મોટર્સને નિયંત્રિત કરવાની સૌથી આર્થિક રીત એ ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર છે

ઉદ્યોગમાં, 60% થી વધુ વીજળીનો વપરાશ અસુમેળ ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવ્સ દ્વારા થાય છે - પમ્પિંગ, કોમ્પ્રેસર, વેન્ટિલેશન અને અન્ય ઇન્સ્ટોલેશનમાં. આ સૌથી સરળ, અને તેથી સૌથી સસ્તું અને સૌથી વિશ્વસનીય પ્રકારનું એન્જિન છે.

વિવિધ ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનની તકનીકી પ્રક્રિયાને કોઈપણ એક્ટ્યુએટરની પરિભ્રમણ ગતિમાં લવચીક ફેરફારોની જરૂર છે. ઇલેક્ટ્રોનિક અને કોમ્પ્યુટર ટેક્નોલોજીના ઝડપી વિકાસ માટે આભાર, તેમજ વીજળીના નુકસાનને ઘટાડવાની ઇચ્છા, વિવિધ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સના આર્થિક નિયંત્રણ માટે ઉપકરણો દેખાયા છે. આ લેખમાં આપણે ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવના સૌથી કાર્યક્ષમ નિયંત્રણને કેવી રીતે સુનિશ્ચિત કરવું તે વિશે વાત કરીશું. કંપનીમાં કામ કરે છે "પ્રથમ ઇજનેર" (કંપની જૂથ લેનિટ), હું જોઉં છું કે અમારા ગ્રાહકો ઊર્જા કાર્યક્ષમતા પર વધુને વધુ ધ્યાન આપી રહ્યા છે

મેન્યુફેક્ચરિંગ અને પ્રોસેસ પ્લાન્ટ્સ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી મોટાભાગની વિદ્યુત ઊર્જાનો ઉપયોગ અમુક પ્રકારના યાંત્રિક કાર્ય કરવા માટે થાય છે. વિવિધ ઉત્પાદન અને તકનીકી પદ્ધતિઓના કાર્યકારી ભાગોને ચલાવવા માટે, ખિસકોલી-કેજ રોટર સાથે અસુમેળ ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સનો મુખ્યત્વે ઉપયોગ થાય છે (ભવિષ્યમાં આપણે આ પ્રકારની ઇલેક્ટ્રિક મોટર વિશે વાત કરીશું). ઇલેક્ટ્રિક મોટર પોતે, તેની કંટ્રોલ સિસ્ટમ અને મિકેનિકલ ડિવાઇસ જે મોટર શાફ્ટથી પ્રોડક્શન મિકેનિઝમ સુધી ગતિ પ્રસારિત કરે છે તે ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવ સિસ્ટમ બનાવે છે.

મોટરના પરિભ્રમણ ગતિના નિયમનને કારણે વિન્ડિંગ્સમાં ન્યૂનતમ વીજળીના નુકસાનની હાજરી, આવર્તન અને વોલ્ટેજમાં સમાન વધારાને કારણે સરળ શરૂઆતની શક્યતા - આ ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સના અસરકારક નિયંત્રણના મુખ્ય સિદ્ધાંતો છે.

છેવટે, અગાઉ એન્જિન નિયંત્રણની આવી પદ્ધતિઓ હતી અને હજી પણ અસ્તિત્વમાં છે:

• મોટર વિન્ડિંગ સર્કિટ્સમાં વધારાના સક્રિય પ્રતિકાર રજૂ કરીને રિઓસ્ટેટિક આવર્તન નિયંત્રણ, ક્રમશઃ કોન્ટેક્ટર્સ દ્વારા શોર્ટ-સર્કિટ;
• સ્ટેટર ટર્મિનલ્સ પર વોલ્ટેજમાં ફેરફાર, જ્યારે આવા વોલ્ટેજની આવર્તન સતત અને ઔદ્યોગિક એસી નેટવર્કની આવર્તન જેટલી હોય છે;
• સ્ટેટર વિન્ડિંગના ધ્રુવ જોડીની સંખ્યા બદલીને પગલું નિયમન.

પરંતુ આવર્તન નિયમનની આ અને અન્ય પદ્ધતિઓ તેમની સાથે મુખ્ય ખામી ધરાવે છે - વિદ્યુત ઉર્જાના નોંધપાત્ર નુકસાન, અને સ્ટેપ રેગ્યુલેશન, વ્યાખ્યા મુજબ, પૂરતી લવચીક પદ્ધતિ નથી.

