I industrien forbruges over 60 % af elektriciteten af asynkrone elektriske drev - i pumpe-, kompressor-, ventilations- og andre installationer. Dette er den enkleste, og derfor billigste og mest pålidelige type motor.
Den teknologiske proces af forskellige industrielle produktioner kræver fleksible ændringer i rotationshastigheden af enhver aktuator. Takket være den hurtige udvikling af elektronisk og computerteknologi, samt ønsket om at reducere elektricitetstab, er der dukket enheder op til økonomisk kontrol af elektriske motorer af forskellige typer. I denne artikel vil vi tale om, hvordan man sikrer den mest effektive kontrol af et elektrisk drev. Arbejder i en virksomhed (virksomhedsgruppe ), ser jeg, at vores kunder er mere og mere opmærksomme på energieffektivitet
Det meste af den elektriske energi, der forbruges af produktions- og procesanlæg, bruges til at udføre en form for mekanisk arbejde. For at drive de arbejdende dele af forskellige produktions- og teknologiske mekanismer bruges hovedsagelig asynkrone elektriske motorer med en egern-burrotor (i fremtiden vil vi tale om denne type elektrisk motor). Selve den elektriske motor, dens styresystem og den mekaniske enhed, der overfører bevægelse fra motorakslen til produktionsmekanismen, danner et elektrisk drivsystem.
Tilstedeværelsen af minimale elektricitetstab i viklingerne på grund af regulering af motorens rotationshastighed, muligheden for en jævn start på grund af en ensartet stigning i frekvens og spænding - dette er hovedpostulaterne for effektiv kontrol af elektriske motorer.
Trods alt, tidligere var og eksisterer der stadig sådanne metoder til motorstyring som:
- reostatisk frekvensstyring ved at indføre yderligere aktive modstande i motorviklingskredsløbene, sekventielt kortsluttet af kontaktorer;
- ændring i spænding ved statorterminalerne, mens frekvensen af en sådan spænding er konstant og lig med frekvensen af det industrielle AC-netværk;
- trinregulering ved at ændre antallet af polpar af statorviklingen.
Men disse og andre metoder til frekvensregulering har den største ulempe med sig - betydelige tab af elektrisk energi, og trinregulering er per definition ikke en fleksibel nok metode.
Er tab uundgåelige?
Lad os dvæle mere detaljeret på de elektriske tab, der opstår i en asynkron elektrisk motor.
Driften af et elektrisk drev er kendetegnet ved en række elektriske og mekaniske størrelser.
Elektriske mængder inkluderer:
- netspænding,
- motorstrøm,
- magnetisk flux,
- elektromotorisk kraft (EMF).
De vigtigste mekaniske størrelser er:
- rotationshastighed n (rpm),
- roterende drejningsmoment M (N•m) for motoren,
- mekanisk effekt af den elektriske motor P (W), bestemt af produktet af drejningsmoment og omdrejningstal: P=(M•n)/(9,55).
Til at betegne hastigheden af rotationsbevægelsen bruges sammen med rotationsfrekvensen n en anden størrelse kendt fra fysikken - vinkelhastigheden ω, som udtrykkes i radianer pr. sekund (rad/s). Der er følgende forhold mellem vinkelhastigheden ω og rotationsfrekvensen n:
under hensyntagen til hvilken formlen har formen:
Motorens drejningsmoment Ms afhængighed af rotationshastigheden af dens rotor n kaldes den elektriske motors mekaniske karakteristik. Bemærk, at når en asynkron maskine kører, overføres såkaldt elektromagnetisk effekt fra statoren til rotoren gennem luftgabet ved hjælp af et elektromagnetisk felt:
En del af denne effekt overføres til rotorakslen i form af mekanisk kraft ifølge udtryk (2), og resten frigives i form af tab i de aktive modstande i alle tre faser af rotorkredsløbet.
Disse tab, kaldet elektriske, er lig med:
Således bestemmes elektriske tab af kvadratet af strømmen, der passerer gennem viklingerne.
De bestemmes i høj grad af belastningen af den asynkrone motor. Alle andre typer tab, undtagen elektriske, ændrer sig mindre markant med belastningen.
Lad os derfor overveje, hvordan de elektriske tab af en asynkronmotor ændres, når rotationshastigheden styres.
Elektriske tab direkte i rotorviklingen af en elektrisk motor frigives i form af varme inde i maskinen og bestemmer derfor dens opvarmning. Det er klart, at jo større elektriske tab i rotorkredsløbet er, jo lavere er motorens effektivitet, jo mindre økonomisk er dens drift.
