У прамысловасці звыш 60% электраэнергіі спажываецца асінхроннымі электрапрывадамі - у помпавых, кампрэсарных, вентыляцыйных і іншых устаноўках. Гэта найболей просты, а таму танны і надзейны тып рухавіка.
Тэхналагічны працэс розных вытворчасцей у прамысловасці патрабуе гнуткай змены частаты кручэння якіх-небудзь выканаўчых механізмаў. Дзякуючы бурнаму развіццю электроннай і вылічальнай тэхнікі, а таксама імкненню зменшыць страты электраэнергіі з'явіліся прылады для эканомнага кіравання электрарухавікамі рознага тыпу. У гэтым артыкуле якраз і пагаворым аб тым, як забяспечыць максімальна эфектыўнае кіраванне электрапрывадам. Працуючы ў кампаніі (група кампаній ), я бачу, што нашы заказчыкі ўсё больш увагі надаюць энергаэфектыўнасці
Вялікая частка электрычнай энергіі, спажыванай вытворчымі і тэхналагічнымі ўсталёўкамі, выкарыстоўваецца для выканання які-небудзь механічнай працы. Для прывядзення ў рух працоўных органаў розных вытворчых і тэхналагічных механізмаў пераважна выкарыстоўваюцца асінхронныя электрычныя рухавікі з каротказамкнутым ротарам (у далейшым менавіта аб дадзеным тыпе электрарухавіка і будзем весці апавяданне). Сам электрарухавік, яго сістэма кіравання і механічная прылада, якое перадае рух ад вала рухавіка да вытворчага механізму, утвораць сістэму электрычнага прывада.
Наяўнасць мінімальных страт электраэнергіі ў абмотках за кошт рэгулявання частаты кручэння рухавіка, магчымасць плыўнага пуску за кошт раўнамернага павелічэння частаты і напругі - гэта асноўныя пастулаты эфектыўнага кіравання электрарухавікамі.
Бо раней існавалі і да гэтага часу існуюць такія спосабы кіравання рухавіком, як:
- рэастатнае рэгуляванне частаты шляхам увядзення дадатковых актыўных супраціваў у ланцугі абмотак рухавіка, паслядоўна якія закарочваюцца контакторами;
- змена напругі на зацісках статара, пры гэтым частата такой напругі сталая і роўная частаце прамысловай сеткі пераменнага току;
- ступеністае рэгуляванне шляхам змены ліку пар канцавоссяў статарнай абмоткі.
Але гэтыя і іншыя спосабы рэгулявання частаты нясуць з сабой галоўны недахоп - значныя страты электрычнай энергіі, а ступеністае рэгуляванне па вызначэнні з'яўляецца недастаткова гнуткім спосабам.
Страты непазбежныя?
Спынімся больш падрабязна на электрычных стратах, якія ўзнікаюць у асінхронным электрарухавіку.
Праца электрычнага прывада характарызуецца цэлым шэрагам электрычных і механічных велічынь.
Да электрычных велічынь адносяцца:
- напруга сеткі,
- ток электрарухавіка,
- магнітны паток,
- электрарухаючая сіла (ЭРС).
Асноўнымі механічнымі велічынямі з'яўляюцца:
- частата кручэння n (аб/мін),
- круцельны момант M (Н•м) рухавіка,
- механічная магутнасць электрарухавіка P (Вт), якая вызначаецца творам моманту на частату кручэння: P = (M • n) / (9,55).
Для абазначэння хуткасці круцільнага руху разам з частатой кручэння n выкарыстоўваецца і іншая вядомая з фізікі велічыня - кутняя хуткасць ω, якая выяўляецца ў радыянах за секунду (рады / с). Паміж кутняй хуткасцю ω і частатой кручэння n існуе наступная сувязь:
пры ўліку якой формула набывае выгляд:
Залежнасць вращающего моманту рухавіка M ад частаты кручэння яго ротара n завецца механічнай характарыстыкай электрарухавіка. Адзначым, што пры працы асінхроннай машыны са статара на ротар перадаецца праз паветраны зазор з дапамогай электрамагнітнага поля так званая электрамагнітная магутнасць:
Частка гэтай магутнасці перадаецца на вал ротара ў выглядзе механічнай магутнасці паводле выраза (2), а астатняя частка вылучаецца ў выглядзе страт у актыўных супрацівах усіх трох фаз ротарнага ланцуга.
Гэтыя страты, званыя электрычнымі, роўныя:
Такім чынам, электрычныя страты вызначаюцца квадратам току, які праходзіць па абмотках.
Яны ў моцнай ступені вызначаюцца нагрузкай асінхроннага рухавіка. Усе іншыя віды страт, акрамя электрычных, змяняюцца з нагрузкай менш істотна.
Таму разгледзім, як змяняюцца электрычныя страты асінхроннага рухавіка пры рэгуляванні частаты кручэння.
Электрычныя страты непасрэдна ў абмотцы ротара электрарухавіка вылучаюцца ў выглядзе цяпла ўнутры машыны і таму вызначаюць яе нагрэў. Відавочна, чым больш электрычныя страты ў ланцугі ротара, тым менш ККД рухавіка, тым менш эканамічная яго праца.
Улічваючы, што страты ў статары прыкладна прапарцыйныя страт у ротары, яшчэ больш зразумела імкненне паменшыць электрычныя страты ў ротары. Той спосаб рэгулявання частаты кручэння рухавіка з'яўляецца эканамічным, пры якім электрычныя страты ў ротары адносна невялікія.
