Tööstuses tarbivad üle 60% elektrienergiast asünkroonsed elektriajamid – pumpamisel, kompressoril, ventilatsioonil ja muudes paigaldistes. See on kõige lihtsam ja seega ka odavaim ja töökindlam mootoritüüp.
Erinevate tööstuslike tootmiste tehnoloogiline protsess nõuab mistahes täiturmehhanismide pöörlemiskiiruse paindlikku muutmist. Tänu elektroonika- ja arvutitehnoloogia kiirele arengule ning soovile vähendada elektrikadusid on ilmunud seadmed erinevat tüüpi elektrimootorite säästlikuks juhtimiseks. Selles artiklis räägime sellest, kuidas tagada elektriajami kõige tõhusam juhtimine. Töötamine ettevõttes (ettevõtete grupp ), näen, et meie kliendid pööravad üha rohkem tähelepanu energiatõhususele
Suurem osa tootmis- ja töötlemisettevõtete tarbitavast elektrienergiast kulub mingisuguste mehaaniliste tööde tegemiseks. Erinevate tootmis- ja tehnoloogiliste mehhanismide tööosade juhtimiseks kasutatakse valdavalt oravapuurrootoriga asünkroonseid elektrimootoreid (edaspidi räägime seda tüüpi elektrimootoritest). Elektrimootor ise, selle juhtimissüsteem ja mehaaniline seade, mis edastab liikumise mootori võllilt tootmismehhanismile, moodustavad elektriajamisüsteemi.
Mootori pöörlemiskiiruse reguleerimisest tingitud minimaalsete elektrikadude olemasolu mähistes, sujuva käivitamise võimalus sageduse ja pinge ühtlase suurenemise tõttu - need on elektrimootorite tõhusa juhtimise peamised postulaadid.
Lõppude lõpuks olid varem ja eksisteerivad endiselt sellised mootori juhtimise meetodid nagu:
- reostaatiline sageduse reguleerimine mootori mähiste ahelates täiendavate aktiivsete takistuste sisseviimisega, mis on järjestikku kontaktoritega lühistatud;
- pinge muutus staatori klemmides, samas kui sellise pinge sagedus on konstantne ja võrdne tööstusliku vahelduvvooluvõrgu sagedusega;
- astmeline reguleerimine, muutes staatori mähise pooluste paaride arvu.
Kuid neil ja teistel sageduse reguleerimise meetoditel on endaga kaasas peamine puudus - elektrienergia märkimisväärsed kaod ja astmeline reguleerimine ei ole definitsiooni järgi piisavalt paindlik meetod.
Kas kaotused on vältimatud?
Vaatleme üksikasjalikumalt asünkroonses elektrimootoris esinevaid elektrikadusid.
Elektriajami tööd iseloomustavad mitmed elektrilised ja mehaanilised suurused.
Elektrikogused sisaldavad:
- võrgu pinge,
- mootori vool,
- magnetvoog,
- elektromotoorjõud (EMF).
Peamised mehaanilised suurused on:
- pöörlemiskiirus n (rpm),
- mootori pöördemoment M (N•m),
- elektrimootori mehaaniline võimsus P (W), mis määratakse pöördemomendi ja pöörlemiskiiruse korrutisega: P=(M•n)/(9,55).
Pöörleva liikumise kiiruse tähistamiseks kasutatakse koos pöörlemissagedusega n teist füüsikast tuntud suurust - nurkkiirust ω, mida väljendatakse radiaanides sekundis (rad/s). Nurkkiiruse ω ja pöörlemissageduse n vahel on järgmine seos:
võttes arvesse, milline valem on järgmisel kujul:
Mootori pöördemomendi M sõltuvust selle rootori n pöörlemiskiirusest nimetatakse elektrimootori mehaaniliseks karakteristikuks. Pange tähele, et asünkroonse masina töötamisel edastatakse staatorist rootorile läbi õhupilu elektromagnetvälja abil niinimetatud elektromagnetiline võimsus:
Osa sellest võimsusest edastatakse rootori võllile mehaanilise jõu kujul vastavalt avaldisele (2) ja ülejäänu vabaneb rootoriahela kõigi kolme faasi aktiivtakistuste kadude kujul.
Need kaod, mida nimetatakse elektrilisteks, on võrdsed:
Seega määratakse elektrikaod mähiseid läbiva voolu ruudu järgi.
Need on suuresti määratud asünkroonmootori koormuse järgi. Kõik muud tüüpi kaod, välja arvatud elektrilised, muutuvad koormusega vähem oluliselt.
Seetõttu mõelgem, kuidas muutuvad asünkroonmootori elektrikaod pöörlemiskiiruse reguleerimisel.
Elektrikaod otse elektrimootori rootorimähises eralduvad soojuse kujul masina sees ja määravad seetõttu selle kuumenemise. Ilmselgelt, mida suuremad on elektrikaod rootori ahelas, seda madalam on mootori kasutegur, seda vähem ökonoomne on selle töö.
