పరిశ్రమలో, 60% కంటే ఎక్కువ విద్యుత్ ఎసిన్క్రోనస్ ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్‌ల ద్వారా వినియోగించబడుతుంది - పంపింగ్, కంప్రెసర్, వెంటిలేషన్ మరియు ఇతర ఇన్‌స్టాలేషన్‌లలో. ఇది సరళమైన, అందువలన చౌకైన మరియు అత్యంత నమ్మదగిన ఇంజిన్ రకం.
వివిధ పారిశ్రామిక ఉత్పాదనల యొక్క సాంకేతిక ప్రక్రియకు ఏదైనా యాక్యుయేటర్ల భ్రమణ వేగంలో అనువైన మార్పులు అవసరం. ఎలక్ట్రానిక్ మరియు కంప్యూటర్ టెక్నాలజీ యొక్క వేగవంతమైన అభివృద్ధికి ధన్యవాదాలు, అలాగే విద్యుత్ నష్టాలను తగ్గించాలనే కోరికతో, వివిధ రకాల ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లు ఆర్థిక నియంత్రణ కోసం పరికరాలు కనిపించాయి. ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ యొక్క అత్యంత సమర్థవంతమైన నియంత్రణను ఎలా నిర్ధారించాలో ఈ ఆర్టికల్లో మేము మాట్లాడుతాము. ఒక కంపెనీలో పని చేస్తున్నారు (సంస్థ సమూహం ), మా కస్టమర్‌లు ఎనర్జీ ఎఫిషియన్సీపై మరింత ఎక్కువ శ్రద్ధ చూపుతున్నారని నేను చూస్తున్నాను
తయారీ మరియు ప్రాసెస్ ప్లాంట్ల ద్వారా వినియోగించబడే విద్యుత్ శక్తిలో ఎక్కువ భాగం యాంత్రిక పనిని నిర్వహించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. వివిధ ఉత్పత్తి మరియు సాంకేతిక యంత్రాంగాల పని భాగాలను నడపడానికి, స్క్విరెల్-కేజ్ రోటర్‌తో అసమకాలిక ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లు ప్రధానంగా ఉపయోగించబడతాయి (భవిష్యత్తులో మేము ఈ రకమైన ఎలక్ట్రిక్ మోటారు గురించి మాట్లాడుతాము). ఎలక్ట్రిక్ మోటారు, దాని నియంత్రణ వ్యవస్థ మరియు మోటారు షాఫ్ట్ నుండి ఉత్పాదక యంత్రాంగానికి కదలికను ప్రసారం చేసే యాంత్రిక పరికరం ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ సిస్టమ్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.
మోటారు భ్రమణ వేగం యొక్క నియంత్రణ కారణంగా వైండింగ్‌లలో కనీస విద్యుత్ నష్టాలు ఉండటం, ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వోల్టేజ్లో ఏకరీతి పెరుగుదల కారణంగా సజావుగా ప్రారంభమయ్యే అవకాశం - ఇవి ఎలక్ట్రిక్ మోటారుల ప్రభావవంతమైన నియంత్రణ యొక్క ప్రధాన ప్రతిపాదనలు.
అన్నింటికంటే, గతంలో ఇంజిన్ నియంత్రణ పద్ధతులు ఉన్నాయి మరియు ఇప్పటికీ ఉన్నాయి:
- మోటారు వైండింగ్ సర్క్యూట్‌లలో అదనపు క్రియాశీల ప్రతిఘటనలను పరిచయం చేయడం ద్వారా రియోస్టాటిక్ ఫ్రీక్వెన్సీ నియంత్రణ, కాంటాక్టర్లచే వరుసగా షార్ట్ సర్క్యూట్ చేయబడింది;
- స్టేటర్ టెర్మినల్స్ వద్ద వోల్టేజ్లో మార్పు, అటువంటి వోల్టేజ్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరంగా మరియు పారిశ్రామిక AC నెట్వర్క్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీకి సమానంగా ఉంటుంది;
- స్టేటర్ వైండింగ్ యొక్క పోల్ జతల సంఖ్యను మార్చడం ద్వారా దశ నియంత్రణ.
కానీ ఈ మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ నియంత్రణ యొక్క ఇతర పద్ధతులు వాటితో ప్రధాన లోపంగా ఉంటాయి - విద్యుత్ శక్తి యొక్క గణనీయమైన నష్టాలు, మరియు దశల నియంత్రణ, నిర్వచనం ప్రకారం, తగినంత సౌకర్యవంతమైన పద్ధతి కాదు.
