పరిశ్రమలో, పంపులు, కంప్రెసర్లు, వెంటిలేషన్ వ్యవస్థలు మరియు ఇతర యూనిట్లలోని అసింక్రోనస్ ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ల ద్వారా 60% కంటే ఎక్కువ విద్యుత్ వినియోగించబడుతుంది. ఇది అత్యంత సరళమైనది, అందువల్ల చౌకైనది మరియు అత్యంత విశ్వసనీయమైన మోటార్ రకం.
వివిధ పారిశ్రామిక ప్రక్రియలకు యాక్చుయేటర్ల యొక్క అనువైన వేగ నియంత్రణ అవసరం. ఎలక్ట్రానిక్ మరియు కంప్యూటింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క వేగవంతమైన అభివృద్ధి, అలాగే శక్తి నష్టాలను తగ్గించాలనే కోరిక కారణంగా, వివిధ రకాల ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లను సమర్థవంతంగా నియంత్రించడానికి పరికరాలు అందుబాటులోకి వచ్చాయి. ఈ వ్యాసం ఒక ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ను అత్యంత సమర్థవంతంగా ఎలా నియంత్రించాలో చర్చిస్తుంది. ఒక కంపెనీలో పనిచేయడం (కంపెనీల సమూహం) మన వినియోగదారులు ఇంధన సామర్థ్యంపై ఎక్కువగా దృష్టి సారిస్తున్నారని నేను గమనిస్తున్నాను.
పారిశ్రామిక మరియు ప్రక్రియ పరికరాలు వినియోగించే విద్యుత్ శక్తిలో అధిక భాగం ఏదో ఒక రకమైన యాంత్రిక పనిని చేయడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. వివిధ పారిశ్రామిక మరియు ప్రక్రియ యంత్రాంగాలలోని పని చేసే భాగాలను నడపడానికి, స్క్విరెల్-కేజ్ రోటర్తో కూడిన అసింక్రోనస్ ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లను ప్రధానంగా ఉపయోగిస్తారు (ఈ రకమైన ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ గురించి తరువాత చర్చించబడుతుంది). ఎలక్ట్రిక్ మోటార్, దాని నియంత్రణ వ్యవస్థ, మరియు మోటార్ షాఫ్ట్ నుండి ఉత్పత్తి యంత్రాంగానికి చలనాన్ని ప్రసారం చేసే యాంత్రిక పరికరం కలిసి ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ సిస్టమ్ను ఏర్పరుస్తాయి.
మోటారు భ్రమణ పౌనఃపున్యాన్ని నియంత్రించడం వల్ల వైండింగ్లలో శక్తి నష్టాలు కనిష్టంగా ఉండటం, పౌనఃపున్యం మరియు వోల్టేజ్ను ఏకరీతిగా పెంచడం వల్ల సజావుగా ప్రారంభమయ్యే అవకాశం ఉండటం - ఇవి ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ల సమర్థవంతమైన నియంత్రణ యొక్క ప్రాథమిక సూత్రాలు.
ఏమైనప్పటికీ, గతంలో మరియు ఇప్పటికీ ఇంజిన్ నియంత్రణకు ఈ క్రింది పద్ధతులు ఉన్నాయి:
- మోటార్ వైండింగ్ సర్క్యూట్లలో అదనపు యాక్టివ్ రెసిస్టెన్స్లను ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా రియోస్టాట్ ఫ్రీక్వెన్సీ రెగ్యులేషన్, కాంటాక్టర్ల ద్వారా వరుసగా షార్ట్-సర్క్యూట్ చేయబడుతుంది;
- స్టేటర్ టెర్మినల్స్ వద్ద వోల్టేజ్లో మార్పు, అయితే అటువంటి వోల్టేజ్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు పారిశ్రామిక ప్రత్యావర్తన విద్యుత్ నెట్వర్క్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీకి సమానంగా ఉంటుంది;
- స్టేటర్ వైండింగ్ యొక్క పోల్ జతల సంఖ్యను మార్చడం ద్వారా స్టెప్ రెగ్యులేషన్.
కానీ ఈ మరియు ఇతర ఫ్రీక్వెన్సీ నియంత్రణ పద్ధతులకు ఒక పెద్ద లోపం ఉంది - అదేంటంటే, విద్యుత్ శక్తి గణనీయంగా నష్టపోవడం, మరియు స్టెప్ రెగ్యులేషన్ అనేది, నిర్వచనం ప్రకారం, తగినంత సౌకర్యవంతమైన పద్ధతి కాదు.