I betragtning af at statortab er tilnærmelsesvis proportionale med rotortab, er ønsket om at reducere elektriske tab i rotoren endnu mere forståeligt. Denne metode til at regulere motorhastigheden er økonomisk, hvor de elektriske tab i rotoren er relativt små.
Af analysen af udtrykkene følger det, at den mest økonomiske måde at styre motorer på er ved en rotorhastighed tæt på synkron.
Drev med variabel frekvens
Installationer såsom frekvensomformere (VFD'er), også kaldet frekvensomformere (FC'er) ). Disse indstillinger giver dig mulighed for at ændre frekvensen og amplituden af den trefasede spænding, der leveres til den elektriske motor, på grund af hvilken en fleksibel ændring i styremekanismernes driftstilstande opnås.
Højspændings variabel frekvensomformer
VFD design
Her er en kort beskrivelse af eksisterende frekvensomformere.
Strukturelt består konverteren af funktionelt relaterede blokke: input transformerblok (transformatorskab); en multi-level inverter (inverter kabinet) og et kontrol- og beskyttelsessystem med en informationsinput og displayenhed (kontrol- og beskyttelsesskab).
Indgangstransformerkabinettet overfører energi fra den trefasede strømforsyning til en flerviklingsindgangstransformer, som distribuerer den reducerede spænding til en multi-level inverter.
En multilevel inverter består af forenede celler - konvertere. Antallet af celler bestemmes af det specifikke design og producent. Hver celle er udstyret med en ensretter og et DC link-filter med en brospændingsomformer ved hjælp af moderne IGBT-transistorer (isoleret gate bipolær transistor). Den indgående vekselstrøm bliver i første omgang ensrettet og derefter omdannet til vekselstrøm med justerbar frekvens og spænding ved hjælp af en solid-state inverter.
De resulterende kilder til kontrolleret vekselspænding er forbundet i serie til forbindelser, der danner en spændingsfase. Konstruktionen af et trefaset udgangseffektsystem til en asynkronmotor udføres ved at forbinde forbindelser i henhold til "STAR"-kredsløbet.
Beskyttelseskontrolsystemet er placeret i styre- og beskyttelsesskabet og er repræsenteret af en multifunktionel mikroprocessorenhed med et strømforsyningssystem fra konverterens egen strømkilde, en informationsinput/output-enhed og primære sensorer for konverterens elektriske driftstilstande.
Besparelsespotentiale: tælle sammen
Baseret på data leveret af Mitsubishi Electric vil vi evaluere energibesparelsespotentialet, når vi introducerer frekvensomformere.
Lad os først se, hvordan effekten ændres under forskellige motorkontroltilstande:
Lad os nu give et eksempel på en beregning.
Elmotoreffektivitet: 96,5 %;
Variabel frekvensdrev effektivitet: 97 %;
Ventilatorakseleffekt ved nominelt volumen: 1100 kW;
Fan egenskaber: H=1,4 p.u. при Q = 0;
Fuld arbejdstid om året: 8000 h.
Ventilatordriftstilstande i henhold til tidsplanen:
Fra grafen får vi følgende data:
100 % luftforbrug – 20 % af driftstiden om året;
70 % luftforbrug – 50 % af driftstiden om året;
50 % luftforbrug – 30 % driftstid om året.
Besparelsen mellem drift ved nominel belastning og drift med mulighed for at styre motorhastigheden (drift i forbindelse med en VFD) er lig med:
7 kWh/år - 446 kWh/år= 400 kWh/år
Lad os tage hensyn til eltaksten svarende til 1 kWh / 5,5 rubler. Det er værd at bemærke, at omkostningerne tages i henhold til den første priskategori og den gennemsnitlige værdi for en af industrivirksomhederne i Primorsky-territoriet for 2019.
Lad os få besparelserne i penge:
3 kWh/år*600 rub/kWh= 000 rub/år
Praksisen med at implementere sådanne projekter gør det muligt, under hensyntagen til omkostningerne ved drift og reparationer, samt omkostningerne til selve frekvensomformerne, at opnå en tilbagebetalingsperiode på 3 år.
Som tallene viser, er der ingen tvivl om den økonomiske gennemførlighed af at indføre VFD'er. Effekten af deres implementering er dog ikke begrænset til økonomien alene. VFD'er starter jævnt motoren, hvilket reducerer sliddet betydeligt, men jeg vil tale om dette næste gang.
Kilde: www.habr.com