Variabel elektrisk drivning som ett sätt att spara energi

Övergången från oreglerad elektrisk drivning till reglerad är ett av de viktigaste sätten att spara energi i den elektriska drivningen och på det tekniska området med hjälp av elektrisk drivning.

Som regel dikteras behovet av att kontrollera hastigheten eller vridmomentet för de elektriska drivningarna av produktionsmekanismerna av kraven i den tekniska processen. Till exempel bestämmer skärarens matningshastighet renheten vid bearbetning av ett arbetsstycke på en svarv, minskningen av hisshastigheten är nödvändig för korrekt positionering av bilen innan den stannar, behovet av att justera vridmomentet på lindningsaxeln dikteras av förutsättningarna för att upprätthålla en konstant spänningskraft hos det skadade materialet etc.

Det finns dock ett antal mekanismer som inte kräver en hastighetsändring enligt de tekniska förhållandena, eller andra (icke-elektriska) metoder för att påverka parametrarna för den tekniska processen används för reglering.

Först och främst inkluderar de kontinuerliga transportmekanismer för att flytta fasta, flytande och gasformiga produkter: transportörer, fläktar, fläktar, pumpenheter. För dessa mekanismer används för närvarande som regel oreglerade asynkrona elektriska drivenheter, som sätter arbetskropparna i rörelse med konstant hastighet, oavsett belastningen på mekanismerna. Under sin delbelastning kännetecknas driftlägen vid konstant hastighet av ökad specifik energiförbrukning jämfört med det nominella läget.

NSC-prestandaminskning, effektiviteten hos transportören minskar, eftersom den relativa andelen förbrukad effekt övervinner tomgångsmomentet. Mer ekonomiskt är det variabla hastighetsläget, som ger samma prestanda, men med en konstant komponent av dragkraft.

I fig. 1 visar motoraxelns effektberoende för en transportör med ett tomgångsmoment Mx = 0, ЗМв för konstanta (v — const) och justerbara (Fg = const) rörelsehastigheter för laster. Det skuggade området i figuren representerar de energibesparingar som erhålls genom hastighetskontroll.

Ris. 1. Beroende av kraften hos elmotoraxeln på transportörens prestanda

Så om transportörens hastighet minskas till 60 % av det nominella värdet, kommer motorns axeleffekt att minska med 10 % jämfört med det nominella värdet. Effekten av hastighetsreglering är högre, ju större tomgångsvridmomentet är, och desto mer avsevärt minskar det prestandan hos transportören.

Att minska hastigheten på kontinuerliga transportmekanismer med underbelastning gör att du kan utföra den nödvändiga mängden arbete med lägre specifik energiförbrukning, det vill säga att lösa ett rent ekonomiskt problem med att minska energiförbrukningen i den tekniska processen att flytta produkter.

Vanligtvis, med en minskning av hastigheten för sådana mekanismer, uppträder också en ekonomisk effekt på grund av förbättringen av den tekniska utrustningens driftsegenskaper. Så när hastigheten minskar, minskar slitaget på transportörkroppen, livslängden för rörledningar och beslag ökar på grund av en minskning av trycket som utvecklats av maskiner för tillförsel av vätskor och gaser, och överkonsumtionen av dessa produkter elimineras också.

Effekten inom teknikområdet visar sig ofta vara betydligt högre än på grund av energibesparingar, varför det är fundamentalt fel att besluta om lämpligheten av att använda en kontrollerad elektrisk drivning för sådana mekanismer genom att endast utvärdera energiaspekten.

Hastighetskontroll av spademaskiner.

Centrifugalmekanismer för tillförsel av vätskor och gaser (fläktar, pumpar, fläktar, kompressorer) är de huvudsakliga allmänna industriella mekanismerna med störst potential i hela landet för att avsevärt minska specifik energiförbrukning. Centrifugalmekanismernas speciella position förklaras av deras massivitet, höga effekt, som regel med ett långt driftläge.

Dessa omständigheter avgör den betydande andelen av dessa mekanismer i landets energibalans.Den totala installerade kapaciteten för drivmotorer för pumpar, fläktar och kompressorer är cirka 20 % av kapaciteten för alla kraftverk, medan fläktar ensamma förbrukar cirka 10 % av all el som produceras i landet.

Driftsegenskaperna hos centrifugalmekanismerna presenteras i form av beroende av tryckhöjden H på flödeshastigheten Q och effekten P på flödeshastigheten Q. I ett stationärt driftläge balanseras tryckhöjden som skapas av centrifugalmekanismen av trycket i det hydro- eller aerodynamiska nätverk i vilket det levererar vätska eller gas.

