Статья опубликована в №59 (июль) 2018
Разделы: Электротехника
Размещена 26.06.2018. Последняя правка: 26.06.2018.
Просмотров - 2384

ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ НАГРУЗКИ

Усмонов Шукурилло Юлбарсович

доктор технических наук

Ферганский политехнический институт

доцент

Кучкарова Д.Т., старший преподаватель кафедры Электротехника, электромеханика и электротехнология, Ферганский политехнический институт

УДК 621.34

В мире важную роль имеет повышение эффективности обеспечения технологических машин в отраслях производства бесперебойной и качественной электроэнергией и исследования направленнные на создание энергосберегающих режимов их работы. В этом отношении особое значение уделяется повышению энергоэффективности технологических линий и перекачивающих машин химической промышленности с помощью современных электромеханических и полупроводниковых преобразователей, микропроцессорных средств автоматического контроля и управления.

Особое внимание придаётся разработке технических средств и технологий, обеспечивающих энергосберегающие режимы работы перекачивающих машин регулируемыми электроприводами предприятий химической промышленности. В этой отрасли осуществление научно-исследовательских работ, в том числе, направленных на разработку энергосберегающих технологий насосов с частотно-регулируемыми электроприводами, энергоэффективных режимов работы компрессоров, вентиляторов и их электроприводов, а также создание энергосберегающего электропривода для вентиляторной нагрузки, обеспечивающего минимизацию потерь мощности в асинхронном электродвигателе являются одной из важнейших задач.

В результате обзора и анализа режима работы турбомеханизмов выявлено, что для получения высоких технико-экономических показателей электроприводов для центробежных насосных агрегатов и вентиляторов, наилучшим способом регулирования скорости вращения асинхронных двигателей является частотный метод регулирования, а для турбокомпрессоров – обеспечение плавного пуска высоковольтных синхронных двигателей, способных в наибольшей степени осуществлять экономически целесообразные режимы работы, как в статических, так и в динамических режимах.

Изучение известных критериев оптимизации частотно-регулируемого асинхронного электропривода даёт возможность записать обобщённый комплексный критерий управления приводом в статических режимах:

,             (1)

где с₁,с₂,...,с₆– весовые коэффициенты для частных критериев оптимизации соответственно минимума тока, потерь, нагрева, максимума КПД, коэффициента мощности и их произведения.

Рассмотрены особенности определения энергоэффективных режимов турбомеханизмов с максимальной производительностью путём перевода асинхронных двигателей на частотное регулирование. Экономия электроэнергии и продление срока службы оборудования будут оптимальными при регулировании скорости вращения вниз от номинальной скорости, здесь также снижаются эксплуатационные затраты и обеспечивается ресурсосбережение в перекачивающих машинах.

На основе проведённого анализа эффективности регулирования скорости вращения рабочего колеса насосов определен оптимальный закон управления скорости электропривода насосной установки, обеспечивающий минимум использования электроэнергии при различных значениях расхода перекачиваемой воды.

Полученные количественные соотношения, характеризующие работу выбранного регулируемого электропривода насоса, позволяют рассчитать зависимости электрической мощности потребляемой приводом из сети от протока воды, как при регулировании, так и при постоянстве скорости вращения насоса.

Произведён анализ потерь гидравлической мощности группы насосов, оснащенных регулируемым электроприводом на основе изучения задачи обеспечения энергетического равновесия водопроводной системы. Исследованы зависимости коэффициента потерь гидравлической мощности: а) от частоты питающего напряжения регулируемого насосного агрегата для станции с параллельно работающими насосами от 2 до 6 единиц; б) от соотношения регулируемых и нерегулируемых насосов, работающих параллельно при различных значениях частоты питающего напряжения регулируемых насосов. Показано, что рациональное соотношение регулируемых и нерегулируемых насосов составляет 1/2 или 1/3.

Проведенные расчеты позволили разработать структуру энергетически эффективной насосной станции, которая характеризуется приемлемой стоимостью оборудования и минимальными энергетическими затратами на поддержание заданного давления на коллекторе. В состав станции входят две группы насосов по два агрегата. При одновременной работе двух насосов управление всегда производится от двух ПЧ. Увеличение стоимости оборудования данной станции окупается за счет дополнительной экономии электроэнергии, для насосов мощностью 30,0 кВт срок окупаемости составляет 1,2…1,8 года, для насосов мощностью 132,0 кВт – 1,0…1,6 года.

