Променливо електрическо задвижване като средство за пестене на енергия

Преходът от нерегламентирано електрическо задвижване към регулирано е един от основните начини за пестене на енергия в електрическото задвижване и в технологичната област посредством електрическо задвижване.

По правило необходимостта от контрол на скоростта или въртящия момент на електрическите задвижвания на производствените механизми е продиктувана от изискванията на технологичния процес. Например скоростта на подаване на фрезата определя чистотата на обработката на детайл на струг, намаляването на скоростта на асансьора е необходимо за точно позициониране на автомобила преди спиране, необходимостта от регулиране на въртящия момент на вала на намотката се диктува от условията за поддържане на постоянна сила на опън на ранения материал и др.

Съществуват обаче редица механизми, за които не се изисква промяна в скоростта според технологичните условия или за регулиране се използват други (неелектрически) методи за въздействие върху параметрите на технологичния процес.

На първо място, те включват непрекъснати транспортни механизми за преместване на твърди, течни и газообразни продукти: конвейери, вентилатори, вентилатори, помпени агрегати. За тези механизми понастоящем по правило се използват нерегулирани асинхронни електрически задвижвания, които привеждат работните органи в движение с постоянна скорост, независимо от натоварването на механизмите. При непълното си натоварване режимите на работа при постоянна скорост се характеризират с повишено специфична консумация на енергия в сравнение с номиналния режим.

NSС намаляването на производителността ефективността на конвейера намалява, тъй като относителният дял на консумираната мощност ни преодоляване на празния момент. По -икономичен е режимът с променлива скорост, който осигурява същата производителност, но с постоянен компонент дърпане усилия.

На фиг. 1 показва зависимостите на мощността от вала на двигателя за конвейер с празен момент Мх = 0, ЗМв за постоянни (v — const) и регулируеми (Fg = const) скорости на движение на товари. Затъмнената област на фигурата представлява спестяването на енергия, получено чрез контрол на скоростта.

Ориз. 1. Зависимост на мощността на вала на електродвигателя от производителността на конвейера

Така че, ако скоростта на конвейера се намали до 60% от номиналната стойност, тогава мощността на вала на двигателите ще намалее с 10% в сравнение с номиналната стойност. Ефектът от регулирането на скоростта е по -висок, колкото по -голям е въртящият момент на празен ход и толкова по -значително намалява производителността на конвейера.

Намаляването на скоростта на непрекъснатите транспортни механизми с недотоварване ви позволява да извършвате необходимото количество работа с по -ниска специфична консумация на енергия, т.е.да решите чисто икономически проблем за намаляване на консумацията на енергия в технологичния процес на преместване на продукти.

Обикновено с намаляване на скоростта на такива механизми се появява и икономически ефект поради подобряване на експлоатационните характеристики на технологичното оборудване. Така че, когато скоростта намалее, износването на тялото на транспортьора намалява, експлоатационният живот на тръбопроводите и арматурата се увеличава поради намаляване на налягането, развито от машини за подаване на течности и газове, а излишният разход на тези продукти също се елиминира .

Ефектът в областта на технологиите често се оказва значително по -висок, отколкото поради икономията на енергия, поради което е принципно погрешно да се вземе решение за целесъобразността да се използва управлявано електрическо задвижване за такива механизми, като се оценява само енергийният аспект.

Регулиране на скоростта на лопатни машини.

Центробежните механизми за подаване на течности и газове (вентилатори, помпи, вентилатори, компресори) са основните общи промишлени механизми с най -голям потенциал в цялата страна за значително намаляване на специфичното потребление на енергия. Специалното положение на центробежните механизми се обяснява с тяхната масивност, висока мощност, като правило, с дълъг режим на работа.

Тези обстоятелства определят значителния дял на тези механизми в енергийния баланс на страната. Общият инсталиран капацитет на задвижващите двигатели на помпи, вентилатори и компресори е около 20% от капацитета на всички електроцентрали, докато само вентилаторите консумират около 10% от цялата електроенергия, произведена в страната.

Работните свойства на центробежните механизми са представени под формата на зависимости на напора H от дебита Q и мощността P от дебита Q. При стационарен режим на работа главата, създадена от центробежния механизъм, се балансира от налягането на хидро- или аеродинамичната мрежа, в която тя подава течност или газ.

