Најекономичнији начин управљања моторима је фреквентни претварач

У индустрији преко 60% електричне енергије троше асинхрони електрични погони - у пумпним, компресорским, вентилационим и другим инсталацијама. Ово је најједноставнији, а самим тим и најјефтинији и најпоузданији тип мотора.

Технолошки процес различитих индустријских производње захтева флексибилне промене у брзини ротације било ког актуатора. Захваљујући брзом развоју електронске и рачунарске технологије, као и жељи да се смање губици електричне енергије, појавили су се уређаји за економично управљање електромоторима различитих типова. У овом чланку ћемо говорити о томе како осигурати најефикаснију контролу електричног погона. Рад у компанији "Први инжењер" (група компаније ЛАНИТ), видим да наши купци све више обраћају пажњу на енергетску ефикасност

Већина електричне енергије коју троше производна и процесна постројења користи се за обављање неке врсте механичког рада. За погон радних делова различитих производних и технолошких механизама претежно се користе асинхрони електромотори са кавезним ротором (у будућности ћемо говорити о овој врсти електромотора). Сам електромотор, његов управљачки систем и механички уређај који преноси кретање од осовине мотора до производног механизма чине систем електричног погона.

Присуство минималних губитака електричне енергије у намотајима због регулације брзине ротације мотора, могућност глатког покретања због равномерног повећања фреквенције и напона - то су главни постулати ефективне контроле електромотора.

На крају крајева, раније су постојале и постоје такве методе контроле мотора као што су:

• реостатска контрола фреквенције увођењем додатних активних отпора у кола намотаја мотора, узастопно кратко спојених контакторима;
• промена напона на стезаљкама статора, при чему је фреквенција таквог напона константна и једнака фреквенцији индустријске мреже наизменичне струје;
• степенасто регулисање променом броја парова полова намотаја статора.

Али ове и друге методе регулације фреквенције носе са собом главни недостатак - значајне губитке електричне енергије, а регулација корака, по дефиницији, није довољно флексибилан метод.

Да ли су губици неизбежни?

Хајде да се детаљније задржимо на електричним губицима који се јављају у асинхроном електромотору.

Рад електричног погона карактерише низ електричних и механичких величина.

Електричне количине укључују:

• мрежни напон,
• струја мотора,
• магнетни флукс,
• електромоторна сила (ЕМФ).

Главне механичке величине су:

• брзина ротације н (о/мин),
• обртни момент М (Н•м) мотора,
• механичка снага електромотора П (В), одређена производом обртног момента и брзине обртања: П=(М•н)/(9,55).

За означавање брзине ротационог кретања, уз фреквенцију ротације н, користи се још једна величина позната из физике - угаона брзина ω, која се изражава у радијанима у секунди (рад/с). Постоји следећи однос између угаоне брзине ω и фреквенције ротације н:

узимајући у обзир да формула има облик:

Зависност обртног момента мотора М од брзине ротације његовог ротора н назива се механичка карактеристика електромотора. Имајте на уму да када ради асинхрона машина, такозвана електромагнетна снага се преноси од статора до ротора кроз ваздушни отвор помоћу електромагнетног поља:

Део ове снаге се преноси на вратило ротора у виду механичке снаге према изразу (2), а остатак се ослобађа у виду губитака у активним отпорима све три фазе кола ротора.

Ови губици, који се називају електрични, једнаки су:

Дакле, електрични губици су одређени квадратом струје која пролази кроз намотаје.

Они су у великој мери одређени оптерећењем асинхроног мотора. Све остале врсте губитака, осим електричних, мање се значајно мењају са оптерећењем.

Стога, размотримо како се електрични губици асинхроног мотора мењају када се контролише брзина ротације.

Електрични губици директно у намотају ротора електромотора ослобађају се у облику топлоте унутар машине и стога одређују њено загревање. Очигледно, што су већи електрични губици у колу ротора, што је нижа ефикасност мотора, то је мање економичан његов рад.