నష్టాలు తప్పవా?
అసమకాలిక ఎలక్ట్రిక్ మోటారులో సంభవించే విద్యుత్ నష్టాలపై మరింత వివరంగా నివసిద్దాం.
ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ యొక్క ఆపరేషన్ అనేక విద్యుత్ మరియు యాంత్రిక పరిమాణాల ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది.
విద్యుత్ పరిమాణంలో ఇవి ఉన్నాయి:
- మెయిన్స్ వోల్టేజ్,
- మోటార్ కరెంట్,
- అయస్కాంత ప్రవాహం,
- ఎలక్ట్రోమోటివ్ ఫోర్స్ (EMF).
ప్రధాన యాంత్రిక పరిమాణాలు:
- భ్రమణ వేగం n (rpm),
- ఇంజిన్ యొక్క భ్రమణ టార్క్ M (N•m),
- ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ P (W) యొక్క యాంత్రిక శక్తి, టార్క్ మరియు భ్రమణ వేగం యొక్క ఉత్పత్తి ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది: P=(M•n)/(9,55).
భ్రమణ చలనం యొక్క వేగాన్ని సూచించడానికి, భ్రమణ ఫ్రీక్వెన్సీ nతో పాటు, భౌతికశాస్త్రం నుండి తెలిసిన మరొక పరిమాణం ఉపయోగించబడుతుంది - కోణీయ వేగం ω, ఇది సెకనుకు రేడియన్‌లలో వ్యక్తీకరించబడుతుంది (రాడ్/సె). కోణీయ వేగం ω మరియు భ్రమణ ఫ్రీక్వెన్సీ n మధ్య కింది సంబంధం ఉంది:
ఫార్ములా ఏ రూపాన్ని తీసుకుంటుందో పరిగణనలోకి తీసుకుంటే:
ఇంజిన్ టార్క్ M దాని రోటర్ n యొక్క భ్రమణ వేగంపై ఆధారపడటాన్ని ఎలక్ట్రిక్ మోటారు యొక్క యాంత్రిక లక్షణం అంటారు. ఒక అసమకాలిక యంత్రం పనిచేసేటప్పుడు, విద్యుదయస్కాంత శక్తి అని పిలవబడేది స్టేటర్ నుండి రోటర్‌కు విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించి గాలి ఖాళీ ద్వారా ప్రసారం చేయబడుతుందని గమనించండి:
ఈ శక్తిలో కొంత భాగం వ్యక్తీకరణ (2) ప్రకారం యాంత్రిక శక్తి రూపంలో రోటర్ షాఫ్ట్‌కు ప్రసారం చేయబడుతుంది మరియు మిగిలినవి రోటర్ సర్క్యూట్ యొక్క మూడు దశల క్రియాశీల ప్రతిఘటనలలో నష్టాల రూపంలో విడుదల చేయబడతాయి.
ఎలక్ట్రికల్ అని పిలువబడే ఈ నష్టాలు వీటికి సమానం:
అందువలన, విద్యుత్ నష్టాలు వైండింగ్ల గుండా వెళుతున్న ప్రస్తుత చతురస్రం ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి.
అవి అసమకాలిక మోటార్ యొక్క లోడ్ ద్వారా ఎక్కువగా నిర్ణయించబడతాయి. ఎలక్ట్రికల్ వాటిని మినహాయించి, అన్ని ఇతర రకాల నష్టాలు లోడ్‌తో తక్కువ గణనీయంగా మారుతాయి.
అందువల్ల, భ్రమణ వేగం నియంత్రించబడినప్పుడు అసమకాలిక మోటార్ యొక్క విద్యుత్ నష్టాలు ఎలా మారతాయో పరిశీలిద్దాం.
ఎలక్ట్రిక్ మోటారు యొక్క రోటర్ వైండింగ్‌లో నేరుగా విద్యుత్ నష్టాలు యంత్రం లోపల వేడి రూపంలో విడుదల చేయబడతాయి మరియు అందువల్ల దాని వేడిని నిర్ణయిస్తాయి. సహజంగానే, రోటర్ సర్క్యూట్లో ఎక్కువ విద్యుత్ నష్టాలు, ఇంజిన్ యొక్క తక్కువ సామర్థ్యం, తక్కువ ఆర్థిక దాని ఆపరేషన్.
