Variabilný elektrický pohon ako prostriedok na úsporu energie
Prechod z neregulovaného elektrického pohonu na regulovaný je jedným z hlavných spôsobov šetrenia energie v elektropohone a v technologickej oblasti pomocou elektropohonu.
Potreba riadenia otáčok alebo krútiaceho momentu elektrických pohonov výrobných mechanizmov je spravidla daná požiadavkami technologického procesu. Napríklad rýchlosť posuvu frézy určuje čistotu spracovania obrobku na sústruhu, zníženie rýchlosti výťahu je nevyhnutné pre presné umiestnenie kabíny pred zastavením, potreba nastavenia krútiaceho momentu navíjacieho hriadeľa je diktovaná podmienky na udržanie konštantnej sily ťahu raneného materiálu a pod.
Existuje však množstvo mechanizmov, ktoré nevyžadujú zmenu otáčok podľa technologických podmienok, prípadne sa na reguláciu používajú iné (neelektrické) spôsoby ovplyvňovania parametrov technologického procesu.
V prvom rade zahŕňajú kontinuálne dopravné mechanizmy na pohyb pevných, kvapalných a plynných produktov: dopravníky, ventilátory, ventilátory, čerpacie jednotky. Pre tieto mechanizmy sa v súčasnosti spravidla používajú neregulované asynchrónne elektrické pohony, ktoré uvádzajú pracovné telesá do pohybu konštantnou rýchlosťou bez ohľadu na zaťaženie mechanizmov. Pri čiastočnom zaťažení sa prevádzkové režimy pri konštantnej rýchlosti vyznačujú zvýšenými otáčkami merná spotreba energie v porovnaní s nominálnym režimom.
Zníženie výkonu NSC, účinnosť dopravníka klesá, pretože relatívny podiel spotrebovaného výkonu prekonáva moment nečinnosti. Ekonomickejší je režim s premenlivou rýchlosťou, ktorý poskytuje rovnaký výkon, ale s konštantnou zložkou ťahovej sily.
Na obr. 1 sú znázornené výkonové závislosti hriadeľa motora pre dopravník s voľnobežným momentom Mx = 0, ЗМв pre konštantné (v — const) a nastaviteľné (Fg = const) rýchlosti pohybu bremien. Šrafovaná oblasť na obrázku predstavuje úspory energie dosiahnuté reguláciou otáčok.
Ryža. 1. Závislosť výkonu hriadeľa elektromotora od výkonu dopravníka
Takže ak sa rýchlosť dopravníka zníži na 60% nominálnej hodnoty, potom výkon hriadeľa motora klesne o 10% v porovnaní s nominálnou hodnotou. Vplyv regulácie otáčok je tým vyšší, čím väčší je krútiaci moment naprázdno, a tým výraznejšie znižuje výkon dopravníka.
Zníženie rýchlosti kontinuálnych transportných mechanizmov s podťažnosťou umožňuje vykonávať požadované množstvo práce s nižšou mernou spotrebou energie, teda riešiť čisto ekonomický problém znižovania spotreby energie v technologickom procese presúvania výrobkov.
Obyčajne pri znížení rýchlosti takýchto mechanizmov sa dostaví aj ekonomický efekt v dôsledku zlepšenia prevádzkových vlastností technologického zariadenia. Keď sa rýchlosť zníži, opotrebenie telesa dopravníka sa zníži, životnosť potrubí a armatúr sa zvýši v dôsledku zníženia tlaku vyvinutého strojmi na dodávanie kvapalín a plynov a tiež sa eliminuje nadmerná spotreba týchto výrobkov.
Efekt v oblasti techniky sa často ukazuje výrazne vyšší ako v dôsledku úspor energie, a preto je zásadne nesprávne rozhodovať o vhodnosti použitia riadeného elektrického pohonu pre takéto mechanizmy len posúdením energetického hľadiska.
Regulácia rýchlosti lopatových strojov.
Odstredivé mechanizmy na prívod kvapalín a plynov (ventilátory, čerpadlá, ventilátory, kompresory) sú hlavné všeobecné priemyselné mechanizmy s najväčším celorepublikovým potenciálom výrazne znížiť mernú spotrebu energie. Zvláštne postavenie odstredivých mechanizmov sa vysvetľuje ich masívnosťou, vysokým výkonom, spravidla s dlhým prevádzkovým režimom.
Tieto okolnosti určujú významný podiel týchto mechanizmov na energetickej bilancii krajiny.Celkový inštalovaný výkon hnacích motorov čerpadiel, ventilátorov a kompresorov je približne 20 % výkonu všetkých elektrární, pričom samotné ventilátory spotrebujú približne 10 % všetkej elektriny vyrobenej v krajine.
Prevádzkové vlastnosti odstredivých mechanizmov sú prezentované vo forme závislostí hlavy H od prietoku Q a výkonu P od prietoku Q. V stacionárnom režime prevádzky je hlava vytvorená odstredivým mechanizmom vyvážená tlak hydro- alebo aerodynamickej siete, v ktorej dodáva kvapalinu alebo plyn.