С обзиром да су губици статора приближно пропорционални губицима ротора, жеља да се смање електрични губици у ротору је још разумљивија. Тај начин регулисања броја обртаја мотора је економичан, при чему су електрични губици у ротору релативно мали.

Из анализе израза произилази да је најекономичнији начин управљања моторима при брзини ротора блиској синхроној.

Погони са променљивом фреквенцијом

Инсталације као што су претварачи променљиве фреквенције (ВФД), који се такође називају фреквентни претварачи (ФЦ)). Ова подешавања вам омогућавају да промените фреквенцију и амплитуду трофазног напона који се доводи до електромотора, због чега се постиже флексибилна промена у режимима рада контролних механизама.

Високонапонски променљиви фреквентни претварач

ВФД дизајн

Ево кратког описа постојећих фреквентних претварача.

Структурно, претварач се састоји од функционално повезаних блокова: улазни трансформаторски блок (трансформаторски орман); вишестепени инвертор (инвертерски орман) и систем управљања и заштите са јединицом за унос и приказ информација (орман за управљање и заштиту).

Орман улазног трансформатора преноси енергију са трофазног напајања на улазни трансформатор са више намотаја, који снижени напон дистрибуира на вишестепени инвертор.

Вишестепени претварач се састоји од обједињених ћелија - претварача. Број ћелија је одређен специфичним дизајном и произвођачем. Свака ћелија је опремљена исправљачем и ДЦ линк филтером са инвертором напона моста који користи модерне ИГБТ транзисторе (биполарни транзистор са изолованим вратима). Улазна наизменична струја се у почетку исправља, а затим претвара у наизменичну струју са подесивом фреквенцијом и напоном помоћу полупроводничког претварача.

Добијени извори контролисаног наизменичног напона су повезани серијски у карике, формирајући фазу напона. Изградња трофазног излазног електроенергетског система за асинхрони мотор врши се повезивањем карика према "СТАР" колу.

Систем управљања заштитом налази се у управљачко-заштитном орману и представљен је мултифункционалном микропроцесорском јединицом са системом напајања из сопственог извора напајања претварача, уређајем за унос/излаз информација и примарним сензорима електричних режима рада претварача.

Потенцијал за уштеду: рачунамо заједно

На основу података које је обезбедио Митсубисхи Елецтриц, проценићемо потенцијал за уштеду енергије приликом увођења фреквентних претварача.

Прво, да видимо како се снага мења под различитим режимима контроле мотора:

Хајде сада да дамо пример прорачуна.

Ефикасност електромотора: 100%;
Ефикасност претварача са променљивом фреквенцијом: 100%;
Снага осовине вентилатора при номиналној запремини: КСНУМКС кВ;
Карактеристике вентилатора: Х=1,4 п.у. у К=0;
Пуно радно време годишње: КСНУМКС х.
 
Режими рада вентилатора према распореду:

Из графикона добијамо следеће податке:

100% потрошња ваздуха – 20% радног времена годишње;
70% потрошња ваздуха – 50% радног времена годишње;
50% потрошње ваздуха – 30% радног времена годишње.

 
Уштеде између рада при називном оптерећењу и рада са могућношћу контроле брзине мотора (рад у комбинацији са ВФД) су једнаке:

7 кВх/год. - 446 кВх/год.= 400 кВх/год.

Узмимо у обзир тарифу електричне енергије једнаку 1 кВх / 5,5 рубаља. Вреди напоменути да се трошак узима према првој категорији цена и просечној вредности за једно од индустријских предузећа Приморске територије за 2019.

Хајде да узмемо уштеду у новчаном смислу:

3 кВх/год*600 руб/кВх= 000 руб/год

Пракса имплементације таквих пројеката омогућава, узимајући у обзир трошкове рада и поправке, као и трошкове самих фреквентних претварача, да се постигне период поврата од 3 године.

Као што бројке показују, нема сумње у економску изводљивост увођења ВФД-а. Међутим, ефекат њихове примене није ограничен само на економију. ВФД-ови глатко покрећу мотор, значајно смањујући његово хабање, али о томе ћу говорити следећи пут.

Извор: ввв.хабр.цом