స్టేటర్ నష్టాలు రోటర్ నష్టాలకు సుమారుగా అనులోమానుపాతంలో ఉన్నాయని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, రోటర్లో విద్యుత్ నష్టాలను తగ్గించాలనే కోరిక మరింత అర్థమవుతుంది. ఇంజిన్ వేగాన్ని నియంత్రించే ఆ పద్ధతి ఆర్థికంగా ఉంటుంది, దీనిలో రోటర్లో విద్యుత్ నష్టాలు చాలా తక్కువగా ఉంటాయి.
వ్యక్తీకరణల విశ్లేషణ నుండి మోటారులను నియంత్రించడానికి అత్యంత పొదుపు మార్గం సింక్రోనస్‌కు దగ్గరగా ఉన్న రోటర్ వేగంతో ఉంటుంది.
వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్‌లు
వేరియబుల్-ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్‌లు (VFDలు), ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్లు (FCలు) అని కూడా పిలువబడే ఇన్‌స్టాలేషన్‌లు. ఈ సెట్టింగులు ఎలక్ట్రిక్ మోటారుకు సరఫరా చేయబడిన మూడు-దశల వోల్టేజ్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వ్యాప్తిని మార్చడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తాయి, దీని కారణంగా నియంత్రణ యంత్రాంగాల ఆపరేటింగ్ మోడ్‌లలో సౌకర్యవంతమైన మార్పు సాధించబడుతుంది.
అధిక వోల్టేజ్ వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్
VFD డిజైన్
ఇప్పటికే ఉన్న ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ల సంక్షిప్త వివరణ ఇక్కడ ఉంది.
నిర్మాణాత్మకంగా, కన్వర్టర్ క్రియాత్మకంగా సంబంధిత బ్లాక్‌లను కలిగి ఉంటుంది: ఇన్‌పుట్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ బ్లాక్ (ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ క్యాబినెట్); బహుళ-స్థాయి ఇన్వర్టర్ (ఇన్వర్టర్ క్యాబినెట్) మరియు సమాచార ఇన్‌పుట్ మరియు డిస్‌ప్లే యూనిట్ (నియంత్రణ మరియు రక్షణ క్యాబినెట్)తో కూడిన నియంత్రణ మరియు రక్షణ వ్యవస్థ.
ఇన్‌పుట్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ క్యాబినెట్ మూడు-దశల విద్యుత్ సరఫరా నుండి శక్తిని బహుళ-వైండింగ్ ఇన్‌పుట్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌కు బదిలీ చేస్తుంది, ఇది తగ్గిన వోల్టేజ్‌ను బహుళ-స్థాయి ఇన్వర్టర్‌కు పంపిణీ చేస్తుంది.
ఒక బహుళస్థాయి ఇన్వర్టర్ ఏకీకృత కణాలను కలిగి ఉంటుంది - కన్వర్టర్లు. కణాల సంఖ్య నిర్దిష్ట డిజైన్ మరియు తయారీదారుచే నిర్ణయించబడుతుంది. ప్రతి సెల్ ఆధునిక IGBT ట్రాన్సిస్టర్‌లను (ఇన్సులేటెడ్ గేట్ బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్) ఉపయోగించి బ్రిడ్జ్ వోల్టేజ్ ఇన్వర్టర్‌తో రెక్టిఫైయర్ మరియు DC లింక్ ఫిల్టర్‌తో అమర్చబడి ఉంటుంది. ఇన్‌పుట్ AC కరెంట్ మొదట సరిదిద్దబడింది మరియు సాలిడ్-స్టేట్ ఇన్వర్టర్‌ని ఉపయోగించి సర్దుబాటు చేయగల ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వోల్టేజ్‌తో ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్‌గా మార్చబడుతుంది.
నియంత్రిత ఆల్టర్నేటింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క మూలాలు సిరీస్‌లో లింక్‌లుగా అనుసంధానించబడి, వోల్టేజ్ దశను ఏర్పరుస్తాయి. ఒక అసమకాలిక మోటార్ కోసం మూడు-దశల అవుట్పుట్ పవర్ సిస్టమ్ నిర్మాణం "STAR" సర్క్యూట్ ప్రకారం లింక్లను కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా నిర్వహించబడుతుంది.
