Varijabilni električni pogon kao sredstvo uštede energije

Prijelaz s nereguliranog elektropogona na regulirani jedan je od glavnih načina uštede energije u elektropogonu iu tehnološkom području pomoću elektropogona.

U pravilu, potreba za kontrolom brzine ili momenta električnih pogona proizvodnih mehanizama diktirana je zahtjevima tehnološkog procesa. Na primjer, brzina posmaka rezača određuje čistoću obrade izratka na tokarilici, smanjenje brzine dizala potrebno je za točno pozicioniranje kabine prije zaustavljanja, potrebu za podešavanjem momenta osovine za namatanje diktira uvjeti za održavanje stalne sile napetosti ranjenog materijala itd.

Međutim, postoji niz mehanizama koji ne zahtijevaju promjenu brzine prema tehnološkim uvjetima ili se za regulaciju koriste druge (neelektrične) metode utjecaja na parametre tehnološkog procesa.

Prije svega, oni uključuju kontinuirane transportne mehanizme za kretanje čvrstih, tekućih i plinovitih proizvoda: transporteri, ventilatori, ventilatori, pumpne jedinice. Za ove mehanizme trenutno se u pravilu koriste neregulirani asinkroni električni pogoni koji pokreću radna tijela konstantnom brzinom, bez obzira na opterećenje mehanizama. Pod njegovim djelomičnim opterećenjem, režimi rada pri konstantnoj brzini karakteriziraju povećani specifična potrošnja energije u usporedbi s nominalnim režimom.

Smanjenjem performansi NSC-a, učinkovitost transportera se smanjuje, jer relativni udio potrošene snage nadmašuje trenutak mirovanja. Ekonomičniji je način rada s promjenjivom brzinom, koji pruža iste performanse, ali uz konstantnu komponentu vučnog napora.

Na sl. 1 prikazuje ovisnosti o snazi ​​osovine motora za transporter s trenutkom praznog hoda Mx = 0, ZMv za konstantne (v — const) i podesive (Fg = const) brzine kretanja tereta. Osjenčano područje na slici predstavlja uštedu energije postignutu kontrolom brzine.

Riža. 1. Ovisnost snage osovine elektromotora o učinku transportera

Dakle, ako se brzina transportera smanji na 60% nominalne vrijednosti, tada će se snaga osovine motora smanjiti za 10% u odnosu na nominalnu vrijednost. Učinak regulacije brzine je veći što je veći okretni moment u praznom hodu i značajnije smanjuje učinak transportera.

Smanjenje brzine kontinuiranih transportnih mehanizama s podopterećenjem omogućuje vam da izvršite potrebnu količinu rada s nižom specifičnom potrošnjom energije, odnosno riješite čisto ekonomski problem smanjenja potrošnje energije u tehnološkom procesu kretanja proizvoda.

Obično se uz smanjenje brzine takvih mehanizama pojavljuje i ekonomski učinak zbog poboljšanja radnih karakteristika tehnološke opreme. Dakle, kada se brzina smanjuje, trošenje tijela transportera se smanjuje, radni vijek cjevovoda i armature se povećava zbog smanjenja tlaka koji razvijaju strojevi za opskrbu tekućinama i plinovima, a također se eliminira prekomjerna potrošnja ovih proizvoda.

Učinak u području tehnologije često se pokaže znatno većim nego zbog uštede energije, zbog čega je temeljno pogrešno odlučiti o uputnosti korištenja upravljanog električnog pogona za takve mehanizme ocjenjujući samo energetski aspekt.

Kontrola brzine strojeva s lopatama.

Centrifugalni mehanizmi za opskrbu tekućinama i plinovima (ventilatori, pumpe, ventilatori, kompresori) glavni su općeindustrijski mehanizmi s najvećim potencijalom u cijeloj zemlji značajnog smanjenja specifične potrošnje energije. Poseban položaj centrifugalnih mehanizama objašnjava se njihovom masivnošću, velikom snagom, u pravilu, s dugim načinom rada.

Ove okolnosti uvjetuju značajan udio ovih mehanizama u energetskoj bilanci zemlje.Ukupna instalirana snaga pogonskih motora za pumpe, ventilatore i kompresore iznosi oko 20% snage svih elektrana, dok sami ventilatori troše oko 10% ukupne električne energije proizvedene u zemlji.

Radna svojstva centrifugalnih mehanizama prikazana su u obliku ovisnosti visine H o protoku Q i snage P o protoku Q. U stacionarnom načinu rada, visina koju stvara centrifugalni mehanizam uravnotežuje se tlak hidro- ili aerodinamičke mreže u kojoj isporučuje tekućinu ili plin.

