ძრავების კონტროლის ყველაზე ეკონომიური გზა არის სიხშირის გადამყვანი

ინდუსტრიაში ელექტროენერგიის 60%-ზე მეტს მოიხმარს ასინქრონული ელექტროძრავები - სატუმბი, კომპრესორი, ვენტილაცია და სხვა დანადგარები. ეს არის უმარტივესი და, შესაბამისად, ყველაზე იაფი და საიმედო ძრავის ტიპი.

სხვადასხვა სამრეწველო წარმოების ტექნოლოგიური პროცესი მოითხოვს მოქნილ ცვლილებებს ნებისმიერი აქტივატორის ბრუნვის სიჩქარეში. ელექტრონული და კომპიუტერული ტექნოლოგიების სწრაფი განვითარების წყალობით, ისევე როგორც ელექტროენერგიის დანაკარგების შემცირების სურვილით, გამოჩნდა მოწყობილობები სხვადასხვა ტიპის ელექტროძრავების ეკონომიური კონტროლისთვის. ამ სტატიაში ვისაუბრებთ იმაზე, თუ როგორ უზრუნველვყოთ ელექტროძრავის ყველაზე ეფექტური კონტროლი. კომპანიაში მუშაობა "პირველი ინჟინერი" (კომპანიის ჯგუფი LANIT), ვხედავ, რომ ჩვენი მომხმარებლები სულ უფრო მეტ ყურადღებას აქცევენ ენერგოეფექტურობას

საწარმოო და გადამამუშავებელი ქარხნების მიერ მოხმარებული ელექტროენერგიის უმეტესი ნაწილი გამოიყენება გარკვეული სახის მექანიკური სამუშაოების შესასრულებლად. სხვადასხვა საწარმოო და ტექნოლოგიური მექანიზმების სამუშაო ნაწილების გადასაადგილებლად, უპირატესად გამოიყენება ასინქრონული ელექტროძრავები ციყვი-გალიის როტორით (მომავალში ვისაუბრებთ ამ ტიპის ელექტროძრავაზე). თავად ელექტროძრავა, მისი კონტროლის სისტემა და მექანიკური მოწყობილობა, რომელიც მოძრაობას გადასცემს საავტომობილო ლილვიდან წარმოების მექანიზმზე, ქმნის ელექტრო ამძრავ სისტემას.

გრაგნილებში ელექტროენერგიის მინიმალური დანაკარგების არსებობა ძრავის ბრუნვის სიჩქარის რეგულირების გამო, გლუვი გაშვების შესაძლებლობა სიხშირისა და ძაბვის ერთგვაროვანი ზრდის გამო - ეს არის ელექტროძრავების ეფექტური კონტროლის მთავარი პოსტულატები.

ყოველივე ამის შემდეგ, ადრე იყო და არსებობს ძრავის კონტროლის ისეთი მეთოდები, როგორიცაა:

• რეოსტატიკური სიხშირის კონტროლი ძრავის გრაგნილების სქემებში დამატებითი აქტიური წინააღმდეგობების შემოღებით, რომლებიც თანმიმდევრულად მოკლედ შეერთდებიან კონტაქტორებით;
• ძაბვის ცვლილება სტატორის ტერმინალებზე, ხოლო ასეთი ძაბვის სიხშირე მუდმივია და ტოლია სამრეწველო AC ქსელის სიხშირისა;
• ნაბიჯის რეგულირება სტატორის გრაგნილის ბოძების წყვილების რაოდენობის შეცვლით.

მაგრამ სიხშირის რეგულირების ამ და სხვა მეთოდებს თან ახლავს მთავარი ნაკლი - ელექტრული ენერგიის მნიშვნელოვანი დანაკარგები და ნაბიჯების რეგულირება, განსაზღვრებით, არ არის საკმარისად მოქნილი მეთოდი.

დანაკარგები გარდაუვალია?

მოდით უფრო დეტალურად ვისაუბროთ ელექტრულ დანაკარგებზე, რომლებიც ხდება ასინქრონულ ელექტროძრავაში.

ელექტროძრავის მუშაობა ხასიათდება მთელი რიგი ელექტრული და მექანიკური რაოდენობით.

ელექტრო რაოდენობა მოიცავს:

• ქსელის ძაბვა,
• ძრავის დენი,
• მაგნიტური ნაკადი,
• ელექტრომოძრავი ძალა (EMF).

ძირითადი მექანიკური რაოდენობაა:

• ბრუნვის სიჩქარე n (rpm),
• ძრავის მბრუნავი მომენტი M (N•m),
• ელექტროძრავის P (W) მექანიკური სიმძლავრე, განსაზღვრული ბრუნვისა და ბრუნვის სიჩქარის ნამრავლით: P=(M•n)/(9,55).

