Өнеркәсіпте электр энергиясының 60%-дан астамы асинхронды электр жетектерімен – сорғылық, компрессорлық, желдеткіш және басқа қондырғыларда тұтынылады. Бұл қозғалтқыштың ең қарапайым, сондықтан ең арзан және сенімді түрі.
Әртүрлі өнеркәсіптік өндірістердің технологиялық процесі кез келген жетектердің айналу жылдамдығын икемді өзгертуді талап етеді. Электрондық және компьютерлік технологияның қарқынды дамуы, сондай-ақ электр энергиясының жоғалуын азайтуға ұмтылу арқасында әртүрлі типтегі электр қозғалтқыштарын үнемді басқаруға арналған құрылғылар пайда болды. Бұл мақалада біз электр жетегінің ең тиімді басқаруын қалай қамтамасыз ету туралы айтатын боламыз. Компанияда жұмыс істеу (компаниялар тобы ), Біздің тұтынушылар энергия тиімділігіне көбірек көңіл бөлетінін көріп отырмын
Өндірістік және технологиялық зауыттар тұтынатын электр энергиясының көп бөлігі қандай да бір механикалық жұмыстарды орындауға жұмсалады. Әртүрлі өндірістік және технологиялық механизмдердің жұмыс бөліктерін басқару үшін роторлы роторы бар асинхронды электр қозғалтқыштары жиі қолданылады (болашақта электр қозғалтқышының бұл түрі туралы айтатын боламыз). Электр қозғалтқышының өзі, оның басқару жүйесі және қозғалтқыш білігінен өндіріс механизміне қозғалысты беретін механикалық құрылғы электр жетек жүйесін құрайды.
Қозғалтқыштың айналу жылдамдығын реттеуге байланысты орамдарда минималды электр шығындарының болуы, жиілік пен кернеудің біркелкі ұлғаюына байланысты біркелкі іске қосу мүмкіндігі - бұл электр қозғалтқыштарын тиімді басқарудың негізгі постулаттары.
Өйткені, бұрын қозғалтқышты басқарудың мынадай әдістері болған және әлі де бар:
- контакторлармен дәйекті түрде қысқа тұйықталған қозғалтқыштың орамасының тізбектеріне қосымша белсенді кедергілер енгізу арқылы реостатикалық жиілікті реттеу;
- статор қысқыштарындағы кернеудің өзгеруі, бұл ретте мұндай кернеудің жиілігі тұрақты және өнеркәсіптік айнымалы ток желісінің жиілігіне тең;
- статор орамасының полюс жұптарының санын өзгерту арқылы қадамдық реттеу.
Бірақ жиілікті реттеудің осы және басқа әдістері өздерімен бірге негізгі кемшілікті - электр энергиясының айтарлықтай жоғалтуын, ал қадамдық реттеу, анықтамасы бойынша, жеткілікті икемді әдіс емес.
Шығындар сөзсіз бе?
Асинхронды электр қозғалтқышында болатын электрлік шығындарға толығырақ тоқталайық.
Электр жетегінің жұмысы бірқатар электрлік және механикалық шамалармен сипатталады.
Электр шамасына мыналар жатады:
- желі кернеуі,
- қозғалтқыш тогы,
- магнит ағыны,
- электр қозғаушы күш (ЭМӨ).
Негізгі механикалық шамалар:
- айналу жылдамдығы n (айн/мин),
- қозғалтқыштың айналу моменті M (N•m),
- электр қозғалтқышының механикалық қуаты P (W), айналу моменті мен айналу жылдамдығының көбейтіндісі арқылы анықталады: P=(M•n)/(9,55).
Айналу қозғалысының жылдамдығын белгілеу үшін n айналу жиілігімен қатар физикадан белгілі басқа шама – секундына радианмен (рад/с) өрнектелетін бұрыштық жылдамдық ω пайдаланылады. Бұрыштық жылдамдық ω мен айналу жиілігі n арасында мынадай байланыс бар:
формула қандай формада болатынын ескере отырып:
Қозғалтқыш моментінің M оның роторының айналу жылдамдығына тәуелділігі n электр қозғалтқышының механикалық сипаттамасы деп аталады. Асинхронды машина жұмыс істеген кезде электромагниттік қуат деп аталатын электромагниттік өріс арқылы статордан роторға ауа саңылауы арқылы берілетінін ескеріңіз:
Бұл қуаттың бір бөлігі (2) өрнекке сәйкес механикалық қуат түрінде ротор білігіне беріледі, ал қалған бөлігі ротор тізбегінің барлық үш фазасының белсенді кедергілерінде жоғалтулар түрінде шығарылады.
Электрлік деп аталатын бұл шығындар мыналарға тең:
Осылайша, электрлік шығындар орамдар арқылы өтетін токтың квадратымен анықталады.
Олар көбінесе асинхронды қозғалтқыштың жүктемесімен анықталады. Шығындардың барлық басқа түрлері, электрлік шығындардан басқа, жүктемеге байланысты аз өзгереді.
Сондықтан, айналу жылдамдығын басқарған кезде асинхронды қозғалтқыштың электрлік шығындары қалай өзгеретінін қарастырайық.
Электр қозғалтқышының ротор орамасындағы тікелей электр шығындары машинаның ішінде жылу түрінде шығарылады және сондықтан оның қызуын анықтайды. Әлбетте, ротор тізбегіндегі электрлік шығындар неғұрлым көп болса, қозғалтқыштың тиімділігі соғұрлым төмен болса, оның жұмысы соғұрлым үнемді болады.
