मोटर्स नियंत्रित करण्याचा सर्वात किफायतशीर मार्ग म्हणजे वारंवारता कनवर्टर

उद्योगात, 60% पेक्षा जास्त वीज एसिंक्रोनस इलेक्ट्रिक ड्राइव्हद्वारे वापरली जाते - पंपिंग, कंप्रेसर, वेंटिलेशन आणि इतर इंस्टॉलेशन्समध्ये. हे सर्वात सोपे आणि म्हणूनच सर्वात स्वस्त आणि विश्वासार्ह प्रकारचे इंजिन आहे.

विविध औद्योगिक उत्पादनांच्या तांत्रिक प्रक्रियेसाठी कोणत्याही अॅक्ट्युएटरच्या रोटेशन गतीमध्ये लवचिक बदल आवश्यक असतात. इलेक्ट्रॉनिक आणि संगणक तंत्रज्ञानाच्या जलद विकासामुळे, तसेच विजेचे नुकसान कमी करण्याच्या इच्छेबद्दल धन्यवाद, विविध प्रकारच्या इलेक्ट्रिक मोटर्सच्या आर्थिक नियंत्रणासाठी उपकरणे दिसू लागली आहेत. या लेखात आम्ही इलेक्ट्रिक ड्राइव्हचे सर्वात कार्यक्षम नियंत्रण कसे सुनिश्चित करावे याबद्दल बोलू. कंपनीत काम करतो "प्रथम अभियंता" (कंपनी गट लॅनिट), मला असे दिसते की आमचे ग्राहक ऊर्जा कार्यक्षमतेकडे अधिकाधिक लक्ष देत आहेत

उत्पादन आणि प्रक्रिया वनस्पतींद्वारे वापरली जाणारी बहुतेक विद्युत उर्जा काही प्रकारचे यांत्रिक कार्य करण्यासाठी वापरली जाते. विविध उत्पादन आणि तांत्रिक यंत्रणेचे कार्यरत भाग चालविण्यासाठी, गिलहरी-पिंजरा रोटरसह असिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटर्स प्रामुख्याने वापरल्या जातात (भविष्यात आम्ही या प्रकारच्या इलेक्ट्रिक मोटरबद्दल बोलू). इलेक्ट्रिक मोटर स्वतः, त्याची नियंत्रण प्रणाली आणि मोटर शाफ्टपासून उत्पादन यंत्रणेकडे गती प्रसारित करणारे यांत्रिक उपकरण इलेक्ट्रिक ड्राइव्ह सिस्टम तयार करतात.

मोटार रोटेशन गतीच्या नियमनामुळे विंडिंग्समध्ये कमीतकमी विजेच्या नुकसानाची उपस्थिती, वारंवारता आणि व्होल्टेजमध्ये एकसमान वाढ झाल्यामुळे सुरळीत सुरू होण्याची शक्यता - हे इलेक्ट्रिक मोटर्सच्या प्रभावी नियंत्रणाचे मुख्य सूत्र आहेत.

शेवटी, इंजिन नियंत्रणाच्या अशा पद्धती पूर्वी होत्या आणि अजूनही अस्तित्वात आहेत:

• मोटार विंडिंग सर्किट्समध्ये अतिरिक्त सक्रिय रोधकांचा परिचय करून रिओस्टॅटिक वारंवारता नियंत्रण, अनुक्रमे कॉन्टॅक्टर्सद्वारे शॉर्ट सर्किट केलेले;
• स्टेटर टर्मिनल्सवरील व्होल्टेजमध्ये बदल, तर अशा व्होल्टेजची वारंवारता स्थिर आणि औद्योगिक एसी नेटवर्कच्या वारंवारतेइतकी असते;
• स्टेटर विंडिंगच्या पोल जोड्यांची संख्या बदलून स्टेप रेग्युलेशन.

परंतु वारंवारता नियमन करण्याच्या या आणि इतर पद्धतींमध्ये मुख्य दोष आहे - विद्युत उर्जेचे महत्त्वपूर्ण नुकसान आणि स्टेप रेग्युलेशन, परिभाषानुसार, पुरेशी लवचिक पद्धत नाही.

नुकसान अपरिहार्य आहे का?

एसिंक्रोनस इलेक्ट्रिक मोटरमध्ये होणाऱ्या विद्युत नुकसानांबद्दल अधिक तपशीलवार राहू या.

इलेक्ट्रिक ड्राईव्हचे ऑपरेशन अनेक इलेक्ट्रिकल आणि मेकॅनिकल परिमाणांद्वारे दर्शविले जाते.

इलेक्ट्रिकल प्रमाणांमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• मुख्य व्होल्टेज,
• मोटर करंट,
• चुंबकीय प्रवाह,
• इलेक्ट्रोमोटिव्ह फोर्स (ईएमएफ).

मुख्य यांत्रिक प्रमाण आहेत:

• रोटेशन गती n (rpm),
• इंजिनचा फिरणारा टॉर्क M (N•m),
• इलेक्ट्रिक मोटर P (W) ची यांत्रिक शक्ती, टॉर्क आणि घूर्णन गतीच्या उत्पादनाद्वारे निर्धारित केली जाते: P=(M•n)/(9,55).

रोटेशनल गतीचा वेग दर्शविण्यासाठी, रोटेशन फ्रिक्वेंसी n सोबत, भौतिकशास्त्रातून ओळखले जाणारे आणखी एक प्रमाण वापरले जाते - कोनीय वेग ω, जो रेडियन प्रति सेकंद (rad/s) मध्ये व्यक्त केला जातो. कोनीय वेग ω आणि रोटेशन वारंवारता n यांच्यात खालील संबंध आहे:

जे सूत्र फॉर्म घेते ते लक्षात घेऊन:

त्याच्या रोटर n च्या घूर्णन गतीवर इंजिन टॉर्क M च्या अवलंबनास इलेक्ट्रिक मोटरचे यांत्रिक वैशिष्ट्य म्हणतात. लक्षात घ्या की जेव्हा एखादे अॅसिंक्रोनस मशीन चालते तेव्हा इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डचा वापर करून तथाकथित इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक पॉवर स्टेटरपासून रोटरपर्यंत एअर गॅपद्वारे प्रसारित केली जाते:

या शक्तीचा काही भाग अभिव्यक्ती (2) नुसार यांत्रिक शक्तीच्या रूपात रोटर शाफ्टमध्ये प्रसारित केला जातो आणि उर्वरित रोटर सर्किटच्या तीनही टप्प्यांच्या सक्रिय प्रतिकारांमध्ये नुकसानाच्या स्वरूपात सोडला जातो.

हे नुकसान, ज्याला इलेक्ट्रिकल म्हणतात, समान आहेत:

अशाप्रकारे, विंडिंग्समधून जाणार्‍या विद्युत् प्रवाहाच्या वर्गाद्वारे विद्युत नुकसान निर्धारित केले जाते.

ते मुख्यत्वे असिंक्रोनस मोटरच्या लोडद्वारे निर्धारित केले जातात. इतर सर्व प्रकारचे नुकसान, इलेक्ट्रिकल वगळता, लोडसह कमी लक्षणीय बदलतात.

म्हणून, जेव्हा रोटेशन गती नियंत्रित केली जाते तेव्हा अॅसिंक्रोनस मोटरचे विद्युत नुकसान कसे बदलते याचा विचार करूया.

इलेक्ट्रिक मोटरच्या रोटर विंडिंगमध्ये थेट विद्युत नुकसान यंत्राच्या आत उष्णतेच्या स्वरूपात सोडले जाते आणि म्हणून त्याचे गरम करणे निर्धारित करते. साहजिकच, रोटर सर्किटमध्ये जितके जास्त विद्युत नुकसान होईल, इंजिनची कार्यक्षमता जितकी कमी असेल तितके कमी किफायतशीर ऑपरेशन.

स्टेटरचे नुकसान रोटरच्या नुकसानाच्या अंदाजे प्रमाणात आहे हे लक्षात घेऊन, रोटरमधील विद्युत नुकसान कमी करण्याची इच्छा अधिक समजण्यासारखी आहे. इंजिनच्या गतीचे नियमन करण्याची ती पद्धत किफायतशीर आहे, ज्यामध्ये रोटरमधील विद्युत नुकसान तुलनेने कमी आहे.

अभिव्यक्तींच्या विश्लेषणावरून असे दिसून येते की मोटर्स नियंत्रित करण्याचा सर्वात किफायतशीर मार्ग म्हणजे सिंक्रोनसच्या जवळ असलेल्या रोटर गतीने.

व्हेरिएबल फ्रिक्वेन्सी ड्राइव्ह

व्हेरिएबल फ्रिक्वेन्सी ड्राइव्ह (VFDs) सारखी स्थापना, ज्यांना फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टर (FCs) देखील म्हणतात. ही सेटिंग्ज आपल्याला इलेक्ट्रिक मोटरला पुरविलेल्या तीन-फेज व्होल्टेजची वारंवारता आणि मोठेपणा बदलण्याची परवानगी देतात, ज्यामुळे नियंत्रण यंत्रणेच्या ऑपरेटिंग मोडमध्ये लवचिक बदल होतो.

उच्च व्होल्टेज व्हेरिएबल वारंवारता ड्राइव्ह

VFD डिझाइन

विद्यमान फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टरचे संक्षिप्त वर्णन येथे आहे.

संरचनात्मकपणे, कनवर्टरमध्ये कार्यात्मकपणे संबंधित ब्लॉक्स असतात: इनपुट ट्रान्सफॉर्मर ब्लॉक (ट्रान्सफॉर्मर कॅबिनेट); एक बहु-स्तरीय इन्व्हर्टर (इन्व्हर्टर कॅबिनेट) आणि माहिती इनपुट आणि डिस्प्ले युनिट (नियंत्रण आणि संरक्षण कॅबिनेट) असलेली नियंत्रण आणि संरक्षण प्रणाली.

इनपुट ट्रान्सफॉर्मर कॅबिनेट थ्री-फेज पॉवर सप्लायमधून मल्टी-विंडिंग इनपुट ट्रान्सफॉर्मरमध्ये ऊर्जा हस्तांतरित करते, जे कमी व्होल्टेज मल्टी-लेव्हल इन्व्हर्टरमध्ये वितरीत करते.

मल्टीलेव्हल इन्व्हर्टरमध्ये युनिफाइड सेल - कन्व्हर्टर असतात. पेशींची संख्या विशिष्ट रचना आणि निर्मात्याद्वारे निर्धारित केली जाते. प्रत्येक सेल आधुनिक IGBT ट्रान्झिस्टर (इन्सुलेटेड गेट बायपोलर ट्रान्झिस्टर) वापरून ब्रिज व्होल्टेज इन्व्हर्टरसह रेक्टिफायर आणि डीसी लिंक फिल्टरसह सुसज्ज आहे. इनपुट एसी करंट सुरुवातीला दुरुस्त केला जातो आणि नंतर सॉलिड-स्टेट इन्व्हर्टर वापरून समायोज्य वारंवारता आणि व्होल्टेजसह वैकल्पिक प्रवाहात रूपांतरित केले जाते.

नियंत्रित पर्यायी व्होल्टेजचे परिणामी स्त्रोत लिंक्समध्ये मालिकेत जोडलेले असतात, ज्यामुळे व्होल्टेज फेज तयार होतो. एसिंक्रोनस मोटरसाठी थ्री-फेज आउटपुट पॉवर सिस्टमचे बांधकाम “स्टार” सर्किटनुसार लिंक्स जोडून केले जाते.

संरक्षण नियंत्रण प्रणाली कंट्रोल आणि प्रोटेक्शन कॅबिनेटमध्ये स्थित आहे आणि कन्व्हर्टरच्या स्वतःच्या उर्जा स्त्रोत, माहिती इनपुट/आउटपुट डिव्हाइस आणि कन्व्हर्टरच्या इलेक्ट्रिकल ऑपरेटिंग मोड्सचे प्राथमिक सेन्सरसह पॉवर सप्लाय सिस्टमसह मल्टीफंक्शनल मायक्रोप्रोसेसर युनिटद्वारे प्रस्तुत केले जाते.

बचत क्षमता: एकत्र मोजणे

मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक द्वारे प्रदान केलेल्या डेटाच्या आधारे, आम्ही फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टर सादर करताना ऊर्जा बचत संभाव्यतेचे मूल्यांकन करू.

प्रथम, भिन्न इंजिन नियंत्रण मोडमध्ये शक्ती कशी बदलते ते पाहूया:

आता गणनेचे उदाहरण देऊ.

इलेक्ट्रिक मोटर कार्यक्षमता: 96,5%;
परिवर्तनीय वारंवारता ड्राइव्ह कार्यक्षमता: 97%;
नाममात्र व्हॉल्यूमवर फॅन शाफ्ट पॉवर: 1100 किलोवॅट;
पंख्याची वैशिष्ट्ये: H=1,4 p.u. येथे प्रश्न = २;
प्रति वर्ष पूर्ण काम वेळ: 8000 h.
 
शेड्यूलनुसार फॅन ऑपरेटिंग मोड:

आलेखावरून आम्हाला खालील डेटा मिळतो:

100% हवेचा वापर - प्रति वर्ष 20% ऑपरेटिंग वेळ;
70% हवेचा वापर - प्रति वर्ष 50% ऑपरेटिंग वेळ;
50% हवेचा वापर - 30% ऑपरेटिंग वेळ प्रति वर्ष.

 
रेटेड लोडवरील ऑपरेशन आणि मोटर गती नियंत्रित करण्याच्या क्षमतेसह ऑपरेशन दरम्यान बचत (व्हीएफडीसह ऑपरेशन) समान आहे:

7 kWh/वर्ष - 446 kWh/वर्ष = 400 kWh/वर्ष

चला 1 kWh / 5,5 rubles च्या समान वीज दर विचारात घेऊ या. हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की किंमत प्रथम किंमत श्रेणी आणि 2019 साठी प्रिमोर्स्की प्रदेशातील एका औद्योगिक उपक्रमासाठी सरासरी मूल्यानुसार घेतली जाते.

चला आर्थिक दृष्टीने बचत मिळवूया:

3 kWh/वर्ष*600 रुबल/kWh= 000 रुबल/वर्ष

अशा प्रकल्पांच्या अंमलबजावणीचा सराव, ऑपरेशन आणि दुरुस्तीचा खर्च, तसेच फ्रिक्वेन्सी कन्व्हर्टरची किंमत विचारात घेऊन, 3 वर्षांचा परतावा कालावधी प्राप्त करण्यास अनुमती देतो.

आकडे दाखवतात त्याप्रमाणे, VFD सादर करण्याच्या आर्थिक व्यवहार्यतेबद्दल शंका नाही. तथापि, त्यांच्या अंमलबजावणीचा परिणाम केवळ अर्थव्यवस्थेपुरता मर्यादित नाही. व्हीएफडी सहजतेने इंजिन सुरू करतात, त्याचा पोशाख लक्षणीयरीत्या कमी करतात, परंतु मी पुढील वेळी याबद्दल बोलेन.

स्त्रोत: www.habr.com