CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. Ц. КИРОВА
1968
Том 190
ИССЛЕДОВАНИЕ экономичности НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН (НА ПРИМЕРЕ КОЛЛЕКТОРНЫХ И БЕСКОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРОМАШИННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ —ЭМУ)
♦
А. С. БАТУРИН, А. И. СКОРОСПЕШКИН
(Рекомендована семинаром кафедр электрических машин и общей электротехники)
Разработка новых конструкций электрических . машин требует решения не только технических проблем, но и экономических. Как правило, новые конструкции имеют отличные от ранее разработанных машин технические параметры и экономические показатели как при изготовлении, так и при эксплуатации. 'Кроме того, они могут иметь отличные качественные показатели, которые должны приниматься во внимание при оценке электрической машины. В связи с этим возникает необходимость исследования экономичности новых конструкций в различных условиях; эксплуатации, а также в определении тех областей, в которых они могут наиболее экономично использованы.
Исходными данными для исследования экономичности являются проекты новых электрических машин и экспериментальные данные после проведения всех необходимых лабораторных испытаний. Все эти данные систематизируются в виде таблиц. Наряду с этим выясняются все качественные особенности новой конструкции, которые могут оказать влияние на изготовление и на эксплуатацию.
На основе эти* данных определяют себестоимость и предполагаемую цену нового изделия. Величина себестоимости устанавливается укрупненными методами, так как на этой стадии разработки отсутствует технология изготовления. Однако при этом необходимо стремиться к возможно более точному определению себестоимости и учесть данные заводов-изготовителей аналогичных изделий. Выбор укрупненного метода Определения себестоимости (тли цены) нового изделия зависит от условий и данных, которые имею*ся в распоряжении или которые могут быть дополнительно изысканы. Наибольшее распространение в.практике получили следующие методы: по удельному весу стоимости .основных материалов, полуфабрикатов и покупных изделий, в себестоимости аналогичных изделий; метод исчисления себестоимости (или цены) по средней стоимости единицы веса изделия; метод по средней себестоимости (или цене) отдельных узлов; метод парной или множественной корреляции; метод коррективов.
Используя один из перечисленных методов или их комбинацию, определяют себестоимость нового изделия, которая затем используется как основа для установления предполагаемой цены. Прибавив к цз-не (если это необходимо) дополнительно затраты на транспортировку до потребителя, затраты на монтаж и упакрвку, определяют величину основных капитальных вложений (¡К), являющихся одним из главных экономических показателей.
Для того, чтобы сделать сравнение новых конструкций с ранее разработанными и выполняющими те же функции, необходимо их технические и экономические показатели привести к сопоставимому виду. Для этих целей может потребоваться установить зависимость себестоимости (или цены) от параметров электрической машины. Нахождение этих связей осуществляется методом парной или множественной корреляции [1]. На основе полученных зависимостей себестоимость (и цена) новой ¡конструкции корректируется таким образом, чтобы ее технические * параметры соответствовали тем, с которыми будет производиться сравнение. Сравниваемые конструкции доджны выполнять одни и те же функции при равных технических параметрах. Все дальнейшие работы должны производиться по сравнимым техническим и экономическим показателям.
Одним из важных показателей экономичности -новой конструкции являются годовые эксплуатационные расходы (С).
Величина отдельных элементов затрат эксплуатационных расходов (амортизация, ремонтные расходы, стоимость потребляемой электрической энергии и др.) существенно зависит от условий и фактороп эксплуатации. Поэтому рассмотрение возможных условий и факторов эксплуатации предшествует определению эксплуатационных затрат при исследовании экономичности.
Для электрических машин к числу факторов и условий эксплуатации относятся:
1) число часов включения в год (Тг);
2) Соотношение между временем работы при нагрузке и без нагрузки ;
3) коэффициент загрузки по мощности (Кз);
4) величина двухставочного тарифа на электрическую энергию (Бэ);
5) условия, в которых осуществляется работа ^(нормальные, трудные и др.);
6) надежность работы в заданных условиях;
7) перегрузки в эксплуатации и др.
Для всех возможных условий и факторов работы рассчитываются годовые эксплуатационные расходы (С) и стоимость одного часа эксплуатации (с). Эти показатели наряду :с величиной основных капитальных затрат (¡К) характеризуют экономичность 'конструкции в различных условиях эксплуатации.
Окончательные выводы об экономичности можно сделать только при оценке с народнохозяйственных позиций. Такую оценку наиболее правильно можно сделать по формуле годовых приведенных затрат [2];
Зг С1 + Ен-Кь (1)
где
Зг —годовые приведенные затраты ло ¡-тому варианту (руб/год): — годовые эксплуатационные расходы по ¿-тому варианту;
Ен — нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности;
К4—полные капитальные вложения по ^варианту.