З аналізу выразаў варта, што самы эканамічны спосаб кіравання рухавікамі складаецца ў частаце кручэння ротара, блізкай да сінхроннай.
Частотна-рэгуляваныя прывады
Ва ўжытак розных сфер прамысловасці, якія выкарыстоўваюць помпавае, вентыляцыйнае абсталяванне, канвеерныя ўстаноўкі, аб'екты генерацыі (ЦЭЦ, ДРЭС і да т.п.) і інш. увайшлі такія ўстаноўкі, як частотна-рэгуляваныя прывады (ЧРП), таксама званыя пераўтваральнікамі частаты (ПЧ ). Дадзеныя ўсталёўкі і дазваляюць змяняць частату і амплітуду трохфазнай напругі, які паступае на электрарухавік, за рахунак чаго і дасягаецца гнуткая змена рэжымаў працы кіраўнікоў механізмаў.
Высакавольтны частотна-рэгулюемы прывад
Канструктыў ЧРП
Прывядзем кароткае апісанне існуючых пераўтваральнікаў частаты.
Канструктыўна пераўтваральнік складаецца з функцыянальна звязаных блокаў: блока ўваходнага трансфарматара (шафа трансфарматара); шматузроўневага інвертара (шафа інвертара) і сістэмы кіравання і абарон з блокам уводу і адлюстравання інфармацыі (шафа кіравання і абарон).
У шафе ўваходнага трансфарматара вырабляецца перадача энергіі ад трохфазнай крыніцы сілкавання ўваходным шматабмоткавым трансфарматарам, які размяркоўвае паніжаную напругу на шматузроўневы інвертар.
Шматузроўневы інвертар складаецца з уніфікаваных вочак - пераўтваральнікаў. Колькасць ячэек вызначаецца канкрэтным канструктывам і заводам-вытворцам. Кожнае вочка абсталявана выпрамніком і фільтрам звяна сталага току з маставым інвертарам напругі на сучасных IGBT транзістарах (біпалярны транзістар з ізаляванай засаўкай). Першапачаткова выпростваецца ўваходны пераменны ток, а затым з дапамогай паўправадніковага інвертара пераўтворыцца ў пераменны ток з рэгуляванай частатой і напругай.
Атрыманыя крыніцы кіраванай пераменнай напругі злучаюцца паслядоўна ў звёны, фармуючы фазу напругі. Пабудова выходнай трохфазнай сістэмы сілкавання асінхроннага рухавіка вырабляецца ўключэннем звёнаў па схеме «ЗОРКА».
Сістэма кіравання абароны размяшчаецца ў шафе кіравання і абароны і прадстаўлена шматфункцыянальным мікрапрацэсарным блокам з сістэмай харчавання ад крыніцы ўласных патрэб пераўтваральніка, прыладай уводу-вываду інфармацыі і першаснымі сэнсарамі электрычных рэжымаў працы пераўтваральніка.
Патэнцыял эканоміі: лічым разам
На падставе дадзеных, прадстаўленых кампаніяй Mitsubishi Electric, ацэнім патэнцыял энергазберажэння пры ўкараненні пераўтваральнікаў частаты.
Спачатку паглядзім, як змяняецца магутнасць пры розных рэжымах рэгулявання рухавіка:
А зараз прывядзем прыклад разліку.
ККД электрарухавіка: 96,5%;
ККД частотна-рэгуляванага прывада: 97%;
Магутнасць на вале вентылятара пры намінальным аб'ёме: 1100 кВт;
Характарыстыка вентылятара: H=1,4 а.а. пры Q=0;
Поўны працоўны час за год: 8000 ч.
Рэжымы працы вентылятара паводле графіка:
З графіка атрымліваем наступныя дадзеныя:
100% расходу паветра - 20% часу працы за год;
70% расходу паветра - 50% часу працы за год;
50% выдатку паветра - 30% часу працы за год.
Эканомія паміж працай пад намінальнай нагрузкай і працай з магчымасцю рэгулявання хуткасці кручэння рухавіка (праца сумесна з ЧРП) роўная:
7 446 400 квт*г/год — 3 846 400 квт*г/год= 3 600 000 квт*ч/год
Улічым тарыф на электраэнергію роўным - 1 кВт * ч / 5,5 руб. Варта адзначыць, што кошт узяты па першай цэнавай катэгорыі і асераднёным значэнні для аднаго з прамысловых прадпрыемстваў Прыморскага краю за 2019 г.
Атрымаем эканомію ў грашовым выражэнні:
3 600 000 квт*ч/год*5,5 руб/кВт*ч= 19 800 000 руб/год
Практыка рэалізацыі такіх праектаў дае магчымасць з улікам затрат на эксплуатацыю і рамонты, а таксама кошту саміх пераўтваральнікаў частаты дабіцца тэрміну акупнасці ў 3 гады.
Як паказваюць лічбы, у эканамічнай мэтазгоднасці ўкаранення ЧРП сумнявацца не даводзіцца. Аднак адной эканомікай эфект ад іх укаранення не абмяжоўваецца. ЧРП ажыццяўляюць плыўны пуск рухавіка, значна памяншаючы яго знос, але пра гэта я раскажу ў наступны раз.
Крыніца: habr.com