ბრუნვის მოძრაობის სიჩქარის აღსანიშნავად n ბრუნვის სიხშირესთან ერთად გამოიყენება ფიზიკიდან ცნობილი კიდევ ერთი სიდიდე - კუთხური სიჩქარე ω, რომელიც გამოიხატება რადიანებში წამში (რად/წმ). არსებობს შემდეგი კავშირი ω კუთხურ სიჩქარესა და ბრუნვის სიხშირეს n შორის:

იმის გათვალისწინებით, თუ რომელი ფორმულა იღებს ფორმას:

ძრავის ბრუნვის M-ის დამოკიდებულებას მისი n როტორის ბრუნვის სიჩქარეზე ეწოდება ელექტროძრავის მექანიკური მახასიათებელი. გაითვალისწინეთ, რომ როდესაც ასინქრონული მანქანა მუშაობს, ეგრეთ წოდებული ელექტრომაგნიტური სიმძლავრე გადაეცემა სტატორიდან როტორს ჰაერის უფსკრულის მეშვეობით ელექტრომაგნიტური ველის გამოყენებით:

ამ სიმძლავრის ნაწილი გადაეცემა როტორის ლილვს მექანიკური სიმძლავრის სახით (2) გამოთქმის მიხედვით, ხოლო დანარჩენი გამოიყოფა დანაკარგების სახით როტორის წრედის სამივე ფაზის აქტიურ წინააღმდეგობებში.

ეს დანაკარგები, რომელსაც ელექტრული ეწოდება, უდრის:

ამრიგად, ელექტრული დანაკარგები განისაზღვრება გრაგნილების გავლით დენის კვადრატით.

ისინი დიდწილად განისაზღვრება ასინქრონული ძრავის დატვირთვით. ყველა სხვა სახის დანაკარგი, გარდა ელექტრული დანაკარგებისა, ნაკლებად მნიშვნელოვნად იცვლება დატვირთვით.

მაშასადამე, მოდით განვიხილოთ, თუ როგორ იცვლება ასინქრონული ძრავის ელექტრული დანაკარგები, როდესაც ბრუნვის სიჩქარე კონტროლდება.

ელექტრული დანაკარგები უშუალოდ ელექტროძრავის როტორის გრაგნილში გამოიყოფა სითბოს სახით აპარატის შიგნით და, შესაბამისად, განსაზღვრავს მის გათბობას. ცხადია, რაც უფრო დიდია ელექტრული დანაკარგები როტორის წრეში, რაც უფრო დაბალია ძრავის ეფექტურობა, მით ნაკლებად ეკონომიურია მისი მუშაობა.

იმის გათვალისწინებით, რომ სტატორის დანაკარგები დაახლოებით პროპორციულია როტორის დანაკარგებთან, როტორში ელექტრული დანაკარგების შემცირების სურვილი კიდევ უფრო გასაგებია. ძრავის სიჩქარის რეგულირების ის მეთოდი ეკონომიურია, რომლის დროსაც ელექტრული დანაკარგები როტორში შედარებით მცირეა.

გამონათქვამების ანალიზიდან გამომდინარეობს, რომ ძრავების კონტროლის ყველაზე ეკონომიური გზა არის როტორის სიჩქარე სინქრონთან ახლოს.

ცვლადი სიხშირის დრაივები

ინსტალაციები, როგორიცაა ცვლადი სიხშირის დისკები (VFD), რომელსაც ასევე უწოდებენ სიხშირის გადამყვანებს (FCs). ეს პარამეტრები საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ ელექტროძრავისთვის მიწოდებული სამფაზიანი ძაბვის სიხშირე და ამპლიტუდა, რის გამოც მიიღწევა კონტროლის მექანიზმების მუშაობის რეჟიმების მოქნილი ცვლილება.

მაღალი ძაბვის ცვლადი სიხშირის წამყვანი

VFD დიზაინი

აქ არის არსებული სიხშირის გადამყვანების მოკლე აღწერა.

სტრუქტურულად, კონვერტორი შედგება ფუნქციურად დაკავშირებული ბლოკებისგან: შეყვანის ტრანსფორმატორის ბლოკი (ტრანსფორმატორის კაბინეტი); მრავალ დონის ინვერტორი (ინვერტორული კაბინეტი) და კონტროლისა და დაცვის სისტემა ინფორმაციის შეყვანისა და ჩვენების განყოფილებით (საკონტროლო და დაცვის კაბინეტი).

შეყვანის ტრანსფორმატორის კაბინეტი გადასცემს ენერგიას სამფაზიანი ელექტრომომარაგებიდან მრავალ გრაგნილ შეყვანის ტრანსფორმატორში, რომელიც ანაწილებს შემცირებულ ძაბვას მრავალ დონის ინვერტორზე.