Den statiska komponenten av trycket bestäms för pumpar — av den geodetiska skillnaden mellan användarens och pumpens nivåer; för fans — naturlig attraktion; för fläktar och kompressorer — från det komprimerade gastrycket i nätverket (reservoar).

Skärningspunkten för Q-H-egenskaperna för pumpen och nätverket bestämmer parametrarna H-Hn och Q - Qn. Reglering av flödeshastigheten Q för en pump som arbetar med konstant hastighet utförs vanligtvis av en ventil vid utloppet och leder till en förändring av nätets karaktäristik, vilket resulterar i att flödeshastigheten QA * <1 motsvarar skärningspunkten med pumpens egenskaper.

Ris. 2. Q-H-egenskaper hos pumpenheten

I analogi med elektriska kretsar liknar reglering av flödet genom en ventil styrning av ström genom att öka kretsens elektriska motstånd. Uppenbarligen är denna styrmetod inte effektiv ur energisynpunkt, eftersom den åtföljs av improduktiva energiförluster i regleringselementen (motstånd, ventil). Ventilförlust kännetecknas av det skuggade området i fig. 1.

Liksom i den elektriska kretsen är det mer ekonomiskt att reglera energikällan snarare än dess användare. I detta fall minskar belastningsströmmen i de elektriska kretsarna på grund av en minskning av källspänningen. I hydrauliska och aerodynamiska nätverk erhålls en liknande effekt genom att minska trycket som skapas av mekanismen, vilket realiseras genom att minska hastigheten på dess pumphjul.

När hastigheten ändras ändras centrifugalmekanismernas funktionsegenskaper i enlighet med likhetslagarna, som har formen: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

Pumphjulshastigheten vid vilken dess karakteristik kommer att passera genom punkt A:

Uttrycket för den effekt som pumpen förbrukar vid varvtalsreglering är:

Momentets kvadratiska beroende av hastigheten är karakteristiskt främst för fläktar, eftersom den statiska komponenten av huvudet som bestäms av den naturliga dragkraften är betydligt mindre än Hx. I den tekniska litteraturen används ibland ett ungefärligt beroende av ögonblicket på hastigheten, vilket tar hänsyn till denna egenskap hos centrifugalmekanismen:

M* = ω *n

där n = 2 vid Hc = 0 och nHc> 0. Beräkningar och experiment visar att n=2 — 5, och dess höga värden är karakteristiska för kompressorer som arbetar i ett nätverk med betydande mottryck.

Analysen av pumpens driftlägen vid konstant och variabel hastighet visar att överskottsenergiförbrukningen vid ω= const visar sig vara mycket betydande. Till exempel visas resultaten av beräkningen av pumpens driftlägen med parametrar nedan Hx * = 1,2; Px*= 0,3 på ett nätverk med olika mottryck Зс:

De givna uppgifterna visar att den kontrollerade elektriska drivningen avsevärt kan minska förbrukningen av förbrukad el: upp till 66 % i det första fallet och upp till 41 % i det andra fallet. I praktiken kan denna effekt visa sig vara ännu högre, eftersom av olika skäl (frånvaro eller fel på ventiler, manuell manövrering) tillämpas reglering av ventiler inte alls, vilket inte bara leder till en ökning av elförbrukningen, utan också till överdrivna ansträngningar och kostnader i hydraulnätet.

Energifrågorna för enkelverkande centrifugalmekanismer i ett nätverk med konstanta parametrar har diskuterats ovan. I praktiken är det parallell drift av centrifugalmekanismer och nätverket har ofta variabla parametrar. Till exempel ändras gruvnätets aerodynamiska motstånd med en förändring av väggarnas längd, vattenförsörjningsnätens hydrodynamiska motstånd bestäms av vattenförbrukningssättet, som förändras under dagen, etc.

Med parallell drift av centrifugalmekanismer är två fall möjliga:

1) hastigheten på alla mekanismer regleras samtidigt och synkront;

2) hastigheten för en mekanism eller del av mekanismerna regleras.

Om nätverksparametrarna är konstanta kan i det första fallet alla mekanismer betraktas som en ekvivalent för vilken alla ovanstående relationer är giltiga. I det andra fallet har trycket från den oreglerade delen av mekanismerna samma effekt på den reglerade delen som mottrycket och är mycket betydande, varför besparingen av el här inte överstiger 10-15% av den nominella effekten av maskinen.

Variabla nätverksparametrar komplicerar i hög grad analysen av samarbetet mellan centrifugalmekanismer och nätverket. I det här fallet kan energieffektiviteten för en kontrollerad elektrisk drivning bestämmas i form av ett område vars gränser motsvarar gränsvärdena för nätverksparametrarna och centrifugalmekanismens hastighet.

Se även om detta ämne: VLT AQUA Drive frekvensomriktare för pumpenheter