Statička komponenta tlaka određena je za crpke — geodetskom razlikom između razina korisnika i crpke; za ljubitelje — prirodna atrakcija; za ventilatore i kompresore — od tlaka stlačenog plina u mreži (rezervoaru).

Točka sjecišta Q-H-karakteristika crpke i mreže određuje parametre H-Hn i Q — Qn. Regulacija protoka Q pumpe koja radi pri konstantnoj brzini obično se provodi pomoću ventila na izlazu i dovodi do promjene karakteristike mreže, zbog čega protok QA * <1 odgovara točka sjecišta s karakteristikom pumpe.

Riža. 2. Q-H-karakteristike crpne jedinice

Po analogiji s električnim krugovima, regulacija protoka kroz ventil je slična kontroli struje povećanjem električnog otpora kruga. Očito, ova metoda upravljanja nije energetski učinkovita, jer je popraćena neproduktivnim gubicima energije u regulacijskim elementima (otpornik, ventil). Gubitak ventila karakterizira osjenčano područje na slici. 1.

Kao iu električnom krugu, ekonomičnije je regulirati izvor energije nego njegovog korisnika. U tom se slučaju struja opterećenja smanjuje u električnim krugovima zbog smanjenja napona izvora. U hidrauličkim i aerodinamičkim mrežama sličan se učinak postiže smanjenjem tlaka koji stvara mehanizam, što se ostvaruje smanjenjem brzine njegovog rotora.

Kada se brzina mijenja, radna svojstva centrifugalnih mehanizama se mijenjaju u skladu sa zakonima sličnosti, koji imaju oblik: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

Brzina rotora pumpe pri kojoj će njegova karakteristika proći kroz točku A:

Izraz za snagu koju crpka troši tijekom regulacije brzine je:

Kvadratna ovisnost momenta o brzini karakteristična je uglavnom za ventilatore, budući da je statička komponenta glave određena prirodnim potiskom znatno manja od Hx. U tehničkoj literaturi ponekad se koristi približna ovisnost momenta o brzini, koja uzima u obzir ovo svojstvo centrifugalnog mehanizma:

M* = ω *n

gdje je n = 2 pri Hc = 0 i nHc> 0. Izračuni i eksperimenti pokazuju da je n = 2 — 5, a njegove velike vrijednosti karakteristične su za kompresore koji rade u mreži sa značajnim protutlakom.

Analiza načina rada crpke pri konstantnoj i promjenjivoj brzini pokazuje da se višak potrošnje energije pri ω= const pokazuje vrlo značajnim. Na primjer, rezultati izračuna načina rada crpke s parametrima prikazani su ispod Hx * = 1,2; Px*= 0,3 na mreži s različitim povratnim tlakom Zs:

Navedeni podaci pokazuju da se upravljanim električnim pogonom može značajno smanjiti potrošnja potrošene električne energije: do 66% u prvom slučaju i do 41% u drugom slučaju. U praksi se taj učinak može pokazati i većim, budući da se iz različitih razloga (nedostatak ili neispravnost ventila, ručno aktiviranje) regulacija pomoću ventila uopće ne primjenjuje, što dovodi ne samo do povećanja potrošnje električne energije, već i do prevelikih napora i troškova u hidrauličkoj mreži.

Problemi s energijom centrifugalnih mehanizama s jednostrukim djelovanjem u mreži s konstantnim parametrima raspravljeni su gore. U praksi postoji paralelni rad centrifugalnih mehanizama i mreža često ima promjenjive parametre. Na primjer, aerodinamički otpor rudarske mreže mijenja se s promjenom duljine zidova, hidrodinamički otpor vodovodnih mreža određen je načinom potrošnje vode koji se mijenja tijekom dana itd.

Kod paralelnog rada centrifugalnih mehanizama moguća su dva slučaja:

1) brzina svih mehanizama regulirana je istovremeno i sinkrono;

2) regulirana je brzina jednog mehanizma ili dijela mehanizama.

Ako su parametri mreže konstantni, tada se u prvom slučaju svi mehanizmi mogu smatrati jednim ekvivalentom za koji vrijede sve gore navedene relacije. U drugom slučaju, pritisak nereguliranog dijela mehanizama ima isti učinak na regulirani dio kao i protutlak i vrlo je značajan, zbog čega ušteda električne energije ovdje ne prelazi 10-15% nazivne snage. stroja.

Promjenjivi parametri mreže uvelike kompliciraju analizu suradnje centrifugalnih mehanizama s mrežom. U ovom slučaju, energetska učinkovitost kontroliranog električnog pogona može se odrediti u obliku područja čije granice odgovaraju graničnim vrijednostima mrežnih parametara i brzini centrifugalnog mehanizma.

Vidi također o ovoj temi: VLT AQUA Frekventni pretvarači pogona za pumpne jedinice