Statická zložka tlaku je určená pre čerpadlá — geodetickým rozdielom medzi hladinami užívateľa a čerpadla; pre fanúšikov — prírodná príťažlivosť; pre ventilátory a kompresory — od tlaku stlačeného plynu v sieti (zásobníku).
Priesečník Q-H charakteristík čerpadla a siete určuje parametre H-Hn a Q — Qn. Regulácia prietoku Q čerpadla pracujúceho pri konštantnej rýchlosti sa zvyčajne vykonáva ventilom na výstupe a vedie k zmene charakteristiky siete, v dôsledku čoho prietok QA * <1 zodpovedá priesečník s charakteristikou čerpadla.
Ryža. 2. Q-H-charakteristika čerpacej jednotky
Analogicky s elektrickými obvodmi je regulácia prietoku ventilom podobná regulácii prúdu zvyšovaním elektrického odporu obvodu. Je zrejmé, že tento spôsob regulácie nie je z energetického hľadiska efektívny, pretože je sprevádzaný neproduktívnymi stratami energie v regulačných prvkoch (rezistor, ventil). Strata ventilu je charakterizovaná tieňovanou oblasťou na obr. 1.
Rovnako ako v elektrickom obvode je hospodárnejšie regulovať zdroj energie ako jeho užívateľa. V tomto prípade sa záťažový prúd v elektrických obvodoch znižuje v dôsledku poklesu zdrojového napätia. V hydraulických a aerodynamických sieťach sa podobný efekt dosiahne znížením tlaku vytvoreného mechanizmom, ktorý sa realizuje znížením rýchlosti jeho obežného kolesa.
Pri zmene otáčok sa menia prevádzkové charakteristiky odstredivých mechanizmov v súlade so zákonmi podobnosti, ktoré majú tvar: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3
Otáčky obežného kolesa čerpadla, pri ktorých jeho charakteristika prejde bodom A:
Výraz pre výkon spotrebovaný čerpadlom počas regulácie otáčok je:
Kvadratická závislosť momentu od otáčok je charakteristická hlavne pre ventilátory, keďže statická zložka hlavy určená prirodzeným ťahom je podstatne menšia ako Hx. V technickej literatúre sa niekedy používa približná závislosť momentu od rýchlosti, ktorá zohľadňuje túto vlastnosť odstredivého mechanizmu:
M* = ω *n
kde n = 2 pri Hc = 0 a nHc > 0. Výpočty a experimenty ukazujú, že n = 2 — 5 a jeho veľké hodnoty sú charakteristické pre kompresory pracujúce v sieti s výrazným protitlakom.
Analýza prevádzkových režimov čerpadla pri konštantných a premenlivých otáčkach ukazuje, že nadmerná spotreba energie pri ω= const sa ukazuje ako veľmi významná. Napríklad výsledky výpočtu prevádzkových režimov čerpadla s parametrami sú uvedené nižšie Hx * = 1,2; Px*= 0,3 v sieti s rôznym protitlakom Зс:
Uvedené údaje ukazujú, že riadený elektrický pohon dokáže výrazne znížiť spotrebu spotrebovanej elektriny: až o 66 % v prvom prípade a až o 41 % v druhom prípade. V praxi sa tento efekt môže ukázať ešte vyšší, keďže z rôznych dôvodov (absencia alebo porucha ventilov, ručné ovládanie) sa regulácia ventilmi vôbec neuplatňuje, čo vedie nielen k zvýšeniu spotreby elektrickej energie, ale aj nadmerné úsilie a náklady v hydraulickej sieti.
Energetické otázky jednočinných odstredivých mechanizmov v sieti s konštantnými parametrami boli diskutované vyššie. V praxi dochádza k paralelnej činnosti odstredivých mechanizmov a sieť má často premenlivé parametre. Napríklad aerodynamický odpor banskej siete sa mení so zmenou dĺžky stien, hydrodynamický odpor vodovodných sietí je daný režimom spotreby vody, ktorý sa mení v priebehu dňa atď.
Pri paralelnej prevádzke odstredivých mechanizmov sú možné dva prípady:
1) rýchlosť všetkých mechanizmov je regulovaná súčasne a synchrónne;
2) reguluje sa rýchlosť jedného mechanizmu alebo časti mechanizmov.
Ak sú parametre siete konštantné, potom v prvom prípade možno všetky mechanizmy považovať za jeden ekvivalent, pre ktorý platia všetky vyššie uvedené vzťahy. V druhom prípade má tlak neregulovanej časti mechanizmov rovnaký vplyv na regulovanú časť ako protitlak a je veľmi výrazný, preto tu úspora elektrickej energie nepresahuje 10-15% nominálneho výkonu. stroja.
Premenlivé parametre siete značne komplikujú analýzu spolupráce odstredivých mechanizmov so sieťou. V tomto prípade možno energetickú účinnosť riadeného elektrického pohonu určiť vo forme oblasti, ktorej hranice zodpovedajú hraničným hodnotám parametrov siete a rýchlosti odstredivého mechanizmu.
Pozri tiež na túto tému: Frekvenčné meniče VLT AQUA Drive pre čerpacie jednotky