 Представлена схема пуска высоковольтных электродвигателей воздуходувных агрегатов с использованием устройства плавного пуска. На рис.1 приведены графики изменения во времени пусковых потерь электроэнергии при плавном пуске ΔW_у.п. для штатного режима (кривая 1) и в режиме глубокого дросселирования (кривая 2). При этом потери энергии при плавном пуске ΔW_у.п. отнесены к потерям энергии при прямом пуске ΔW_п.п. Для сравнения на графике также приведена кривая 3 зависимости потерь энергии данного двигателя при постоянном моменте нагрузки на валу, равном номинальному, т.е. М_с = М_н.

Графики достаточно чётко показывают минимум потерь электроэнергии, вызванный снижением колебательности процессов в момент времени 0,02…0,04 c (один-два периода частоты напряжения сети) потери снижаются на 15% по сравнению с потерями прямого пуска. В дальнейшем общие электрические потери возрастают за счет увеличения времени работы двигателя на пониженных скоростях.

Для случая плавного пуска с глубоким дросселированием (кривая 2) эффект уменьшения потерь энергии проявляется существеннее за счет расширения временной зоны, в течение которой потери энергии меньше пусковых. 

Рис. 1. Графики пусковых потерь электроэнергии двигателя при плавном пуске

Однако точка минимума потерь энергии практически не меняется. Примерный расчет экономического эффекта от внедрения энергосберегающих режимов произведен для предприятия с непрерывным производственным циклом – завода по производству минеральных удобрений. Внедрение энергосберегающих режимов компрессоров в производстве сжатого воздуха и их электроприводов дает возможность получить экономию электроэнергии от 10 до 15% от номинальной потребляемой энергии на один агрегат, при этом суммарная экономия электроэнергии для приведенного примера составит свыше 8,0 млн. кВт·ч в год.

Дымососы котельных агрегатов относятся к одним из наиболее эффективных объектов применения частотного управления. Здесь потребляемая мощность двигателям электропривода дымососа в зависимости от производительности котла и разрежения в газоходе котла будет более чем в два раза меньше по сравнению со способом управления режимных параметров котла, их направляющими аппаратами. Потенциал энергосбережения в электроприводе дутьевых вентиляторах котельных установок в 2…3 раза ниже, чем на электроприводе дымососов, поэтому снижение потребляемой мощности электродвигателем здесь составляет 20…25%.

Показано, что для регулируемых электроприводов перекачивающих машин химических производств с вентиляторной статической характеристикой одним из важных критериев качества по энергетическим соображениям и надежности являются потери мощности.

Определены оптимальные зависимости между частотой и величиной напряжения инвертора, обеспечивающие необходимое значение магнитного потока двигателя, минимизирующие потери мощности в электроприводе. В частотно-регулируемом асинхронном электроприводе реализация способов минимизации потерь является более сложной задачей, так как формирование потока в асинхронной машине требует применения специальных датчиков либо сложных алгоритмов управления.

Установлено, что в асинхронном электроприводе с вентиляторной нагрузкой момент на валу двигателя является однозначной функцией скорости вращения и в этом случае магнитный поток и, соответственно, напряжение двигателя определяются только скоростью вращения и выходной частотой.

Оценивая полученные результаты, можно сказать, что система частотно-регулируемого экстремального электропривода, минимизирующая потери мощности двигателя, обладает хорошими энергосберегающими и динамическими свойствами. Причем эффективность использования данной системы электропривода тем больше, чем продолжительнее периоды холостого хода двигателя.

1. Арипов Н.М., Усмонов Ш.Ю. Разработка энергосберегающего частотно-регулируемого асинхронного электропривода с вентиляторной нагрузкой. // Электрика. 2011. № 4. – С. 26-28.
2. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод / Под ред. И.Я.Браславского – М.: Академия, 2004. – 256 c.
3. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными электродвигателями. М.: Энергоиздат, 1982. – 216 c.
4. Гейлер Л.Б. Основы электропривода, – Мн.: Вышэйш. школа, 1982. – 237 с.
5. Илиньский Н.Ф., Москаленко В.В. Электропривод. Энерго и ресурсосбережения. – М.: ACADEMA, 2008. – 208 с.
6. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины, М: Энергия, 1973. Ч. 2., 648 с.
7. Петров Л.П. Оптимальное управление электроприводом. – Л.: Энергия,1971. 187 с.
8. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. – М.: Энергоатомиздат. 1982.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий