Variabelt elektrisk drev som et middel til at spare energi

Overgangen fra ureguleret elektrisk drev til reguleret er en af ​​de vigtigste måder at spare energi i det elektriske drev og på det teknologiske område ved hjælp af elektrisk drev.

Som regel er behovet for at kontrollere hastigheden eller drejningsmomentet for de elektriske drev i produktionsmekanismerne dikteret af kravene til den teknologiske proces. For eksempel bestemmer fræserens tilspændingshastighed renheden ved at behandle et emne på en drejebænk, reduktionen af ​​elevatorhastigheden er nødvendig for nøjagtig positionering af bilen før standsning, behovet for at justere drejningsmomentet på viklingsakslen er dikteret af betingelserne for at opretholde en konstant spændingskraft af det sårede materiale mv.

Der er dog en række mekanismer, som ikke kræver en hastighedsændring i henhold til de teknologiske forhold, eller der anvendes andre (ikke-elektriske) metoder til at påvirke parametrene for den teknologiske proces til regulering.

Først og fremmest inkluderer de kontinuerlige transportmekanismer til at flytte faste, flydende og gasformige produkter: transportører, ventilatorer, ventilatorer, pumpeenheder. Til disse mekanismer anvendes i øjeblikket som regel uregulerede asynkrone elektriske drev, som sætter arbejdslegemerne i bevægelse med en konstant hastighed, uanset belastningen på mekanismerne. Under dens delvise belastning er driftstilstande ved konstant hastighed kendetegnet ved øget specifikt energiforbrug sammenlignet med den nominelle tilstand.

NSC-ydelsesreduktion, effektiviteten af ​​transportøren falder, da den relative andel af forbrugt strøm overvinder tomgangsmomentet. Mere økonomisk er indstillingen med variabel hastighed, som giver den samme ydeevne, men med en konstant komponent af trækkraft.

I fig. 1 viser effektafhængighederne af motorakslen for en transportør med et tomgangsmoment Mx = 0, ЗМв for konstante (v — const) og justerbare (Fg = const) hastigheder for bevægelser af laster. Det skraverede område i figuren repræsenterer energibesparelserne opnået ved hastighedskontrol.

Ris. 1. Afhængighed af elmotorakslens effekt af transportørens ydeevne

Så hvis transportbåndets hastighed reduceres til 60 % af den nominelle værdi, vil motorens akseleffekt falde med 10 % i forhold til den nominelle værdi. Effekten af ​​hastighedsregulering er højere, jo større tomgangsmomentet er, og jo mere signifikant reducerer det transportørens ydeevne.

Reduktion af hastigheden af ​​kontinuerlige transportmekanismer med underbelastning giver dig mulighed for at udføre den nødvendige mængde arbejde med lavere specifikt energiforbrug, det vil sige at løse et rent økonomisk problem med at reducere energiforbruget i den teknologiske proces med at flytte produkter.

Normalt, med en reduktion i hastigheden af ​​sådanne mekanismer, vises en økonomisk effekt også på grund af forbedringen af ​​det teknologiske udstyrs operationelle egenskaber. Så når hastigheden falder, falder sliddet på transportørlegemet, levetiden for rørledninger og fittings øges på grund af et fald i trykket udviklet af maskiner til levering af væsker og gasser, og overforbruget af disse produkter elimineres også.

Effekten på det teknologiske område viser sig ofte at være væsentligt højere end på grund af energibesparelser, hvorfor det er fundamentalt forkert at tage stilling til, om det er tilrådeligt at bruge et styret elektrisk drev til sådanne mekanismer ved kun at vurdere energiaspektet.

Hastighedskontrol af skovlmaskiner.

Centrifugalmekanismer til forsyning af væsker og gasser (ventilatorer, pumper, ventilatorer, kompressorer) er de vigtigste generelle industrielle mekanismer med det største potentiale i hele landet for at reducere det specifikke energiforbrug markant. Centrifugalmekanismernes særlige position forklares af deres massivitet, høje effekt, som regel med en lang driftstilstand.

Disse forhold bestemmer den betydelige andel af disse mekanismer i landets energibalance.Den samlede installerede kapacitet af drivmotorer til pumper, ventilatorer og kompressorer er omkring 20 % af kapaciteten på alle kraftværker, mens ventilatorer alene forbruger omkring 10 % af al elektricitet, der produceres i landet.

Centrifugalmekanismernes driftsegenskaber præsenteres i form af afhængighed af hovedet H af flowhastigheden Q og effekten P af flowhastigheden Q. I en stationær driftsform balanceres hovedet skabt af centrifugalmekanismen vha. trykket i det hydro- eller aerodynamiske netværk, hvori det afgiver væske eller gas.

Den statiske komponent af trykket bestemmes for pumper — af den geodætiske forskel mellem brugerens og pumpens niveauer; for fans - naturlig attraktion; til ventilatorer og kompressorer — fra det komprimerede gastryk i netværket (reservoir).

