Në industri, mbi 60% e energjisë elektrike konsumohet nga disqet elektrike asinkrone - në pompim, kompresor, ventilim dhe instalime të tjera. Ky është lloji më i thjeshtë, dhe për këtë arsye më i lirë dhe më i besueshëm i motorit.
Procesi teknologjik i prodhimeve të ndryshme industriale kërkon ndryshime fleksibël në shpejtësinë e rrotullimit të çdo aktuatori. Falë zhvillimit të shpejtë të teknologjisë elektronike dhe kompjuterike, si dhe dëshirës për të reduktuar humbjet e energjisë elektrike, janë shfaqur pajisje për kontrollin ekonomik të motorëve elektrikë të llojeve të ndryshme. Në këtë artikull do të flasim se si të sigurojmë kontrollin më efikas të një disku elektrik. Puna në një kompani (grupi i kompanisë ), Unë shoh që klientët tanë po i kushtojnë gjithnjë e më shumë vëmendje efiçencës së energjisë
Pjesa më e madhe e energjisë elektrike të konsumuar nga impiantet e prodhimit dhe procesit përdoret për të kryer një lloj pune mekanike. Për të drejtuar pjesët e punës të mekanizmave të ndryshëm të prodhimit dhe teknologjisë, përdoren kryesisht motorë elektrikë asinkronë me një rotor me kafaz ketri (në të ardhmen do të flasim për këtë lloj motori elektrik). Vetë motori elektrik, sistemi i tij i kontrollit dhe pajisja mekanike që transmeton lëvizjen nga boshti i motorit në mekanizmin e prodhimit formojnë një sistem elektrik lëvizës.
Prania e humbjeve minimale të energjisë elektrike në mbështjellje për shkak të rregullimit të shpejtësisë së rrotullimit të motorit, mundësia e një fillimi të qetë për shkak të një rritje uniforme të frekuencës dhe tensionit - këto janë postulatet kryesore të kontrollit efektiv të motorëve elektrikë.
Në fund të fundit, më parë kishte dhe ekzistojnë ende metoda të tilla të kontrollit të motorit si:
- kontrolli reostatik i frekuencës duke futur rezistenca aktive shtesë në qarqet e mbështjelljes së motorit, të lidhura me qark të shkurtër nga kontaktorët;
- ndryshimi i tensionit në terminalet e statorit, ndërsa frekuenca e një tensioni të tillë është konstante dhe e barabartë me frekuencën e rrjetit AC industrial;
- rregullimi hap duke ndryshuar numrin e çifteve të poleve të mbështjelljes së statorit.
Por këto dhe metoda të tjera të rregullimit të frekuencës mbajnë me vete pengesën kryesore - humbje të konsiderueshme të energjisë elektrike, dhe rregullimi i hapave, sipas përkufizimit, nuk është një metodë mjaft fleksibël.
A janë humbjet e pashmangshme?
Le të ndalemi më në detaje në humbjet elektrike që ndodhin në një motor elektrik asinkron.
Funksionimi i një disku elektrik karakterizohet nga një sërë sasish elektrike dhe mekanike.
Sasitë elektrike përfshijnë:
- Tensioni i rrjetit,
- rryma motorike,
- fluksi magnetik,
- forca elektromotore (EMF).
Sasitë kryesore mekanike janë:
- shpejtësia e rrotullimit n (rpm),
- çift rrotullues rrotullues M (N•m) i motorit,
- fuqia mekanike e elektromotorit P (W), e përcaktuar nga produkti i momentit rrotullues dhe shpejtësisë rrotulluese: P=(M•n)/(9,55).
Për të treguar shpejtësinë e lëvizjes rrotulluese, së bashku me frekuencën e rrotullimit n, përdoret një sasi tjetër e njohur nga fizika - shpejtësia këndore ω, e cila shprehet në radianë për sekondë (rad/s). Ekziston marrëdhënia e mëposhtme midis shpejtësisë këndore ω dhe frekuencës së rrotullimit n:
duke marrë parasysh se cila formula merr formën:
Varësia e rrotullimit të motorit M nga shpejtësia e rrotullimit të rotorit të tij n quhet karakteristikë mekanike e motorit elektrik. Vini re se kur një makinë asinkrone funksionon, e ashtuquajtura fuqi elektromagnetike transmetohet nga statori në rotor përmes hendekut të ajrit duke përdorur një fushë elektromagnetike:
Një pjesë e kësaj fuqie transmetohet në boshtin e rotorit në formën e fuqisë mekanike sipas shprehjes (2), dhe pjesa tjetër lirohet në formën e humbjeve në rezistencat aktive të të tre fazave të qarkut të rotorit.
Këto humbje, të quajtura elektrike, janë të barabarta me:
Kështu, humbjet elektrike përcaktohen nga katrori i rrymës që kalon nëpër mbështjellje.
Ato përcaktohen kryesisht nga ngarkesa e motorit asinkron. Të gjitha llojet e tjera të humbjeve, përveç atyre elektrike, ndryshojnë më pak ndjeshëm me ngarkesën.
Prandaj, le të shqyrtojmë se si ndryshojnë humbjet elektrike të një motori asinkron kur kontrollohet shpejtësia e rrotullimit.
Humbjet elektrike direkt në mbështjelljen e rotorit të një motori elektrik lëshohen në formën e nxehtësisë brenda makinës dhe për këtë arsye përcaktojnë ngrohjen e saj. Natyrisht, sa më të mëdha të jenë humbjet elektrike në qarkun e rotorit, aq më i ulët është efikasiteti i motorit, aq më pak ekonomik është funksionimi i tij.