రక్షణ నియంత్రణ వ్యవస్థ నియంత్రణ మరియు రక్షణ క్యాబినెట్‌లో ఉంది మరియు కన్వర్టర్ యొక్క స్వంత పవర్ సోర్స్, ఇన్ఫర్మేషన్ ఇన్‌పుట్/అవుట్పుట్ పరికరం మరియు కన్వర్టర్ యొక్క ఎలక్ట్రికల్ ఆపరేటింగ్ మోడ్‌ల ప్రాథమిక సెన్సార్ల నుండి విద్యుత్ సరఫరా వ్యవస్థతో మల్టీఫంక్షనల్ మైక్రోప్రాసెసర్ యూనిట్ ద్వారా ప్రాతినిధ్యం వహిస్తుంది.
పొదుపు సంభావ్యత: కలిసి లెక్కించడం
మిత్సుబిషి ఎలక్ట్రిక్ అందించిన డేటా ఆధారంగా, ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్‌లను పరిచయం చేసేటప్పుడు మేము శక్తిని ఆదా చేసే సామర్థ్యాన్ని అంచనా వేస్తాము.
మొదట, వివిధ ఇంజిన్ నియంత్రణ మోడ్‌లలో పవర్ ఎలా మారుతుందో చూద్దాం:
ఇప్పుడు గణన యొక్క ఉదాహరణను ఇద్దాం.
ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ సామర్థ్యం: 96,5%;
వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్ సామర్థ్యం: 97%;
నామమాత్రపు వాల్యూమ్‌లో ఫ్యాన్ షాఫ్ట్ పవర్: 1100 kW;
ఫ్యాన్ లక్షణాలు: H=1,4 p.u. వద్ద Q=0;
సంవత్సరానికి పూర్తి పని సమయం: 11 h.
షెడ్యూల్ ప్రకారం ఫ్యాన్ ఆపరేటింగ్ మోడ్‌లు:
గ్రాఫ్ నుండి మేము ఈ క్రింది డేటాను పొందుతాము:
100% గాలి వినియోగం - సంవత్సరానికి 20% ఆపరేటింగ్ సమయం;
70% గాలి వినియోగం - సంవత్సరానికి 50% ఆపరేటింగ్ సమయం;
50% గాలి వినియోగం - సంవత్సరానికి 30% ఆపరేటింగ్ సమయం.
మోటారు వేగాన్ని (VFDతో కలిపి ఆపరేషన్) నియంత్రించే సామర్థ్యంతో రేట్ చేయబడిన లోడ్ మరియు ఆపరేషన్‌లో ఆపరేషన్ మధ్య పొదుపులు సమానంగా ఉంటాయి:
7 kWh/సంవత్సరం - 446 kWh/సంవత్సరం= 400 kWh/సంవత్సరం
1 kWh / 5,5 రూబిళ్లు సమానమైన విద్యుత్ సుంకాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుందాం. మొదటి ధర వర్గం మరియు 2019 కోసం ప్రిమోర్స్కీ టెరిటరీ యొక్క పారిశ్రామిక సంస్థలలో ఒకదానికి సగటు విలువ ప్రకారం ఖర్చు తీసుకోబడుతుందని గమనించాలి.
పొదుపులను ద్రవ్య పరంగా పొందండి:
3 kWh/సంవత్సరం*600 రబ్/kWh= 000 రబ్/సంవత్సరం
అటువంటి ప్రాజెక్టులను అమలు చేసే అభ్యాసం, ఆపరేషన్ మరియు మరమ్మత్తుల ఖర్చులు, అలాగే ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ల ఖర్చులను పరిగణనలోకి తీసుకుని, 3 సంవత్సరాల తిరిగి చెల్లించే వ్యవధిని సాధించడానికి అనుమతిస్తుంది.
గణాంకాలు చూపినట్లుగా, VFDలను ప్రవేశపెట్టే ఆర్థిక సాధ్యాసాధ్యాలపై ఎటువంటి సందేహం లేదు. అయితే, వాటి అమలు ప్రభావం ఆర్థిక వ్యవస్థకు మాత్రమే పరిమితం కాదు. VFDలు ఇంజిన్‌ను సజావుగా ప్రారంభిస్తాయి, దాని దుస్తులను గణనీయంగా తగ్గిస్తాయి, అయితే నేను దీని గురించి తదుపరిసారి మాట్లాడతాను.
మూలం: www.habr.com