શું નુકસાન અનિવાર્ય છે?

ચાલો આપણે અસુમેળ ઇલેક્ટ્રિક મોટરમાં થતા વિદ્યુત નુકસાન પર વધુ વિગતવાર ધ્યાન આપીએ.

ઇલેક્ટ્રિક ડ્રાઇવનું સંચાલન સંખ્યાબંધ વિદ્યુત અને યાંત્રિક જથ્થા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

વિદ્યુત જથ્થામાં શામેલ છે:

• મુખ્ય વોલ્ટેજ,
• મોટર વર્તમાન,
• ચુંબકીય પ્રવાહ,
• ઇલેક્ટ્રોમોટિવ ફોર્સ (EMF).

મુખ્ય યાંત્રિક જથ્થાઓ છે:

• પરિભ્રમણ ગતિ n (rpm),
• એન્જિનનું ફરતું ટોર્ક M (N•m),
• ઇલેક્ટ્રિક મોટર P (W) ની યાંત્રિક શક્તિ, ટોર્ક અને રોટેશનલ સ્પીડના ઉત્પાદન દ્વારા નિર્ધારિત: P=(M•n)/(9,55).

પરિભ્રમણ ગતિની ગતિ દર્શાવવા માટે, પરિભ્રમણ આવર્તન n સાથે, ભૌતિકશાસ્ત્રમાંથી જાણીતી અન્ય એક માત્રાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે - કોણીય વેગ ω, જે રેડિયન પ્રતિ સેકન્ડ (રેડ/સે) માં વ્યક્ત થાય છે. કોણીય વેગ ω અને પરિભ્રમણ આવર્તન n વચ્ચે નીચેનો સંબંધ છે:

જે સૂત્ર ફોર્મ લે છે તે ધ્યાનમાં લેતા:

તેના રોટર n ની રોટેશનલ સ્પીડ પર એન્જિન ટોર્ક M ની અવલંબનને ઇલેક્ટ્રિક મોટરની યાંત્રિક લાક્ષણિકતા કહેવામાં આવે છે. નોંધ કરો કે જ્યારે અસુમેળ મશીન ચાલે છે, ત્યારે કહેવાતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પાવર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડનો ઉપયોગ કરીને એર ગેપ દ્વારા સ્ટેટરથી રોટર સુધી પ્રસારિત થાય છે:

આ શક્તિનો ભાગ અભિવ્યક્તિ (2) અનુસાર યાંત્રિક શક્તિના રૂપમાં રોટર શાફ્ટમાં પ્રસારિત થાય છે, અને બાકીનો ભાગ રોટર સર્કિટના ત્રણેય તબક્કાઓના સક્રિય પ્રતિકારમાં નુકસાનના સ્વરૂપમાં પ્રકાશિત થાય છે.

આ નુકસાન, જેને ઇલેક્ટ્રિકલ કહેવાય છે, તે સમાન છે:

આમ, વિન્ડિંગ્સમાંથી પસાર થતા વર્તમાનના ચોરસ દ્વારા વિદ્યુત નુકસાન નક્કી કરવામાં આવે છે.

તેઓ મોટાભાગે અસુમેળ મોટરના ભાર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રિકલ સિવાયના અન્ય તમામ પ્રકારના નુકસાન લોડ સાથે ઓછા નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે.

તેથી, ચાલો ધ્યાનમાં લઈએ કે જ્યારે પરિભ્રમણ ગતિ નિયંત્રિત થાય છે ત્યારે અસુમેળ મોટરના વિદ્યુત નુકસાન કેવી રીતે બદલાય છે.

ઇલેક્ટ્રિક મોટરના રોટર વિન્ડિંગમાં સીધા જ વિદ્યુત નુકસાન મશીનની અંદર ગરમીના સ્વરૂપમાં પ્રકાશિત થાય છે અને તેથી તેની ગરમી નક્કી કરે છે. દેખીતી રીતે, રોટર સર્કિટમાં વધુ વિદ્યુત નુકસાન, એન્જિનની કાર્યક્ષમતા ઓછી, તેનું સંચાલન ઓછું આર્થિક.

સ્ટેટરના નુકસાન એ રોટરના નુકસાનના આશરે પ્રમાણસર છે તે ધ્યાનમાં લેતા, રોટરમાં વિદ્યુત નુકસાન ઘટાડવાની ઇચ્છા વધુ સમજી શકાય તેવું છે. એન્જિનની ગતિને નિયંત્રિત કરવાની તે પદ્ધતિ આર્થિક છે, જેમાં રોટરમાં વિદ્યુત નુકસાન પ્રમાણમાં ઓછું હોય છે.

અભિવ્યક્તિઓના વિશ્લેષણથી તે અનુસરે છે કે મોટર્સને નિયંત્રિત કરવાની સૌથી વધુ આર્થિક રીત સિંક્રનસની નજીકની રોટર ગતિ છે.

વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ્સ

વેરિયેબલ-ફ્રિકવન્સી ડ્રાઇવ્સ (VFD) જેવા ઇન્સ્ટોલેશન, જેને ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર (FCs) પણ કહેવાય છે. આ સેટિંગ્સ તમને ઇલેક્ટ્રિક મોટરને પૂરા પાડવામાં આવતા ત્રણ-તબક્કાના વોલ્ટેજની આવર્તન અને કંપનવિસ્તાર બદલવાની મંજૂરી આપે છે, જેના કારણે નિયંત્રણ પદ્ધતિઓના ઓપરેટિંગ મોડ્સમાં લવચીક ફેરફાર પ્રાપ્ત થાય છે.

હાઇ વોલ્ટેજ વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ

VFD ડિઝાઇન

અહીં હાલના ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરનું સંક્ષિપ્ત વર્ણન છે.

માળખાકીય રીતે, કન્વર્ટરમાં કાર્યાત્મક રીતે સંબંધિત બ્લોક્સનો સમાવેશ થાય છે: ઇનપુટ ટ્રાન્સફોર્મર બ્લોક (ટ્રાન્સફોર્મર કેબિનેટ); મલ્ટી-લેવલ ઇન્વર્ટર (ઇન્વર્ટર કેબિનેટ) અને માહિતી ઇનપુટ અને ડિસ્પ્લે યુનિટ (કંટ્રોલ અને પ્રોટેક્શન કેબિનેટ) સાથે નિયંત્રણ અને સુરક્ષા સિસ્ટમ.

ઇનપુટ ટ્રાન્સફોર્મર કેબિનેટ ત્રણ-તબક્કાના પાવર સપ્લાયમાંથી મલ્ટી-વિન્ડિંગ ઇનપુટ ટ્રાન્સફોર્મરમાં ઊર્જા ટ્રાન્સફર કરે છે, જે ઘટાડેલા વોલ્ટેજને મલ્ટી-લેવલ ઇન્વર્ટરમાં વિતરિત કરે છે.

મલ્ટિલેવલ ઇન્વર્ટરમાં એકીકૃત કોષો - કન્વર્ટરનો સમાવેશ થાય છે. કોષોની સંખ્યા ચોક્કસ ડિઝાઇન અને ઉત્પાદક દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. દરેક સેલ આધુનિક IGBT ટ્રાન્ઝિસ્ટર (ઇન્સ્યુલેટેડ ગેટ બાયપોલર ટ્રાન્ઝિસ્ટર) નો ઉપયોગ કરીને બ્રિજ વોલ્ટેજ ઇન્વર્ટર સાથે રેક્ટિફાયર અને ડીસી લિંક ફિલ્ટરથી સજ્જ છે. ઇનપુટ એસી કરંટ શરૂઆતમાં સુધારેલ છે અને પછી સોલિડ-સ્ટેટ ઇન્વર્ટરનો ઉપયોગ કરીને એડજસ્ટેબલ ફ્રીક્વન્સી અને વોલ્ટેજ સાથે વૈકલ્પિક પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

નિયંત્રિત વૈકલ્પિક વોલ્ટેજના પરિણામી સ્ત્રોતો શ્રેણીમાં લિંક્સમાં જોડાયેલા છે, વોલ્ટેજ તબક્કા બનાવે છે. અસુમેળ મોટર માટે ત્રણ-તબક્કાની આઉટપુટ પાવર સિસ્ટમનું નિર્માણ "STAR" સર્કિટ અનુસાર લિંક્સને કનેક્ટ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે.