Статичният компонент на напора се определя за помпи — от геодезическата разлика между нивата на потребителя и помпата; за феновете — естествена тяга; за вентилатори и компресори — от налягането на сгъстения газ в мрежата (резервоар).

Точката на пресичане на Q-H-характеристиките на помпата и мрежата определя параметрите H-Hн и Q — Qn. Регулирането на дебита Q на помпа, работеща с постоянна скорост, обикновено се осъществява от вентил на изхода и води до промяна в характеристиката на мрежата, в резултат на което дебитът QA * <1 съответства на точката на пресичане с характеристиката на помпата.

Ориз. 2. Q-Н-характеристики на помпения агрегат

По аналогия с електрическите вериги, регулирането на потока чрез вентил е подобно на контрола на тока чрез увеличаване на електрическото съпротивление на веригата. Очевидно този метод на управление не е ефективен от енергийна гледна точка, тъй като е придружен от непродуктивни загуби на енергия в регулиращите елементи (резистор, вентил). Загубата на клапана се характеризира със засенчената зона на фиг. 1.

Както и в електрическата верига, по -икономично е регулирането на енергийния източник, а не на неговия потребител. В този случай токът на натоварване намалява в електрическите вериги поради намаляване на напрежението на източника. В хидравличните и аеродинамичните мрежи подобен ефект се получава при намаляване на налягането, създадено от механизма, което се реализира чрез намаляване на скоростта на неговото работно колело.

При промяна на скоростта работните характеристики на центробежните механизми се променят в съответствие със законите на сходството, които имат формата: Q * = ω *, Н * = ω *2, P * = ω *3

Скоростта на работното колело на помпата, при която характеристиката му ще премине през точка А:

Изразът за консумираната от помпата мощност по време на регулиране на скоростта е:

Квадратичната зависимост на момента от скоростта е характерна главно за вентилаторите, тъй като статичният компонент на главата, определен от естествената тяга, е значително по -малък от Hx. В техническата литература понякога се използва приблизителна зависимост на момента от скоростта, която отчита това свойство на центробежния механизъм:

М* = ω *н

където n = 2 при при Нс = 0 и nHc> 0. Изчисленията и експериментите показват това н=2 — 5, а големите му стойности са характерни за компресорите, работещи в мрежа със значително противодавление.

Анализът на режимите на работа на помпата при постоянна и променлива скорост показва, че излишната консумация на енергия при ω= const се оказва много значим. Например, резултатите от изчисляването на режимите на работа на помпата с параметри са показани по -долу Hx * = 1,2; Px*= 0,3 на мрежа с различно противоналягане Зс:

Дадените данни показват, че управляваното електрическо задвижване може значително да намали консумацията на консумирана електроенергия: до 66% в първия случай и до 41% във втория случай. На практика този ефект може да се окаже дори по -висок, тъй като по различни причини (отсъствие или неизправност на клапани, ръчно задвижване), регулирането от клапани изобщо не се прилага, което води не само до увеличаване на консумацията на електроенергия, но и до прекомерни напори и разходи в хидравличната мрежа.

По-горе са разгледани въпросите за енергията на еднодействащи центробежни механизми в мрежа с постоянни параметри. На практика има паралелна работа на центробежни механизми и мрежата често има променливи параметри. Например, аеродинамичното съпротивление на минната мрежа се променя с промяна в дължината на стените, хидродинамичното съпротивление на водоснабдителните мрежи се определя от режима на потребление на вода, който се променя през деня и т.н.

При паралелна работа на центробежни механизми са възможни два случая:

1) скоростта на всички механизми се регулира едновременно и синхронно;

2) скоростта на един механизъм или част от механизмите се регулира.

Ако мрежовите параметри са постоянни, тогава в първия случай всички механизми могат да се разглеждат като един еквивалент, за който всички горни отношения са валидни. Във втория случай налягането на нерегламентираната част на механизмите има същия ефект върху регулируемата част като обратното налягане и е много значително, поради което икономията на електроенергия тук не надвишава 10-15% от номиналната мощност на машината.

Променливите мрежови параметри значително усложняват анализа на съвместната работа на центробежните механизми с мрежата. В този случай енергийната ефективност на контролирано електрическо задвижване може да бъде определена под формата на област, чиито граници съответстват на граничните стойности на мрежовите параметри и скоростта на центробежния механизъм.

Вижте също по тази тема: Честотни преобразуватели VLT AQUA Drive за помпени агрегати