Di industri, lebih dari 60% listrik dikonsumsi oleh penggerak listrik asinkron - dalam pemompaan, kompresor, ventilasi, dan instalasi lainnya. Ini adalah jenis mesin yang paling sederhana, termurah dan paling dapat diandalkan.
Proses teknologi berbagai produksi industri memerlukan perubahan fleksibel dalam kecepatan putaran setiap aktuator. Berkat pesatnya perkembangan teknologi elektronik dan komputer, serta keinginan untuk mengurangi rugi-rugi listrik, bermunculanlah perangkat-perangkat yang mampu mengendalikan berbagai jenis motor listrik secara ekonomis. Pada artikel ini kita akan membahas tentang cara memastikan kontrol penggerak listrik yang paling efisien. Bekerja di sebuah perusahaan (kelompok perusahaan ), Saya melihat pelanggan kami semakin memperhatikan efisiensi energi
Sebagian besar energi listrik yang dikonsumsi oleh pabrik manufaktur dan proses digunakan untuk melakukan beberapa jenis pekerjaan mekanis. Untuk menggerakkan bagian-bagian kerja dari berbagai mekanisme produksi dan teknologi, sebagian besar digunakan motor listrik asinkron dengan rotor sangkar tupai (di masa depan kita akan membicarakan jenis motor listrik ini). Motor listrik itu sendiri, sistem kendalinya dan perangkat mekanis yang meneruskan gerak dari poros motor ke mekanisme produksi membentuk suatu sistem penggerak listrik.
Adanya kehilangan listrik minimal pada belitan karena pengaturan kecepatan putaran motor, kemungkinan start yang mulus karena peningkatan frekuensi dan tegangan yang seragam - ini adalah postulat utama pengendalian motor listrik yang efektif.
Memang, sebelumnya ada dan masih ada metode pengendalian mesin seperti:
- kontrol frekuensi reostatik dengan memasukkan resistansi aktif tambahan ke dalam sirkuit belitan motor, yang dihubung pendek secara berurutan oleh kontaktor;
- perubahan tegangan pada terminal stator, sedangkan frekuensi tegangan tersebut konstan dan sama dengan frekuensi jaringan AC industri;
- pengaturan langkah dengan mengubah jumlah pasangan kutub belitan stator.
Namun metode ini dan metode pengaturan frekuensi lainnya memiliki kelemahan utama - hilangnya energi listrik secara signifikan, dan pengaturan langkah, menurut definisi, bukanlah metode yang cukup fleksibel.
Apakah kerugian tidak bisa dihindari?
Mari kita membahas lebih detail tentang rugi-rugi listrik yang terjadi pada motor listrik asinkron.
Pengoperasian penggerak listrik dicirikan oleh sejumlah besaran listrik dan mekanik.
Besaran listrik meliputi:
- voltase utama,
- arus motor,
- fluks magnet,
- gaya gerak listrik (EMF).
Besaran mekanik utama adalah:
- kecepatan putaran n (rpm),
- torsi putar M (Nβ’m) mesin,
- tenaga mekanik motor listrik P (W), ditentukan oleh hasil kali torsi dan kecepatan putaran: P=(Mβ’n)/(9,55).
Untuk menunjukkan kecepatan gerak rotasi, bersama dengan frekuensi rotasi n, digunakan besaran lain yang diketahui dari fisika - kecepatan sudut Ο, yang dinyatakan dalam radian per detik (rad/s). Ada hubungan berikut antara kecepatan sudut Ο dan frekuensi rotasi n:
dengan mempertimbangkan rumus yang berbentuk:
Ketergantungan torsi mesin M pada kecepatan putaran rotornya n disebut sifat mekanik motor listrik. Perhatikan bahwa ketika mesin asinkron beroperasi, apa yang disebut daya elektromagnetik ditransmisikan dari stator ke rotor melalui celah udara menggunakan medan elektromagnetik:
Sebagian daya ini disalurkan ke poros rotor dalam bentuk tenaga mekanis menurut persamaan (2), dan sisanya dilepaskan dalam bentuk rugi-rugi resistansi aktif ketiga fasa rangkaian rotor.
Rugi-rugi ini, yang disebut rugi-rugi listrik, sama dengan:
Jadi, rugi-rugi listrik ditentukan oleh kuadrat arus yang melewati belitan.
Mereka sangat ditentukan oleh beban motor asinkron. Semua jenis rugi-rugi lainnya, kecuali rugi-rugi listrik, berubah kurang signifikan seiring dengan beban.
Oleh karena itu, mari kita perhatikan bagaimana rugi-rugi listrik motor asinkron berubah ketika kecepatan putaran dikontrol.
Rugi-rugi listrik yang langsung pada belitan rotor motor listrik dilepaskan dalam bentuk panas di dalam mesin dan oleh karena itu menentukan pemanasannya. Jelasnya, semakin besar rugi-rugi listrik pada rangkaian rotor, semakin rendah efisiensi mesin, dan semakin kurang ekonomis pengoperasiannya.
Mengingat rugi-rugi stator kira-kira sebanding dengan rugi-rugi rotor, maka keinginan untuk mengurangi rugi-rugi listrik pada rotor semakin dapat dimengerti. Cara pengaturan putaran mesin tersebut ekonomis, dimana rugi-rugi listrik pada rotor relatif kecil.
Dari analisis ekspresi tersebut dapat disimpulkan bahwa cara paling ekonomis untuk mengendalikan motor adalah pada kecepatan rotor mendekati sinkron.
Penggerak Frekuensi Variabel
Instalasi seperti penggerak frekuensi variabel (VFD), juga disebut konverter frekuensi (FC) ). Pengaturan ini memungkinkan Anda untuk mengubah frekuensi dan amplitudo tegangan tiga fase yang disuplai ke motor listrik, sehingga tercapai perubahan fleksibel dalam mode operasi mekanisme kontrol.
Penggerak Frekuensi Variabel Tegangan Tinggi
desain PKS
Berikut penjelasan singkat mengenai konverter frekuensi yang ada.
Secara struktural, konverter terdiri dari blok-blok yang terkait secara fungsional: blok trafo masukan (lemari trafo); inverter bertingkat (kabinet inverter) dan sistem kendali dan proteksi dengan unit input dan tampilan informasi (kabinet kendali dan proteksi).
Kabinet trafo masukan mentransfer energi dari catu daya tiga fase ke trafo masukan multi-belitan, yang mendistribusikan tegangan yang dikurangi ke inverter multi-level.
Inverter bertingkat terdiri dari sel-sel terpadu - konverter. Jumlah sel ditentukan oleh desain dan pabrikan tertentu. Setiap sel dilengkapi dengan penyearah dan filter tautan DC dengan inverter tegangan jembatan menggunakan transistor IGBT modern (transistor bipolar gerbang terisolasi). Arus AC masukan awalnya disearahkan dan kemudian diubah menjadi arus bolak-balik dengan frekuensi dan tegangan yang dapat disesuaikan menggunakan inverter solid-state.
Sumber tegangan bolak-balik terkontrol yang dihasilkan dihubungkan secara seri ke dalam tautan, membentuk fase tegangan. Pembangunan sistem tenaga keluaran tiga fasa untuk motor asinkron dilakukan dengan menghubungkan link sesuai dengan rangkaian βSTARβ.
Sistem kendali proteksi terletak di kabinet kendali dan proteksi dan diwakili oleh unit mikroprosesor multifungsi dengan sistem catu daya dari sumber daya konverter itu sendiri, perangkat input/output informasi dan sensor utama mode operasi kelistrikan konverter.
Potensi penghematan: menghitung bersama
Berdasarkan data yang disediakan oleh Mitsubishi Electric, kami akan mengevaluasi potensi penghematan energi ketika memperkenalkan konverter frekuensi.
Pertama, mari kita lihat bagaimana tenaga berubah dalam mode kontrol mesin yang berbeda:
Sekarang mari kita beri contoh perhitungannya.
Efisiensi motor listrik: 96,5%;
Efisiensi penggerak frekuensi variabel: 97%;
Daya poros kipas pada volume nominal: 1100 kW;
Karakteristik kipas: H=1,4 pu. di P=0;
Waktu kerja penuh per tahun: 8000 h.
Mode pengoperasian kipas sesuai jadwal:
Dari grafik tersebut kita peroleh data sebagai berikut:
100% konsumsi udara β 20% waktu pengoperasian per tahun;
70% konsumsi udara β 50% waktu pengoperasian per tahun;
50% konsumsi udara β 30% waktu pengoperasian per tahun.
Penghematan antara pengoperasian pada beban pengenal dan pengoperasian dengan kemampuan mengendalikan kecepatan motor (operasi bersama dengan VFD) adalah sama dengan:
7 kWh/tahun - 446 kWh/tahun = 400 kWh/tahun
Mari kita perhitungkan tarif listrik sebesar 1 kWh / 5,5 rubel. Perlu dicatat bahwa biaya diambil sesuai dengan kategori harga pertama dan nilai rata-rata untuk salah satu perusahaan industri di Wilayah Primorsky untuk tahun 2019.
Mari kita berhemat dalam bentuk uang:
3 kWh/tahun*600 gosok/kWh= 000 gosok/tahun
Praktek pelaksanaan proyek-proyek tersebut memungkinkan, dengan mempertimbangkan biaya operasi dan perbaikan, serta biaya konverter frekuensi itu sendiri, untuk mencapai periode pengembalian 3 tahun.
Seperti yang ditunjukkan oleh angka-angka tersebut, tidak ada keraguan mengenai kelayakan ekonomi dari penerapan VFD. Namun dampak penerapannya tidak hanya terbatas pada perekonomian saja. VFD menghidupkan mesin dengan lancar, sehingga mengurangi keausannya secara signifikan, tetapi saya akan membicarakannya lain kali.
Sumber: www.habr.com