Շարժիչները կառավարելու ամենախնայող միջոցը հաճախականության փոխարկիչն է

Արդյունաբերության մեջ էլեկտրաէներգիայի ավելի քան 60%-ը սպառվում է ասինխրոն էլեկտրական շարժիչներով՝ պոմպային, կոմպրեսորային, օդափոխության և այլ կայանքներում: Սա շարժիչի ամենապարզ, և հետևաբար ամենաէժան և հուսալի տեսակն է:

Արդյունաբերական տարբեր արտադրությունների տեխնոլոգիական գործընթացը պահանջում է ճկուն փոփոխություններ ցանկացած մղիչի պտտման արագության մեջ: Էլեկտրոնային և համակարգչային տեխնոլոգիաների արագ զարգացման, ինչպես նաև էլեկտրաէներգիայի կորուստները նվազեցնելու ցանկության շնորհիվ ի հայտ են եկել տարբեր տեսակի էլեկտրական շարժիչների տնտեսապես կառավարելու սարքեր։ Այս հոդվածում մենք կխոսենք այն մասին, թե ինչպես ապահովել էլեկտրական շարժիչի ամենաարդյունավետ կառավարումը: Աշխատում է ընկերությունում «Առաջին ինժեներ» (ընկերության խումբ ԼԱՆԻՏԵս տեսնում եմ, որ մեր հաճախորդներն ավելի ու ավելի մեծ ուշադրություն են դարձնում էներգաարդյունավետությանը

Արտադրական և վերամշակող գործարանների կողմից սպառվող էլեկտրական էներգիայի մեծ մասն օգտագործվում է ինչ-որ մեխանիկական աշխատանք կատարելու համար: Տարբեր արտադրական և տեխնոլոգիական մեխանիզմների աշխատանքային մասերը վարելու համար հիմնականում օգտագործվում են ասինխրոն էլեկտրական շարժիչներ սկյուռային վանդակի ռոտորով (ապագայում մենք կխոսենք այս տեսակի էլեկտրական շարժիչի մասին): Էլեկտրական շարժիչն ինքնին, դրա կառավարման համակարգը և մեխանիկական սարքը, որը շարժում է փոխանցում շարժիչի լիսեռից դեպի արտադրական մեխանիզմ, կազմում են էլեկտրական շարժիչ համակարգ:

Շարժիչի պտտման արագության կարգավորման պատճառով ոլորուններում էլեկտրաէներգիայի նվազագույն կորուստների առկայությունը, հաճախականության և լարման միատեսակ բարձրացման պատճառով սահուն մեկնարկի հնարավորությունը, սրանք էլեկտրական շարժիչների արդյունավետ կառավարման հիմնական պոստուլատներն են:

Ի վերջո, նախկինում եղել և կան շարժիչի կառավարման այնպիսի մեթոդներ, ինչպիսիք են.

• ռեոստատիկ հաճախականության հսկողություն՝ լրացուցիչ ակտիվ դիմադրություններ մտցնելով շարժիչի ոլորուն սխեմաներում, որոնք հաջորդաբար կարճ միացված են կոնտակտորներով.
• լարման փոփոխություն ստատորի տերմինալներում, մինչդեռ նման լարման հաճախականությունը հաստատուն է և հավասար է արդյունաբերական AC ցանցի հաճախականությանը.
• քայլի կարգավորում՝ փոխելով ստատորի ոլորման բևեռների զույգերի քանակը:

Բայց հաճախականության կարգավորման այս և այլ մեթոդները իրենց հետ կրում են հիմնական թերությունը՝ էլեկտրական էներգիայի զգալի կորուստներ, և քայլ կարգավորումը, ըստ սահմանման, բավականաչափ ճկուն մեթոդ չէ:

Կորուստներն անխուսափելի՞ են։

Եկեք ավելի մանրամասն խոսենք ասինխրոն էլեկտրական շարժիչում առաջացող էլեկտրական կորուստների մասին:

Էլեկտրական շարժիչի աշխատանքը բնութագրվում է մի շարք էլեկտրական և մեխանիկական մեծություններով:

Էլեկտրական քանակները ներառում են.

• ցանցի լարումը,
• շարժիչի հոսանք,
• մագնիսական հոսք,
• էլեկտրաշարժիչ ուժ (EMF):

Հիմնական մեխանիկական մեծություններն են.