Skæringspunktet mellem pumpens og netværkets Q-H-karakteristika bestemmer parametrene H-Hn og Q - Qn. Regulering af strømningshastigheden Q for en pumpe, der arbejder med konstant hastighed, udføres normalt af en ventil ved udløbet og fører til en ændring i netværkets karakteristik, som et resultat af, at strømningshastigheden QA * <1 svarer til skæringspunktet med pumpens karakteristika.

Ris. 2. Q-H-karakteristika for pumpeenheden

I analogi med elektriske kredsløb svarer regulering af flow gennem en ventil til at kontrollere strøm ved at øge kredsløbets elektriske modstand. Denne reguleringsmetode er naturligvis ikke effektiv ud fra et energisynspunkt, da den er ledsaget af uproduktive energitab i reguleringselementerne (modstand, ventil). Ventiltab er karakteriseret ved det skraverede område i fig. 1.

Som i det elektriske kredsløb er det mere økonomisk at regulere energikilden frem for dens bruger. I dette tilfælde falder belastningsstrømmen i de elektriske kredsløb på grund af et fald i kildespændingen. I hydrauliske og aerodynamiske netværk opnås en lignende effekt ved at reducere det tryk, der skabes af mekanismen, hvilket realiseres ved at reducere hastigheden på dens pumpehjul.

Når hastigheden ændres, ændres driftsegenskaberne for centrifugalmekanismer i overensstemmelse med lighedslovene, som har formen: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

Pumpens løbehjulshastighed, ved hvilken dens karakteristik vil passere gennem punkt A:

Udtrykket for den effekt, der forbruges af pumpen under hastighedsreguleringen, er:

Momentets kvadratiske afhængighed af hastigheden er hovedsageligt karakteristisk for fans, da den statiske komponent af hovedet bestemt af det naturlige tryk er væsentligt mindre end Hx. I den tekniske litteratur bruges nogle gange en omtrentlig afhængighed af øjeblikket af hastigheden, som tager højde for denne egenskab ved centrifugalmekanismen:

M* = ω *n

hvor n = 2 ved Hc = 0 og nHc> 0. Beregninger og eksperimenter viser, at n=2 — 5, og dens store værdier er karakteristiske for kompressorer, der arbejder i et netværk med betydeligt modtryk.

Analysen af ​​pumpens driftstilstande ved konstant og variabel hastighed viser, at det overskydende energiforbrug ved ω= const viser sig at være meget betydeligt. For eksempel er resultaterne af beregningen af ​​pumpens driftstilstande med parametre vist nedenfor Hx * = 1,2; Px*= 0,3 på et netværk med forskelligt modtryk Зс:

De givne data viser, at det kontrollerede elektriske drev kan reducere forbruget af forbrugt elektricitet betydeligt: ​​op til 66% i det første tilfælde og op til 41% i det andet tilfælde. I praksis kan denne effekt vise sig at være endnu højere, da der af forskellige årsager (manglende eller fejlfunktion af ventiler, manuel aktivering) slet ikke anvendes regulering af ventiler, hvilket ikke kun fører til en stigning i elforbruget, men også til overdreven indsats og omkostninger i det hydrauliske netværk.

Energispørgsmålene ved enkeltvirkende centrifugalmekanismer i et netværk med konstante parametre er blevet diskuteret ovenfor. I praksis er der parallel drift af centrifugalmekanismer, og netværket har ofte variable parametre. For eksempel ændres den aerodynamiske modstand i minenetværket med en ændring i længden af ​​væggene, den hydrodynamiske modstand af vandforsyningsnettene bestemmes af vandforbrugstilstanden, som ændres i løbet af dagen osv.

Med parallel drift af centrifugalmekanismer er to tilfælde mulige:

1) hastigheden af ​​alle mekanismer reguleres samtidigt og synkront;

2) hastigheden af ​​en mekanisme eller en del af mekanismerne er reguleret.

Hvis netværksparametrene er konstante, kan alle mekanismer i det første tilfælde betragtes som én ækvivalent, for hvilken alle ovenstående relationer er gyldige. I det andet tilfælde har trykket af den uregulerede del af mekanismerne samme effekt på den regulerede del som modtrykket og er meget betydelig, hvorfor besparelsen af ​​elektricitet her ikke overstiger 10-15 % af den nominelle effekt af maskinen.

Variable netværksparametre komplicerer i høj grad analysen af ​​samarbejdet mellem centrifugalmekanismer og netværket. I dette tilfælde kan energieffektiviteten af ​​et kontrolleret elektrisk drev bestemmes i form af et område, hvis grænser svarer til grænseværdierne for netværksparametrene og centrifugalmekanismens hastighed.

Se også om dette emne: VLT AQUA Drive frekvensomformere til pumpeenheder