Endüstride, pompalama, kompresör, havalandırma ve diğer tesisatlarda elektriğin %60'ından fazlası asenkron elektrikli sürücüler tarafından tüketilmektedir. Bu, en basit ve dolayısıyla en ucuz ve en güvenilir motor türüdür.
Çeşitli endüstriyel üretimlerin teknolojik süreci, herhangi bir aktüatörün dönüş hızında esnek değişiklikler gerektirir. Elektronik ve bilgisayar teknolojisinin hızla gelişmesinin yanı sıra elektrik kayıplarını azaltma isteği sayesinde, çeşitli tipteki elektrik motorlarının ekonomik kontrolüne yönelik cihazlar ortaya çıkmıştır. Bu yazıda bir elektrikli sürücünün en verimli kontrolünün nasıl sağlanacağından bahsedeceğiz. Bir şirkette çalışmak (şirket grubu ), Müşterilerimizin enerji verimliliğine giderek daha fazla önem verdiklerini görüyorum.
Üretim ve proses tesisleri tarafından tüketilen elektrik enerjisinin çoğu, bir tür mekanik işi gerçekleştirmek için kullanılır. Çeşitli üretim ve teknolojik mekanizmaların çalışma parçalarını tahrik etmek için ağırlıklı olarak sincap kafesli rotorlu asenkron elektrik motorları kullanılır (gelecekte bu tip elektrik motoru hakkında konuşacağız). Elektrik motorunun kendisi, kontrol sistemi ve hareketi motor milinden üretim mekanizmasına ileten mekanik cihaz, bir elektrikli tahrik sistemi oluşturur.
Motorun dönme hızının düzenlenmesi nedeniyle sargılarda minimum elektrik kaybının bulunması, frekans ve voltajda eşit bir artış nedeniyle düzgün bir çalıştırma olasılığı - bunlar elektrik motorlarının etkili kontrolünün ana varsayımlarıdır.
Sonuçta, daha önce aşağıdaki gibi motor kontrol yöntemleri vardı ve hala da mevcut:
- kontaktörler tarafından sırayla kısa devre yaptırılan motor sargı devrelerine ek aktif dirençler ekleyerek reostatik frekans kontrolü;
- stator terminallerindeki voltaj değişimi, bu voltajın frekansı sabit ve endüstriyel AC ağının frekansına eşitken;
- stator sargısının kutup çiftlerinin sayısını değiştirerek adım düzenlemesi.
Ancak bu ve diğer frekans düzenleme yöntemleri, ana dezavantajı beraberinde getirir - önemli miktarda elektrik enerjisi kaybı ve adım düzenlemesi, tanım gereği yeterince esnek bir yöntem değildir.
Kayıplar kaçınılmaz mı?
Asenkron bir elektrik motorunda meydana gelen elektrik kayıpları üzerinde daha detaylı duralım.
Bir elektrikli sürücünün çalışması bir dizi elektriksel ve mekanik büyüklükle karakterize edilir.
Elektriksel büyüklükler şunları içerir:
- şebeke voltajı,
- motor akımı,
- manyetik akı,
- elektromotor kuvveti (EMF).
Ana mekanik büyüklükler şunlardır:
- dönüş hızı n (rpm),
- motorun dönme torku M (N•m),
- elektrik motorunun mekanik gücü P(W), tork ve dönme hızının çarpımı ile belirlenir: P=(M•n)/(9,55).
Dönme hareketinin hızını belirtmek için, dönme frekansı n ile birlikte, fizikten bilinen başka bir nicelik kullanılır - saniyedeki radyan (rad/s) cinsinden ifade edilen açısal hız ω. Açısal hız ω ile dönme frekansı n arasında aşağıdaki ilişki vardır:
formülün hangi formu aldığını dikkate alarak:
Motor torkunun M rotorunun dönme hızına n bağımlılığına elektrik motorunun mekanik özelliği denir. Asenkron bir makine çalıştığında, elektromanyetik güç olarak adlandırılan gücün, bir elektromanyetik alan kullanılarak hava boşluğu yoluyla statordan rotora iletildiğini unutmayın:
Bu gücün bir kısmı, ifade (2)'ye göre mekanik güç şeklinde rotor miline iletilir ve geri kalanı, rotor devresinin her üç fazının aktif dirençlerindeki kayıplar şeklinde serbest bırakılır.
Elektriksel olarak adlandırılan bu kayıplar şuna eşittir:
Böylece elektriksel kayıplar, sargılardan geçen akımın karesi ile belirlenir.
Bunlar büyük ölçüde asenkron motorun yüküne göre belirlenir. Elektriksel olanlar hariç diğer tüm kayıp türleri yüke göre daha az değişir.
Bu nedenle, asenkron bir motorun elektrik kayıplarının dönüş hızı kontrol edildiğinde nasıl değiştiğini düşünelim.
Bir elektrik motorunun rotor sargısındaki doğrudan elektrik kayıpları, makinenin içinde ısı şeklinde açığa çıkar ve dolayısıyla ısınmasını belirler. Açıkçası, rotor devresindeki elektrik kayıpları ne kadar büyük olursa, motorun verimliliği o kadar düşük olur, çalışması o kadar az ekonomik olur.