Статор шығындары ротордың жоғалуына шамамен пропорционалды екенін ескере отырып, ротордағы электрлік шығындарды азайтуға деген ұмтылыс одан да түсінікті. Қозғалтқыштың айналу жылдамдығын реттеудің бұл әдісі үнемді, бұл жағдайда ротордағы электрлік шығындар салыстырмалы түрде аз.
Өрнектерді талдау нәтижесінде қозғалтқыштарды басқарудың ең үнемді тәсілі синхрондыға жақын ротордың айналу жиілігі болып табылады.
Айнымалы жиілікті жетектер
Айнымалы жиілікті жетектер (VFD) сияқты қондырғылар жиілік түрлендіргіштері (FCs) деп те аталады). Бұл параметрлер электр қозғалтқышына берілетін үш фазалы кернеудің жиілігі мен амплитудасын өзгертуге мүмкіндік береді, соның арқасында басқару механизмдерінің жұмыс режимдерінің икемді өзгеруіне қол жеткізіледі.
Жоғары вольтты айнымалы жиілікті жетек
VFD дизайны
Мұнда қолданыстағы жиілік түрлендіргіштерінің қысқаша сипаттамасы берілген.
Құрылымдық жағынан түрлендіргіш функционалдық байланысты блоктардан тұрады: кіріс трансформатор блогы (трансформатор шкафы); көп деңгейлі инвертор (инверторлық шкаф) және ақпаратты енгізу және көрсету блогы (басқару және қорғау шкафы) бар басқару және қорғау жүйесі.
Кіріс трансформаторының шкафы энергияны үш фазалы қуат көзінен көп орамды кіріс трансформаторына береді, ол төмендетілген кернеуді көп деңгейлі инверторға таратады.
Көп деңгейлі инвертор біртұтас ұяшықтардан – түрлендіргіштерден тұрады. Ұяшықтар саны нақты дизайнмен және өндірушімен анықталады. Әрбір ұяшық түзеткішпен және заманауи IGBT транзисторларын (оқшауланған қақпалы биполярлы транзистор) пайдаланатын көпір кернеуінің инверторы бар тұрақты ток сүзгісімен жабдықталған. Кіріс айнымалы ток бастапқыда түзетіледі, содан кейін қатты инвертор көмегімен реттелетін жиілігі мен кернеуі бар айнымалы токқа түрлендіріледі.
Алынған басқарылатын айнымалы кернеу көздері тізбектей тізбектей жалғанып, кернеу фазасын құрайды. Асинхронды қозғалтқышқа арналған үш фазалы шығыс қуат жүйесінің құрылысы «STAR» тізбегіне сәйкес байланыстарды қосу арқылы жүзеге асырылады.
Қорғауды басқару жүйесі басқару және қорғау шкафында орналасқан және түрлендіргіштің меншікті қуат көзінен қоректендіру жүйесі бар көп функциялы микропроцессорлық блокпен, ақпаратты енгізу/шығару құрылғысы және түрлендіргіштің электрлік жұмыс режимдерінің бастапқы сенсорларымен ұсынылған.
Сақтау потенциалы: бірге санау
Mitsubishi Electric ұсынған деректерге сүйене отырып, біз жиілік түрлендіргіштерін енгізу кезінде энергияны үнемдеу әлеуетін бағалаймыз.
Алдымен қозғалтқышты басқарудың әртүрлі режимдерінде қуат қалай өзгеретінін көрейік:
Енді есептеуге мысал келтірейік.
Электр қозғалтқышының тиімділігі: 96,5%;
Айнымалы жиілікті жетек тиімділігі: 97%;
Номиналды көлемдегі желдеткіш білігінің қуаты: 1100 кВт;
Желдеткіш сипаттамалары: H=1,4 p.u. at Q = 0;
Жылына толық жұмыс уақыты: 8000 сағ.
Желдеткіштің жұмыс режимдері кестеге сәйкес:
Графиктен келесі мәліметтерді аламыз:
100% ауаны тұтыну – жылына жұмыс уақытының 20%;
70% ауаны тұтыну – жылына жұмыс уақытының 50%;
50% ауа шығыны – жылына 30% жұмыс уақыты.
Номиналды жүктемедегі жұмыс пен қозғалтқыш жылдамдығын басқару мүмкіндігімен жұмыс (VFD-мен бірге жұмыс) арасындағы үнемдеу мынаған тең:
7 446 400 кВтсағ/жыл - 3 846 400 кВтсағ/жыл= 3 600 000 кВтсағ/жыл
1 кВт/сағ / 5,5 рубльге тең электр энергиясының тарифін ескерейік. Айта кету керек, құн бірінші баға санатына және 2019 жылға арналған Приморск өлкесінің өнеркәсіптік кәсіпорындарының бірі үшін орташа мәнге сәйкес қабылданады.
Ақшалай түрде үнемдеуді алайық:
3 600 000 кВт сағ/жыл*5,5 руб/кВтсағ= 19 800 000 руб/жыл
Мұндай жобаларды іске асыру тәжірибесі пайдалану және жөндеу шығындарын, сондай-ақ жиілік түрлендіргіштерінің өзіндік құнын ескере отырып, 3 жыл бойы өтелу мерзіміне қол жеткізуге мүмкіндік береді.
Цифрлар көрсеткендей, VFD енгізудің экономикалық орындылығына күмән жоқ. Алайда оларды жүзеге асырудың әсері тек экономикамен ғана шектелмейді. VFD қозғалтқышты біркелкі іске қосып, оның тозуын айтарлықтай азайтады, бірақ мен бұл туралы келесі жолы айтатын боламын.
Ақпарат көзі: www.habr.com