నష్టాలు అనివార్యమా?
అసింక్రోనస్ ఎలక్ట్రిక్ మోటార్లో సంభవించే విద్యుత్ నష్టాల గురించి మరింత వివరంగా చర్చిద్దాం.
ఎలక్ట్రిక్ డ్రైవ్ యొక్క పనితీరు అనేక విద్యుత్ మరియు యాంత్రిక పరిమాణాలచే వర్గీకరించబడుతుంది.
విద్యుత్ పరిమాణాలలో ఇవి ఉంటాయి:
- నెట్వర్క్ వోల్టేజ్,
- విద్యుత్ మోటార్ కరెంట్,
- అయస్కాంత ప్రవాహం,
- విద్యుత్ చాలక శక్తి (EMF).
ప్రధాన యాంత్రిక పరిమాణాలు:
- భ్రమణ పౌనఃపున్యం n (rpm),
- ఇంజిన్ టార్క్ M (Nm),
- ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ యొక్క యాంత్రిక శక్తి P (W), టార్క్ మరియు భ్రమణ వేగం యొక్క లబ్ధం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది: P=(M•n)/(9,55).
భ్రమణ పౌనఃపున్యం n తో పాటు, భౌతిక శాస్త్రంలో సుపరిచితమైన మరొక రాశి అయిన కోణీయ వేగం ω ను భ్రమణ చలనం యొక్క వేగాన్ని సూచించడానికి ఉపయోగిస్తారు. దీనిని రేడియన్లు ప్రతి సెకనుకు (rad/s) లో వ్యక్తపరుస్తారు. కోణీయ వేగం ω మరియు భ్రమణ పౌనఃపున్యం n మధ్య ఈ క్రింది సంబంధం ఉంటుంది:
దీనిని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే సూత్రం ఈ రూపాన్ని తీసుకుంటుంది:
మోటారు యొక్క టార్క్ M మరియు దాని రోటర్ వేగం n మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని ఎలక్ట్రిక్ మోటారు యొక్క యాంత్రిక లక్షణం అంటారు. ఒక అసింక్రోనస్ యంత్రం పనిచేస్తున్నప్పుడు, విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా గాలి అంతరం గుండా స్టేటర్ నుండి రోటర్కు విద్యుదయస్కాంత శక్తి బదిలీ చేయబడుతుందని గమనించండి:
ఈ శక్తిలో కొంత భాగం సమీకరణం (2) ప్రకారం యాంత్రిక శక్తి రూపంలో రోటర్ షాఫ్ట్కు ప్రసారం చేయబడుతుంది మరియు మిగిలినది రోటర్ సర్క్యూట్ యొక్క మూడు దశల క్రియాశీల నిరోధకతలలో నష్టాల రూపంలో విడుదల చేయబడుతుంది.
విద్యుత్ నష్టాలు అని పిలువబడే ఈ నష్టాలు దీనికి సమానం:
ఈ విధంగా, వైండింగ్ల గుండా ప్రవహించే కరెంట్ యొక్క వర్గం ద్వారా విద్యుత్ నష్టాలు నిర్ణయించబడతాయి.
అవి ప్రధానంగా అసింక్రోనస్ మోటార్పై ఉన్న లోడ్ ద్వారా నిర్ణయించబడతాయి. విద్యుత్ నష్టాలు మినహా, మిగతా అన్ని రకాల నష్టాలు లోడ్తో అంతగా మారవు.
అందువల్ల, భ్రమణ వేగాన్ని నియంత్రించేటప్పుడు అసింక్రోనస్ మోటార్ యొక్క విద్యుత్ నష్టాలు ఎలా మారుతాయో పరిశీలిద్దాం.
ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ యొక్క రోటర్ వైండింగ్లో నేరుగా జరిగే విద్యుత్ నష్టాలు యంత్రం లోపల వేడిగా విడుదలవుతాయి, అందువల్లనే అది వేడెక్కుతుంది. స్పష్టంగా, రోటర్ సర్క్యూట్లో విద్యుత్ నష్టాలు ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, మోటార్ సామర్థ్యం అంత తక్కువగా ఉంటుంది మరియు దాని నిర్వహణ అంత తక్కువ పొదుపుగా ఉంటుంది.
స్టేటర్ నష్టాలు సుమారుగా రోటర్ నష్టాలకు అనుపాతంలో ఉంటాయని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, రోటర్లోని విద్యుత్ నష్టాలను తగ్గించాలనే కోరిక మరింత అర్థవంతంగా ఉంటుంది. రోటర్లోని విద్యుత్ నష్టాలను సాపేక్షంగా తక్కువగా ఉంచే మోటార్ వేగ నియంత్రణ పద్ధతి ఆర్థికంగా లాభదాయకమైనది.