მრავალდონიანი ინვერტორი შედგება ერთიანი უჯრედებისგან - გადამყვანებისგან. უჯრედების რაოდენობას განსაზღვრავს კონკრეტული დიზაინი და მწარმოებელი. თითოეული უჯრედი აღჭურვილია რექტფიკატორით და DC კავშირის ფილტრით ხიდის ძაბვის ინვერტორთან ერთად თანამედროვე IGBT ტრანზისტორების გამოყენებით (იზოლირებული კარიბჭის ბიპოლარული ტრანზისტორი). შეყვანის AC დენი თავდაპირველად გასწორებულია და შემდეგ გარდაიქმნება ალტერნატიულ დენად რეგულირებადი სიხშირით და ძაბვით მყარი მდგომარეობის ინვერტორის გამოყენებით.

კონტროლირებადი ალტერნატიული ძაბვის შედეგად მიღებული წყაროები სერიულად არის დაკავშირებული ბმულებად, ქმნიან ძაბვის ფაზას. ასინქრონული ძრავისთვის სამფაზიანი გამომავალი ენერგეტიკული სისტემის მშენებლობა ხორციელდება "STAR" მიკროსქემის მიხედვით დამაკავშირებელი ბმულებით.

დაცვის კონტროლის სისტემა განლაგებულია საკონტროლო და დაცვის კაბინეტში და წარმოდგენილია მრავალფუნქციური მიკროპროცესორული ერთეულით ელექტრომომარაგების სისტემით კონვერტორის საკუთარი ენერგიის წყაროდან, ინფორმაციის შეყვანის/გამომავალი მოწყობილობით და კონვერტორის ელექტრული მუშაობის რეჟიმების პირველადი სენსორებით.

პოტენციალის დაზოგვა: ერთად დათვლა

Mitsubishi Electric-ის მიერ მოწოდებულ მონაცემებზე დაყრდნობით, ჩვენ შევაფასებთ ენერგიის დაზოგვის პოტენციალს სიხშირის გადამყვანების დანერგვისას.

ჯერ ვნახოთ, როგორ იცვლება სიმძლავრე ძრავის სხვადასხვა კონტროლის რეჟიმში:

ახლა მოდით მივცეთ გაანგარიშების მაგალითი.

ელექტროძრავის ეფექტურობა: 96,5%;
ცვლადი სიხშირის ამოძრავების ეფექტურობა: 97%;
ვენტილატორის ლილვის სიმძლავრე ნომინალურ მოცულობაზე: 1100 კვ;
გულშემატკივართა მახასიათებლები: H=1,4 p.u. ზე Q=0;
სრული სამუშაო დრო წელიწადში: 8000.
 
ვენტილატორის მუშაობის რეჟიმები გრაფიკის მიხედვით:

გრაფიკიდან ვიღებთ შემდეგ მონაცემებს:

100% ჰაერის მოხმარება – ოპერაციული დროის 20% წელიწადში;
70% ჰაერის მოხმარება – ოპერაციული დროის 50% წელიწადში;
50% ჰაერის მოხმარება – 30% მუშაობის დრო წელიწადში.

 
დანაზოგი ნომინალურ დატვირთვაზე მუშაობასა და მუშაობას შორის ძრავის სიჩქარის კონტროლის შესაძლებლობით (მუშაობა VFD-თან ერთად) უდრის:

7 კვტსთ/წელიწადში - 446 კვტ/სთ/წელი = 400 კვტ/სთ/წელი

გავითვალისწინოთ ელექტროენერგიის ტარიფი, რომელიც უდრის 1 კვტ/სთ / 5,5 რუბლს. აღსანიშნავია, რომ ღირებულება აღებულია პირველი ფასების კატეგორიის მიხედვით და საშუალო ღირებულებით პრიმორსკის ტერიტორიის ერთ-ერთი სამრეწველო საწარმოსთვის 2019 წლისთვის.

მოდით მივიღოთ დანაზოგი ფულადი თვალსაზრისით:

3 კვტ/სთ/წელი*600 რუბლი/კვტ/სთ= 000 რუბლი/წელი

ასეთი პროექტების განხორციელების პრაქტიკა საშუალებას იძლევა, ექსპლუატაციისა და რემონტის ხარჯების, ისევე როგორც თავად სიხშირის გადამყვანების ღირებულების გათვალისწინებით, მივაღწიოთ ანაზღაურების პერიოდს 3 წლის განმავლობაში.

როგორც ფიგურებიდან ჩანს, ეჭვგარეშეა VFD-ების დანერგვის ეკონომიკური მიზანშეწონილობა. თუმცა, მათი განხორციელების ეფექტი მხოლოდ ეკონომიკით არ შემოიფარგლება. VFD-ები შეუფერხებლად იწყებს ძრავას, მნიშვნელოვნად ამცირებს მის ცვეთას, მაგრამ ამაზე შემდეგ ჯერზე ვისაუბრებ.

წყარო: www.habr.com