. Естественно, что к этому решению, снижающему к. п. д., следует прибегать лишь в тех исключительных случаях, когда сокращение срока выпуска машины имеет решающее значение и не может быть достигнуто иным путем.