సమీకరణాల విశ్లేషణ నుండి, మోటార్లను నియంత్రించడానికి అత్యంత పొదుపైన మార్గం రోటర్ వేగాన్ని సింక్రోనస్ వేగానికి దగ్గరగా ఉంచడమే అని తెలుస్తుంది.
వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్లు
వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్లు (VFDలు), వీటిని ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్లు (FCలు) అని కూడా పిలుస్తారు, పంపింగ్, వెంటిలేషన్ పరికరాలు, కన్వేయర్ వ్యవస్థలు, విద్యుత్ ఉత్పాదన కేంద్రాలు (CHPలు, TPPలు మొదలైనవి) ఉపయోగించే వివిధ పరిశ్రమలలో సర్వసాధారణంగా మారాయి. ఈ యూనిట్లు ఎలక్ట్రిక్ మోటారుకు సరఫరా చేయబడిన త్రీ-ఫేజ్ వోల్టేజ్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు ఆంప్లిట్యూడ్ను అనువుగా మార్చడానికి అనుమతిస్తాయి, తద్వారా నియంత్రణ యంత్రాంగం యొక్క ఆపరేటింగ్ మోడ్లను సాధించవచ్చు.
అధిక-వోల్టేజ్ వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్
VFD యొక్క రూపకల్పన
ప్రస్తుతం ఉన్న ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ల గురించి క్లుప్తంగా వివరిద్దాం.
నిర్మాణాత్మకంగా, కన్వర్టర్ క్రియాత్మకంగా అనుసంధానించబడిన యూనిట్లను కలిగి ఉంటుంది: ఒక ఇన్పుట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ యూనిట్ (ట్రాన్స్ఫార్మర్ క్యాబినెట్); ఒక మల్టీ-లెవల్ ఇన్వర్టర్ (ఇన్వర్టర్ క్యాబినెట్) మరియు సమాచారం కోసం ఒక ఇన్పుట్ మరియు డిస్ప్లే యూనిట్తో కూడిన నియంత్రణ మరియు రక్షణ వ్యవస్థ (నియంత్రణ మరియు రక్షణ క్యాబినెట్).
ఇన్పుట్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ క్యాబినెట్లో, ఇన్పుట్ మల్టీ-వైండింగ్ ట్రాన్స్ఫార్మర్ ద్వారా త్రీ-ఫేజ్ పవర్ సోర్స్ నుండి శక్తి బదిలీ చేయబడుతుంది, ఇది తగ్గించబడిన వోల్టేజ్ను మల్టీ-లెవల్ ఇన్వర్టర్కు పంపిణీ చేస్తుంది.
మల్టీలెవల్ ఇన్వర్టర్లో ప్రామాణికీకరించిన సెల్స్—కన్వర్టర్లు ఉంటాయి. సెల్స్ సంఖ్య నిర్దిష్ట డిజైన్ మరియు తయారీదారుని బట్టి నిర్ణయించబడుతుంది. ప్రతి సెల్లో ఒక రెక్టిఫైయర్, ఒక DC లింక్ ఫిల్టర్ మరియు ఆధునిక IGBT (ఇన్సులేటెడ్ గేట్ బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్) ట్రాన్సిస్టర్లను ఉపయోగించే బ్రిడ్జ్ వోల్టేజ్ ఇన్వర్టర్ అమర్చబడి ఉంటాయి. ఇన్పుట్ AC కరెంట్ మొదట రెక్టిఫై చేయబడి, ఆపై ఒక సెమీకండక్టర్ ఇన్వర్టర్ను ఉపయోగించి సర్దుబాటు చేయగల ఫ్రీక్వెన్సీ మరియు వోల్టేజ్తో AC కరెంట్గా మార్చబడుతుంది.
ఫలితంగా ఏర్పడిన నియంత్రిత AC వోల్టేజ్ మూలాలను శ్రేణిలో లింకులుగా అనుసంధానించి, ఒక వోల్టేజ్ ఫేజ్ను ఏర్పరుస్తారు. ఈ లింకులను "STAR" కాన్ఫిగరేషన్లో అనుసంధానించడం ద్వారా అసింక్రోనస్ మోటార్ కోసం అవుట్పుట్ త్రీ-ఫేజ్ పవర్ సప్లై సిస్టమ్ను నిర్మిస్తారు.