• ռոտացիայի արագություն n (rpm),
• շարժիչի պտտվող մոմենտ M (N•m),
• Էլեկտրաշարժիչի P (W) մեխանիկական հզորությունը, որը որոշվում է պտտման և պտտման արագության արտադրյալով՝ P=(M•n)/(9,55):

Պտտման շարժման արագությունը նշելու համար n պտտման հաճախականության հետ մեկտեղ օգտագործվում է ֆիզիկայից հայտնի մեկ այլ մեծություն՝ ω անկյունային արագությունը, որն արտահայտվում է ռադիաններով վայրկյանում (ռադ/վ): ω անկյունային արագության և n պտտման հաճախականության միջև կա հետևյալ կապը.

հաշվի առնելով, թե որ բանաձևը ստանում է ձև.

Շարժիչի ոլորող մոմենտ M-ի կախվածությունը նրա n ռոտորի պտտման արագությունից կոչվում է էլեկտրական շարժիչի մեխանիկական բնութագիր։ Նկատի ունեցեք, որ երբ ասինխրոն մեքենան աշխատում է, այսպես կոչված էլեկտրամագնիսական հզորությունը փոխանցվում է ստատորից դեպի ռոտոր օդային բացվածքի միջոցով՝ օգտագործելով էլեկտրամագնիսական դաշտ.

Այս հզորության մի մասը փոխանցվում է ռոտորային լիսեռին մեխանիկական հզորության տեսքով՝ ըստ արտահայտության (2), իսկ մնացածն ազատվում է ռոտորային միացման բոլոր երեք փուլերի ակտիվ դիմադրություններում կորուստների տեսքով։

Այս կորուստները, որոնք կոչվում են էլեկտրական, հավասար են.

Այսպիսով, էլեկտրական կորուստները որոշվում են ոլորունների միջով անցնող հոսանքի քառակուսիով:

Նրանք մեծապես որոշվում են ասինխրոն շարժիչի բեռով: Մնացած բոլոր տեսակի կորուստները, բացառությամբ էլեկտրականի, ավելի քիչ են փոխվում ծանրաբեռնվածության հետ:

Հետևաբար, եկեք դիտարկենք, թե ինչպես են փոխվում ասինխրոն շարժիչի էլեկտրական կորուստները, երբ վերահսկվում է ռոտացիայի արագությունը:

Էլեկտրական կորուստները անմիջապես էլեկտրական շարժիչի ռոտորի ոլորման մեջ թողարկվում են մեքենայի ներսում ջերմության տեսքով և, հետևաբար, որոշում են դրա ջեռուցումը: Ակնհայտ է, որ որքան մեծ են էլեկտրական կորուստները ռոտորային միացումում, այնքան ցածր է շարժիչի արդյունավետությունը, այնքան քիչ է նրա շահագործումը:

Հաշվի առնելով, որ ստատորի կորուստները մոտավորապես համեմատական ​​են ռոտորի կորուստներին, ռոտորում էլեկտրական կորուստները նվազեցնելու ցանկությունն ավելի հասկանալի է: Շարժիչի արագությունը կարգավորելու այդ մեթոդը տնտեսական է, որի դեպքում ռոտորում էլեկտրական կորուստները համեմատաբար փոքր են։

Արտահայտությունների վերլուծությունից հետևում է, որ շարժիչները կառավարելու առավել խնայող միջոցը ռոտորի արագությամբ մոտ է սինխրոնին:

Փոփոխական հաճախականության կրիչներ

Տեղադրումներ, ինչպիսիք են փոփոխական հաճախականության կրիչներ (VFD), որոնք նաև կոչվում են հաճախականության փոխարկիչներ (FC): Այս պարամետրերը թույլ են տալիս փոխել էլեկտրական շարժիչին մատակարարվող եռաֆազ լարման հաճախականությունը և ամպլիտուդը, ինչի շնորհիվ ձեռք է բերվում կառավարման մեխանիզմների գործառնական ռեժիմների ճկուն փոփոխություն:

Բարձր լարման փոփոխական հաճախականության շարժիչ

VFD դիզայն

Ահա առկա հաճախականության փոխարկիչների համառոտ նկարագրությունը:

Կառուցվածքային առումով փոխարկիչը բաղկացած է ֆունկցիոնալորեն կապված բլոկներից. մուտքային տրանսֆորմատորային բլոկ (տրանսֆորմատորային պահարան); բազմաստիճան ինվերտոր (ինվերտորային պահարան) և տեղեկատվության մուտքագրման և ցուցադրման միավորով կառավարման և պաշտպանության համակարգ (կառավարման և պաշտպանության պահարան):

Մուտքային տրանսֆորմատորի կաբինետը էներգիան փոխանցում է եռաֆազ սնուցման աղբյուրից դեպի մի քանի ոլորուն մուտքային տրանսֆորմատոր, որը նվազեցված լարումը բաշխում է բազմաստիճան ինվերտորին:

Բազմաստիճան ինվերտորը բաղկացած է միասնական բջիջներից՝ փոխարկիչներից։ Բջիջների քանակը որոշվում է կոնկրետ դիզայնի և արտադրողի կողմից: Յուրաքանչյուր բջիջ հագեցած է ուղղիչով և DC կապի ֆիլտրով կամրջի լարման ինվերտորով, օգտագործելով ժամանակակից IGBT տրանզիստորներ (մեկուսացված դարպասի երկբևեռ տրանզիստոր): Մուտքային AC հոսանքը սկզբում ուղղվում է, այնուհետև փոխակերպվում է փոփոխական հոսանքի՝ կարգավորելի հաճախականությամբ և լարմամբ՝ օգտագործելով պինդ վիճակի ինվերտորը:

Վերահսկվող փոփոխական լարման արդյունքում առաջացող աղբյուրները միացված են մի շարք օղակների՝ կազմելով լարման փուլ։ Ասինխրոն շարժիչի համար եռաֆազ ելքային էներգահամակարգի կառուցումն իրականացվում է «STAR» սխեմայի համաձայն միացնող կապերով:

Պաշտպանության կառավարման համակարգը գտնվում է կառավարման և պաշտպանության կաբինետում և ներկայացված է բազմաֆունկցիոնալ միկրոպրոցեսորային միավորով՝ փոխարկիչի սեփական էներգիայի աղբյուրից էլեկտրամատակարարման համակարգով, տեղեկատվության մուտքային/ելքային սարքով և փոխարկիչի էլեկտրական աշխատանքային ռեժիմների առաջնային սենսորներով:

Պոտենցիալ խնայողություն. միասին հաշվում

Mitsubishi Electric-ի տրամադրած տվյալների հիման վրա մենք կգնահատենք էներգախնայողության ներուժը հաճախականության փոխարկիչների ներդրման ժամանակ:

Նախ, եկեք տեսնենք, թե ինչպես է ուժը փոխվում շարժիչի կառավարման տարբեր ռեժիմներում.

Հիմա բերենք հաշվարկի օրինակ։

Էլեկտրական շարժիչի արդյունավետություն. 96,5%;
Փոփոխական հաճախականության շարժիչի արդյունավետություն. 97%;
Օդափոխիչի լիսեռի հզորությունը անվանական ծավալով. 1100 կՎտ;
Օդափոխիչի բնութագրերը. H=1,4 p.u. ի Q=0;
Ամբողջ աշխատանքային ժամանակը տարեկան. 8000 ժամ.
 
Օդափոխիչի աշխատանքի ռեժիմները ըստ ժամանակացույցի.

Գրաֆիկից ստանում ենք հետևյալ տվյալները.

100% օդի սպառում – տարեկան գործառնական ժամանակի 20%;
70% օդի սպառում – տարեկան գործառնական ժամանակի 50%;
50% օդի սպառում – տարեկան 30% գործառնական ժամանակ:

 
Գնահատված ծանրաբեռնվածության դեպքում շահագործման և շարժիչի արագությունը կառավարելու ունակությամբ շահագործման միջև խնայողությունները (շահագործումը VFD-ի հետ միասին) հավասար են.

7 կՎտժ/տարի - 446 կՎտժ/տարի= 400 կՎտժ/տարի

Հաշվի առնենք էլեկտրաէներգիայի սակագինը, որը հավասար է 1 կՎտժ / 5,5 ռուբլի: Հարկ է նշել, որ արժեքը վերցված է ըստ առաջին գների կատեգորիայի և Պրիմորսկի երկրամասի արդյունաբերական ձեռնարկություններից մեկի 2019 թվականի միջին արժեքի:

Եկեք ստանանք խնայողությունները դրամական արտահայտությամբ.

3 կՎտժ/տարի*600 ռուբ/կՎտժ= 000 ռուբ/տարի

Նման նախագծերի իրականացման պրակտիկան թույլ է տալիս, հաշվի առնելով շահագործման և վերանորոգման ծախսերը, ինչպես նաև հաճախականության փոխարկիչների ինքնարժեքը, հասնել 3 տարվա մարման ժամկետի:

Ինչպես ցույց են տալիս թվերը, VFD-ների ներդրման տնտեսական նպատակահարմարության մեջ կասկած չկա: Սակայն դրանց իրականացման էֆեկտը չի սահմանափակվում միայն տնտեսությամբ։ VFD-ները սահուն գործարկում են շարժիչը՝ զգալիորեն նվազեցնելով դրա մաշվածությունը, բայց ես այս մասին կխոսեմ հաջորդ անգամ:

Source: www.habr.com