В состав полных капитальных вложений включаются не только основные, но и сопряженные, связанные с необходимостью капитальных вложений в другие отрасли народного хозяйства (в энергетику при большей величине потребляемой энергии; в цветную металлургию— при большем количестве меди на изготовление и т. п.). Необходимо учитывать экономичность как при изготовлении, так» и при эксплуатации [2], не допуская повторного счета одной и той же экономии. Наименьшая величина годовых приведенных затрет (Зг) ха-
%
рактеризует народнохозяйственную экономичность варианта конструкции в определенных условиях эксплуатации.
Формула годовых приведенных затрац (1) наиболее точно характеризует экономичность конструкции электрической машины, так как в ней Ен предполагается дифференциальной нормативной величиной. Этим формула (1) отличается от формулы;
^ ~ _ >Ен, (2)
где - ^
Е — фактический коэффициент сравнительной экономической эффективности;
С1 и С2 — годовые эксплуатационные расходы по 1 и 2 вариантам, а К1 и Кг — капитальные вложения по тем же вариантам.
В формуле (2) величина
Е _ С» ~
К — К2
вычисляется в конечных разностях и сопоставляется с нормативным Е„. Причем допускается большее значение Е* относительно норматив-ного Е„. Такое представление противоречит теоретическим основам экономической эффективности [7], где доказывается, что величина ЕТ1 дифференциальная и должна иметь одно и то же значение для всех вариантов оптимального плана. Этим объясняется тот факт, что при анализе по формуле (2) встречаются случаи, когда практически рав-ноэкономичные варианты признаются неэффективными. Например, Ец='0,20; С1 = 1000; С2= 1001^ 1К1 = 510; 'К2 = 500, тогда
1001 - 1000 Ь==* 510 — ¿>ии = < Ен = 0,2,
вариант 1 отвергается как неэффективный, хотя он мало отличается от первого по экономическим показателям (С, (К). Однако при этом он можег иметь качественные преимущества. Используя формулу (1), получаем решение:
3Г=(С1 + ЕН • К1 = 1000+0,2 •510= 1102 руб/год;* (1)
3Г=С2 + ЕН- К2= Ю01 +0,2 • 500= 1101 руб/тод, (2)
разница годовых приведенных затрат -составляет всего 0,09 проц. и варианты практически равноценны. *
Таким образом, по формуле годовых приведенных затрат решение оказалось иным и оно подтверждается при анализе ¡К и С, так как экономия на эксплуатационных расходах составляет всего С2—С\ = — 1001 —1000=1 руб. (0,1 проц.), а разница в капитальных затратах* К1— ■К2='510—500=10 руб. (2 проц.). Как видим; капитальные вложения (К) и годовые эксплуатационные расходы (С) мало отличаются. Это подтверждает равноэ ко комичность вариантов.
На основе изложенной методики проведено исследование экономичности кс/ллекторных и бесколлекторных электромашинных усилителей [3, 4, 5, 6]. Б результате получены формулы для вычисления годовых эксплуатационных затрат (С), произведены вычисления Зг и построены графики. На рис. 1 представлен график зависимости годовых эксплуатационных затрат (С), стоимости одного часа эксплуатации (с) и годовых 'приведенных затрат (Зг) от числа часов включения в год (Тг).
Из графика рис. 1 видно, что С и Зг с увеличением Тг возрастают
Рис. 1. График зависимости годовых эксплуатационных расходов (С), приведенных затрат (Зг) и стоимости часа работы (с) для ЭМУ-12П (нормальные условия эксплуатации и:\о=1:1, Б:,=0,013 руб. (квт. ч)
замедленно по кривой. Стоимость же часа<эксплуатации (с) с увеличением Тг сокращается. Отсюда можно сделать вывод, что при эксплуатации ЭМУ выгодно увеличивать число часов включения б -год. Следует иметь в виду, что параметры кривых С, Зг и с при различных условиях и факторах эксплуатации изменяются.
Исследована также зависимость между выходной мощностью 'ЭМУ (РВых), снижением годовых -эксплуатационных затрат (С) и потерь электрической энергии при различных коэффициентах загрузки по мощности 0Кз=1, Кз^О,?, К3='0,4) от числа часов включения (Тг).
График этой зависимости представлен на рис. 2.
Так как из графика (рис. 2) значения РВых, С и Пэ представлены в процентах, при К3=1 получается одна шрямая, параллельная оси Тг. На этой прямой длились значения РВых, С, ,ПЭ. Ясно, что при Кз = I, Рвых= 100 проц., при этом принимаем также С = 100 -проц. и Пэ= 100 проц. Остальное не требует пояснений.
Анализ графика (рис. 2) позволяет установить, что неполное использование мощности ЭМУ вызывает незначительное снижение эксплуатационных расходов (С), а з-начит, необходимо возможно полнее использовать мощность усилителя. Потери электрической энергии при К3 = о>7 сокращаются почти пропорционально коэффициенту загрузки. Однако 'при'меньших коэффициентах загрузки происходит резкое падение к. п. д. агрегата и снижение 'потерь за счет этого сокращается. Так, при Кз = 0,4 значение потерь.мало отличается от тех же величин при ;Кз=0,7.