પ્રોટેક્શન કંટ્રોલ સિસ્ટમ કંટ્રોલ અને પ્રોટેક્શન કેબિનેટમાં સ્થિત છે અને કન્વર્ટરના પોતાના પાવર સ્ત્રોત, માહિતી ઇનપુટ/આઉટપુટ ડિવાઇસ અને કન્વર્ટરના ઇલેક્ટ્રિકલ ઓપરેટિંગ મોડ્સના પ્રાથમિક સેન્સર સાથે પાવર સપ્લાય સિસ્ટમ સાથે મલ્ટિફંક્શનલ માઇક્રોપ્રોસેસર યુનિટ દ્વારા રજૂ થાય છે.

સંભવિત બચત: એકસાથે ગણતરી

મિત્સુબિશી ઇલેક્ટ્રિક દ્વારા પ્રદાન કરવામાં આવેલ ડેટાના આધારે, અમે ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટર્સ રજૂ કરતી વખતે ઊર્જા બચત સંભવિતતાનું મૂલ્યાંકન કરીશું.

પ્રથમ, ચાલો જોઈએ કે વિવિધ એન્જિન નિયંત્રણ મોડ્સ હેઠળ પાવર કેવી રીતે બદલાય છે:

હવે ગણતરીનું ઉદાહરણ આપીએ.

ઇલેક્ટ્રિક મોટર કાર્યક્ષમતા: 96,5%;
વેરિયેબલ ફ્રીક્વન્સી ડ્રાઇવ કાર્યક્ષમતા: 97%;
નજીવા વોલ્યુમ પર ચાહક શાફ્ટ પાવર: 1100 કેડબલ્યુટી;
ચાહકની લાક્ષણિકતાઓ: H=1,4 p.u. અંતે પ્રશ્ન=0;
દર વર્ષે સંપૂર્ણ કાર્ય સમય: 8000 ચો.
 
શેડ્યૂલ અનુસાર ફેન ઓપરેટિંગ મોડ્સ:

ગ્રાફમાંથી આપણને નીચેનો ડેટા મળે છે:

100% હવાનો વપરાશ - દર વર્ષે ઓપરેટિંગ સમયના 20%;
70% હવાનો વપરાશ - દર વર્ષે ઓપરેટિંગ સમયના 50%;
50% હવાનો વપરાશ - દર વર્ષે 30% ઓપરેટિંગ સમય.

 
રેટેડ લોડ પર ઓપરેશન અને મોટર સ્પીડને નિયંત્રિત કરવાની ક્ષમતા સાથેની કામગીરી (VFD સાથે જોડાણમાં કામગીરી) વચ્ચેની બચત આના સમાન છે:

7 kWh/વર્ષ - 446 kWh/વર્ષ = 400 kWh/વર્ષ

ચાલો 1 kWh / 5,5 રુબેલ્સ જેટલું વીજળી ટેરિફ ધ્યાનમાં લઈએ. તે નોંધવું યોગ્ય છે કે કિંમત પ્રથમ કિંમત શ્રેણી અને 2019 માટે પ્રિમોર્સ્કી પ્રદેશના ઔદ્યોગિક સાહસોમાંથી એક માટે સરેરાશ મૂલ્ય અનુસાર લેવામાં આવે છે.

ચાલો નાણાંકીય દ્રષ્ટિએ બચત મેળવીએ:

3 kWh/વર્ષ*600 ઘસવું/kWh = 000 ઘસવું/વર્ષ

આવા પ્રોજેક્ટ્સના અમલીકરણની પ્રથા, ઓપરેશન અને સમારકામના ખર્ચ, તેમજ ફ્રીક્વન્સી કન્વર્ટરની કિંમતને ધ્યાનમાં લેતા, 3 વર્ષનો વળતર અવધિ પ્રાપ્ત કરવાની મંજૂરી આપે છે.

આંકડાઓ દર્શાવે છે તેમ, VFD રજૂ કરવાની આર્થિક શક્યતા વિશે કોઈ શંકા નથી. જો કે, તેમના અમલીકરણની અસર માત્ર અર્થતંત્ર સુધી મર્યાદિત નથી. VFDs સરળતાથી એન્જિન શરૂ કરે છે, તેના વસ્ત્રોને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે, પરંતુ હું આ વિશે આગલી વખતે વાત કરીશ.

સોર્સ: www.habr.com