Stator kayıplarının yaklaşık olarak rotor kayıpları ile orantılı olduğu göz önüne alındığında, rotordaki elektriksel kayıpların azaltılması isteği daha da anlaşılır hale gelmektedir. Motor devrini düzenlemeye yönelik bu yöntem ekonomiktir ve rotordaki elektrik kayıpları nispeten küçüktür.
İfadelerin analizinden, motorları kontrol etmenin en ekonomik yolunun senkronizeye yakın bir rotor hızında olduğu anlaşılmaktadır.
Değişken Frekanslı Sürücüler
Frekans dönüştürücüler (FC'ler) olarak da adlandırılan değişken frekanslı sürücüler (VFD'ler) gibi kurulumlar. Bu ayarlar, elektrik motoruna sağlanan üç fazlı voltajın frekansını ve genliğini değiştirmenize olanak tanır, bu sayede kontrol mekanizmalarının çalışma modlarında esnek bir değişiklik elde edilir.
Yüksek Gerilim Değişken Frekanslı Sürücü
VFD tasarımı
Burada mevcut frekans dönüştürücülerin kısa bir açıklaması bulunmaktadır.
Yapısal olarak dönüştürücü, işlevsel olarak ilgili bloklardan oluşur: giriş transformatör bloğu (transformatör kabini); çok seviyeli bir invertör (invertör kabini) ve bilgi giriş ve görüntüleme ünitesine (kontrol ve koruma kabini) sahip bir kontrol ve koruma sistemi.
Giriş transformatörü kabini, enerjiyi üç fazlı güç kaynağından, azaltılmış voltajı çok seviyeli bir invertöre dağıtan çok sargılı bir giriş transformatörüne aktarır.
Çok seviyeli bir invertör, birleşik hücrelerden - dönüştürücülerden oluşur. Hücre sayısı özel tasarım ve üretici tarafından belirlenir. Her hücre, modern IGBT transistörleri (yalıtımlı geçit bipolar transistörü) kullanan bir köprü voltaj invertörlü bir doğrultucu ve bir DC bağlantı filtresiyle donatılmıştır. Giriş AC akımı başlangıçta düzeltilir ve daha sonra bir katı hal invertörü kullanılarak ayarlanabilir frekans ve voltajla alternatif akıma dönüştürülür.
Ortaya çıkan kontrollü alternatif voltaj kaynakları seri olarak bağlantılara bağlanarak bir voltaj fazı oluşturur. Asenkron bir motor için üç fazlı çıkış güç sisteminin yapısı, bağlantıların "STAR" devresine göre bağlanmasıyla gerçekleştirilir.
Koruma kontrol sistemi, kontrol ve koruma kabininde bulunur ve dönüştürücünün kendi güç kaynağından gelen güç kaynağı sistemine sahip çok işlevli bir mikroişlemci ünitesi, bir bilgi giriş/çıkış cihazı ve dönüştürücünün elektriksel çalışma modlarının birincil sensörleri ile temsil edilir.
Tasarruf potansiyeli: birlikte sayma
Mitsubishi Electric tarafından sağlanan verilere dayanarak frekans dönüştürücüleri piyasaya sürerken enerji tasarrufu potansiyelini değerlendireceğiz.
İlk olarak, farklı motor kontrol modlarında gücün nasıl değiştiğini görelim:
Şimdi bir hesaplama örneği verelim.
Elektrik motorunun verimliliği: %96,5;
Değişken frekanslı sürücü verimliliği: %97;
Nominal hacimde fan mili gücü: 1100 kW;
Fan özellikleri: H=1,4 p.u. at S=0;
Yıllık tam çalışma süresi: 8000 saat.
Programa göre fan çalışma modları:
Grafikten aşağıdaki verileri elde ediyoruz:
%100 hava tüketimi – yıllık çalışma süresinin %20'si;
%70 hava tüketimi – yıllık çalışma süresinin %50'si;
%50 hava tüketimi – yıllık çalışma süresinin %30'u.
Nominal yükte çalışma ile motor hızının kontrol edilebildiği çalışma (VFD ile birlikte çalışma) arasındaki tasarruf şuna eşittir:
7 kWh/yıl - 446 kWh/yıl= 400 kWh/yıl
1 kWh / 5,5 rubleye eşit elektrik tarifesini dikkate alalım. Maliyetin, ilk fiyat kategorisine ve Primorsky Bölgesi'ndeki sanayi kuruluşlarından birinin 2019 yılı ortalama değerine göre alındığını belirtmekte fayda var.
Tasarrufları parasal açıdan ele alalım:
3 kWh/yıl*600 rub/kWh= 000 rub/yıl
Bu tür projelerin uygulanması, işletme ve onarım maliyetlerinin yanı sıra frekans dönüştürücülerin kendi maliyetlerini de hesaba katarak 3 yıllık bir geri ödeme süresi elde edilmesini sağlar.
Rakamların da gösterdiği gibi, VFD'leri uygulamaya koymanın ekonomik fizibilitesi konusunda hiçbir şüphe yoktur. Ancak bunların uygulanmasının etkisi yalnızca ekonomiyle sınırlı değildir. VFD'ler motoru sorunsuz bir şekilde çalıştırarak aşınmasını önemli ölçüde azaltır, ancak bir dahaki sefere bunun hakkında konuşacağım.
Kaynak: habr.com