Важнейшим результатом исследований является установление областей экономичного применения различных исполнений коллекторных и бесколлектоцных ЭМУ.
Новая модель электромашинного усилителя с гладким якорем (ЭМУГ-12П) в сравнении с серийным ЭМУ-12П незначительно про-
ЮО
90
с,пэ %
р ' СП,
Ну1
80
70
60
50
40
30
20
ю
С К.--07
Пэ, Н3= ОЛ' - ------ ;
V и =0,7 1 . 1 !
ч 1 1 1 1 1 >
Р,ьа. "Г-О.Ч ! 1 1 1
1 1 ! 1
2 ООО
то
'г 1га $ j
6000
Рис. 2. График соотношения величин выходной мощности (Рвых) усилителя, годовых эксплуатационных расходов (С) и потерь электрической энергии (Пэ) при различных коэффициентах загрузки по мощности (К3) в %, (для ЗМУ-12П; 5э = 0,013 руб/квт-ч, и : 1 : 1)
игрывает в экономичности по годовым 'приведенным затратам при минимальном тарифе на электрическую энергию (3—9,7 проц). При этом экономичность ЭМУГ-12П сокращается с ростом Тг и возрастает в трудных ,услО'виях эксплуатации. Использование ЭМУТ-12П при максимальной стоимости электрической энергии увеличивает разрыв в экономичности' до 12 проц. Это объясняется главным образом меньшим значением к. п. д. ЭМУГ-12П в сравнец^и с ЭМУ-12П. Однако лучшее быстродействие и более высокая надежность работы ЭМУГ с безыскровой коммутацией обеспечивает ему меньшие годовые приведенные затраты в системах автоматического регулирования (САР), где требуется повышенная надежйость.
Нереверсивное исполн^ие бесколлекторного электромашинного усилителя (БЭМУ-12А)'по схеме'двух синхронных генераторов и дв^х машин постоянного тока почти при всех условиях и факторах работы
имеют более низкие годовые эксплуатационные/ затраты по сравнению с коллекторным ЭМУ-12А и являются более экономичными при отсутствии требования реверсивности. При этом 'БЭМУ-12А по схеме двух машин постоянного тока является более экономичным вследствие более высокого к. п. д. Так как БЭМУ-12Л не имеют скользящего контакта, они характеризуются более высокой надежностью и поэтому обладают еще большей экономичностью в САР с жесткими требованиями к надежности.
Реверсивные исполнения БЭМУ-12А конкурируют по экономичности с ЭМУ-12А только в трудных условиях эксплуатации, при наибольшем тарифе на электрическую энергию и максимальном числе часов работы в год.
Главной причиной, снижающей их экономичность, является высокая стоимость изготовления схемы управления, так как в ней используются дорогостоящие управляемые диоды — тиристоры, изготовление которых началось сравнительно недавно. Расчеты показали, что при снижении цены тиристоров в 10 раз реверсивные БЭМУ-12А будут более экономичными 'при всех условиях и факторах эксплуатации.
Для САР с высокой надежностью экономичность реверсивных БЭМУ-12А в сравнении с Э.МУ-12А возрастает и расширяется область, где они становятся конкурентоспособными. Однако эта область распространяется в основном пока, только на работу при наибольшем тарифе на электрическую энергию.
ЛИТЕРАТУРА
1. А. А. Кошу та. Определение затрат в электромашиностроении методом математической статистики. В сб.: ¿«Вопросы экономики и организации производства н,а предприятиях электротехнической промышленности». ЦИНТИ Э11, Москва, 1Э63.
2. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. Москва, 1966.
3. А. И. Скороспешкин, Г. Г. Константинов. Некоторые результаты исследования характеристик и коммутации ЭМУ поперечного поля с гладким якорем. В сб.: «Известия ТПИ», т. 160, 1966.
4. А. И. Скороспешкин, Э. Н. Подборский. Исследование характеристик бесколлекторнош электромашинного усилителя |(БЭМУ) постоянного ^ока. В сб.: «Известия ТПИ», т. 160, 1966.
5. А. С. Батурин, А. И. Скороспешкин, Г. Г. Ковстанти-н о в. Технико-экономическая оценка 'Электромашинного усилителя с гладким якорем (ЭМУГ-12П). В сб.: «Известия ТПИ», т. 172, Томск, 1967..
6. А. С. Батурин, А. И. Скороспешкин, Э. Н. Подборский. Технико-экономические обоснования разработки бесколлекторных электромашинных усилителей (БЭМУ). В сб.; «Известия ТПИ», т. 172, 1967.
7. В. Н. Богач ев. «Срок окупаемости». Теория сравнения плановых вариантов. Изд-во «Экономика», Москва, 19бб.