Duke marrë parasysh që humbjet e statorit janë afërsisht proporcionale me humbjet e rotorit, dëshira për të reduktuar humbjet elektrike në rotor është edhe më e kuptueshme. Kjo metodë e rregullimit të shpejtësisë së motorit është ekonomike, në të cilën humbjet elektrike në rotor janë relativisht të vogla.
Nga analiza e shprehjeve rezulton se mënyra më ekonomike për të kontrolluar motorët është me një shpejtësi të rotorit afër sinkronit.
Disqet me frekuencë të ndryshueshme
Instalime të tilla si disqet me frekuencë të ndryshueshme (VFD), të quajtur edhe konvertues të frekuencës (FC) . Këto cilësime ju lejojnë të ndryshoni frekuencën dhe amplituda e tensionit trefazor të furnizuar me motorin elektrik, për shkak të të cilit arrihet një ndryshim fleksibël në mënyrat e funksionimit të mekanizmave të kontrollit.
Makinë me frekuencë të ndryshueshme të tensionit të lartë
Dizajni VFD
Këtu është një përshkrim i shkurtër i konvertuesve ekzistues të frekuencës.
Strukturisht, konverteri përbëhet nga blloqe të lidhura funksionalisht: blloku i transformatorit të hyrjes (kabineti i transformatorit); një inverter me shumë nivele (kabineti inverter) dhe një sistem kontrolli dhe mbrojtjeje me një njësi të hyrjes dhe ekranit të informacionit (kabineti i kontrollit dhe mbrojtjes).
Kabineti i transformatorit të hyrjes transferon energjinë nga furnizimi me energji trefazore në një transformator hyrës me shumë dredha-dredha, i cili shpërndan tensionin e reduktuar në një inverter me shumë nivele.
Një inverter me shumë nivele përbëhet nga qeliza të unifikuara - konvertues. Numri i qelizave përcaktohet nga dizajni dhe prodhuesi specifik. Çdo qelizë është e pajisur me një ndreqës dhe një filtër të lidhjes DC me një inverter të tensionit të urës duke përdorur transistorë modernë IGBT (transistor bipolar i portës së izoluar). Rryma e hyrjes AC fillimisht korrigjohet dhe më pas shndërrohet në rrymë alternative me frekuencë dhe tension të rregullueshëm duke përdorur një inverter të gjendjes së ngurtë.
Burimet rezultuese të tensionit të alternuar të kontrolluar janë të lidhura në seri në lidhje, duke formuar një fazë tensioni. Ndërtimi i një sistemi të energjisë dalëse trefazore për një motor asinkron kryhet duke lidhur lidhjet sipas qarkut "STAR".
Sistemi i kontrollit të mbrojtjes ndodhet në kabinetin e kontrollit dhe mbrojtjes dhe përfaqësohet nga një njësi mikroprocesori multifunksionale me një sistem furnizimi me energji nga burimi i energjisë së vetë konvertuesit, një pajisje hyrëse/dalëse informacioni dhe sensorë parësorë të mënyrave të funksionimit elektrik të konvertuesit.
Potenciali i kursimit: duke numëruar së bashku
Bazuar në të dhënat e ofruara nga Mitsubishi Electric, ne do të vlerësojmë potencialin e kursimit të energjisë kur prezantojmë konvertuesit e frekuencës.
Së pari, le të shohim se si ndryshon fuqia në mënyra të ndryshme të kontrollit të motorit:
Tani le të japim një shembull të një llogaritjeje.
Efikasiteti i motorit elektrik: 96,5%;
Efikasiteti i drejtimit me frekuencë të ndryshueshme: 97%;
Fuqia e boshtit të ventilatorit në volumin nominal: 1100 kW;
Karakteristikat e tifozëve: H=1,4 p.u. при Q=0;
Koha e plotë e punës në vit: 8000 h.
Mënyrat e funksionimit të ventilatorit sipas orarit:
Nga grafiku marrim të dhënat e mëposhtme:
100% konsumi i ajrit - 20% e kohës së funksionimit në vit;
70% konsumi i ajrit - 50% e kohës së funksionimit në vit;
Konsumi i ajrit 50% – 30% koha e funksionimit në vit.
Kursimet midis funksionimit me ngarkesë të vlerësuar dhe funksionimit me aftësinë për të kontrolluar shpejtësinë e motorit (operimi në lidhje me një VFD) janë të barabarta me:
7 kWh/vit - 446 kWh/vit= 400 kWh/vit
Le të marrim parasysh tarifën e energjisë elektrike të barabartë me 1 kWh / 5,5 rubla. Vlen të përmendet se kostoja është marrë sipas kategorisë së parë të çmimeve dhe vlerës mesatare për një nga ndërmarrjet industriale të Territorit Primorsky për vitin 2019.
Le të marrim kursimet në terma monetarë:
3 kWh/vit*600 rub/kWh= 000 rub/vit
Praktika e zbatimit të projekteve të tilla lejon, duke marrë parasysh kostot e funksionimit dhe riparimeve, si dhe koston e vetë konvertuesve të frekuencës, të arrihet një periudhë kthimi prej 3 vjetësh.
Siç tregojnë shifrat, nuk ka dyshim për fizibilitetin ekonomik të futjes së VFD-ve. Megjithatë, efekti i zbatimit të tyre nuk kufizohet vetëm në ekonomi. VFD-të e ndezin pa probleme motorin, duke reduktuar ndjeshëm konsumin e tij, por unë do të flas për këtë herën tjetër.
Burimi: www.habr.com