రక్షణ నియంత్రణ వ్యవస్థ, నియంత్రణ మరియు రక్షణ క్యాబినెట్లో ఉంటుంది మరియు ఇది కన్వర్టర్ యొక్క సొంత విద్యుత్ సరఫరా నుండి విద్యుత్ సరఫరా వ్యవస్థ, ఒక సమాచార ఇన్పుట్/అవుట్పుట్ పరికరం, మరియు కన్వర్టర్ యొక్క విద్యుత్ ఆపరేటింగ్ మోడ్ల కోసం ప్రాథమిక సెన్సార్లతో కూడిన ఒక బహుళ-కార్యాత్మక మైక్రోప్రాసెసర్ యూనిట్ను కలిగి ఉంటుంది.
పొదుపు సామర్థ్యం: కలిసి లెక్కించుకుందాం
మిత్సుబిషి ఎలక్ట్రిక్ అందించిన డేటా ఆధారంగా, ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్లను అమలు చేయడం వల్ల కలిగే శక్తి ఆదా సామర్థ్యాన్ని మేము అంచనా వేస్తాము.
మొదట, వివిధ ఇంజిన్ నియంత్రణ విధానాల కింద శక్తి ఎలా మారుతుందో చూద్దాం:
ఇప్పుడు గణనకు ఒక ఉదాహరణ ఇద్దాం.
విద్యుత్ మోటార్ సామర్థ్యం: 96,5%;
వేరియబుల్ ఫ్రీక్వెన్సీ డ్రైవ్ యొక్క సామర్థ్యం: 97%;
నామమాత్రపు వాల్యూమ్ వద్ద ఫ్యాన్ షాఫ్ట్ పవర్: 1100 kW;
ఫ్యాన్ లక్షణాలు: H=1,4 p.u. వద్ద Q=0;
పూర్తి సమయం సంవత్సరానికి: 11 h.
షెడ్యూల్ ప్రకారం ఫ్యాన్ ఆపరేటింగ్ మోడ్లు:
గ్రాఫ్ నుండి మనకు ఈ క్రింది డేటా లభిస్తుంది:
100% గాలి వినియోగం – సంవత్సరానికి 20% నిర్వహణ సమయం;
70% గాలి వినియోగం – సంవత్సరానికి 50% నిర్వహణ సమయం;
50% గాలి వినియోగం – సంవత్సరానికి 30% నిర్వహణ సమయం.
నామమాత్రపు లోడ్ కింద పనిచేయడానికి మరియు మోటారు వేగాన్ని నియంత్రించే అవకాశంతో పనిచేయడానికి (VFDతో కలిపి పనిచేయడం) మధ్య ఆదా దీనికి సమానం:
7,446,400 kWh/సంవత్సరం - 3,846,400 kWh/సంవత్సరం = 3,600,000 kWh/సంవత్సరం
1 kWh / 5,5 రూబుల్స్ విద్యుత్ టారిఫ్ను పరిగణిద్దాం. ఈ ధర మొదటి ధర వర్గం మరియు 2019లో ప్రిమోర్స్కీ క్రాయ్లోని ఒక పారిశ్రామిక సంస్థ యొక్క సగటు విలువపై ఆధారపడి ఉందని గమనించాలి.
పొదుపును ద్రవ్య రూపంలో తెలుసుకుందాం:
3,600,000 kWh/సంవత్సరం * 5,5 రూబుల్స్/kWh = 19,800,000 రూబుల్స్/సంవత్సరం
నిర్వహణ మరియు మరమ్మతుల ఖర్చులతో పాటు, ఫ్రీక్వెన్సీ కన్వర్టర్ల అసలు ధరను కూడా పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఇటువంటి ప్రాజెక్టులను అమలు చేయడం ద్వారా 3 సంవత్సరాలలో పెట్టుబడిని తిరిగి పొందేందుకు వీలవుతుంది.
గణాంకాలు చూపిస్తున్నట్లుగా, VFDలను అమలు చేయడం ఆర్థికంగా సాధ్యమేననే విషయంలో ఎటువంటి సందేహం లేదు. అయితే, వాటిని అమలు చేయడం వల్ల కలిగే ప్రయోజనాలు ఆర్థిక అంశాలకు మించి ఉన్నాయి. VFDలు మోటారును సజావుగా ప్రారంభించడానికి సహాయపడతాయి, తద్వారా అరుగుదల మరియు తరుగుదలను గణనీయంగా తగ్గిస్తాయి, కానీ దాని గురించి నేను వచ్చేసారి మాట్లాడతాను.
మూలం: www.habr.com