Arvestades, et staatori kaod on ligikaudu võrdelised rootori kadudega, on soov rootori elektrikadusid vähendada veelgi arusaadavam. Säästlik on selline mootori pöörlemissageduse reguleerimise meetod, mille puhul elektrikaod rootoris on suhteliselt väikesed.
Avaldiste analüüsist järeldub, et kõige ökonoomsem viis mootoreid juhtida on sünkroonsele lähedasel rootori kiirusel.
Muutuva sagedusega ajamid
Installatsioonid, nagu muutuva sagedusega ajamid (VFD), mida nimetatakse ka sagedusmuunduriteks (FC)). Need sätted võimaldavad teil muuta elektrimootorile antava kolmefaasilise pinge sagedust ja amplituudi, tänu millele saavutatakse juhtimismehhanismide töörežiimide paindlik muutus.
Kõrgepinge muutuva sagedusega ajam
VFD disain
Siin on olemasolevate sagedusmuundurite lühikirjeldus.
Struktuuriliselt koosneb muundur funktsionaalselt seotud plokkidest: sisendtrafo plokk (trafokapp); mitmetasandiline inverter (inverterikapp) ning juhtimis- ja kaitsesüsteem infosisend- ja kuvaseadmega (juhtimis- ja kaitsekapp).
Sisendtrafo kapp edastab energia kolmefaasilisest toiteallikast mitme mähisega sisendtrafosse, mis jaotab vähendatud pinge mitmetasandilisele inverterile.
Mitmetasandiline inverter koosneb ühtsetest rakkudest - muunduritest. Lahtrite arvu määrab konkreetne disain ja tootja. Iga rakk on varustatud alaldi ja silla pingeinverteriga alalisvoolufiltriga, kasutades kaasaegseid IGBT transistore (isoleeritud paisu bipolaarne transistor). Sisend vahelduvvool algselt alaldatakse ja seejärel muudetakse pooljuhtinverteri abil reguleeritava sageduse ja pingega vahelduvvooluks.
Saadud juhitava vahelduvpinge allikad on ühendatud järjestikku lülideks, moodustades pingefaasi. Asünkroonmootori kolmefaasilise väljundvõimsussüsteemi ehitamine toimub lülide ühendamise teel vastavalt ahelale "STAR".
Kaitse juhtimissüsteem asub juht- ja kaitsekapis ning seda esindab multifunktsionaalne mikroprotsessorplokk, millel on muunduri enda toiteallikast toitesüsteem, info sisend/väljundseade ja muunduri elektriliste töörežiimide primaarsensorid.
Säästmispotentsiaal: koos arvestamine
Mitsubishi Electricu andmete põhjal hindame sagedusmuundurite kasutuselevõtul energiasäästu potentsiaali.
Esiteks vaatame, kuidas võimsus muutub erinevate mootori juhtimisrežiimide korral:
Nüüd toome arvutuse näite.
Elektrimootori efektiivsus: 96,5%;
Muutuva sagedusega ajami efektiivsus: 97%;
Ventilaatori võlli võimsus nimimahul: 1100 kW;
Ventilaatori omadused: H = 1,4 p.u. juures Q = 0;
Täistööaeg aastas: 8000 h.
Ventilaatori töörežiimid vastavalt ajakavale:
Graafikult saame järgmised andmed:
100% õhukulu – 20% tööajast aastas;
70% õhukulu – 50% tööajast aastas;
50% õhukulu – 30% tööaega aastas.
Kokkuhoid nimikoormusel töötamise ja mootori pöörlemiskiiruse juhtimise võimalusega töötamise vahel (töötamine koos VFD-ga) on võrdne:
7 446 400 kWh/aastas – 3 846 400 kWh/aastas = 3 600 000 kWh/aastas
Võtame arvesse elektritariifi, mis on võrdne 1 kWh / 5,5 rubla. Väärib märkimist, et maksumus võetakse vastavalt esimesele hinnakategooriale ja ühe Primorsky territooriumi tööstusettevõtte 2019. aasta keskmisele väärtusele.
Vaatame säästu rahas:
3 600 000 kWh aastas * 5,5 rubla / kWh = 19 800 000 rubla aastas
Selliste projektide elluviimise praktika võimaldab, võttes arvesse ekspluatatsiooni- ja remondikulusid ning sagedusmuundurite endi maksumust, saavutada tasuvusaeg 3 aastat.
Nagu arvud näitavad, pole VFD-de kasutuselevõtu majanduslikus otstarbekuses kahtlust. Kuid nende rakendamise mõju ei piirdu ainult majandusega. VFD-d käivitavad mootori sujuvalt, vähendades oluliselt selle kulumist, kuid sellest räägin järgmisel korral.
Allikas: www.habr.com