Variabel elektrisk drift som et middel for å spare energi

Overgangen fra uregulert elektrisk drift til regulert er en av hovedmåtene for å spare energi i den elektriske driften og på det teknologiske feltet ved hjelp av elektrisk drift.

Som regel er behovet for å kontrollere hastigheten eller dreiemomentet til de elektriske stasjonene til produksjonsmekanismene diktert av kravene til den teknologiske prosessen. For eksempel bestemmer matehastigheten til kutteren renheten ved å behandle et arbeidsstykke på en dreiebenk, reduksjonen av heishastigheten er nødvendig for nøyaktig posisjonering av bilen før stopp, behovet for å justere dreiemomentet til viklingsakselen er diktert av betingelsene for å opprettholde en konstant spenningskraft av det sårede materialet, etc.

Det er imidlertid en rekke mekanismer som ikke krever endring i hastighet i henhold til de teknologiske forholdene, eller andre (ikke-elektriske) metoder for å påvirke parameterne til den teknologiske prosessen brukes for regulering.

Først av alt inkluderer de kontinuerlige transportmekanismer for flytting av faste, flytende og gassformige produkter: transportører, vifter, vifter, pumpeenheter. For disse mekanismene brukes for tiden som regel uregulerte asynkrone elektriske stasjoner, som setter arbeidslegemene i bevegelse med konstant hastighet, uavhengig av belastningen på mekanismene. Under sin delbelastning er driftsmoduser ved konstant hastighet preget av økt spesifikt energiforbruk sammenlignet med nominell modus.

NSC ytelsesreduksjon, effektiviteten til transportøren reduseres, ettersom den relative andelen forbrukt kraft overvinner tomgangsmomentet. Mer økonomisk er modusen med variabel hastighet, som gir samme ytelse, men med en konstant komponent av trekkkraft.

I fig. 1 viser kraftavhengighetene til motorakselen for en transportør med et tomgangsmoment Mx = 0, ЗМв for konstante (v — const) og justerbare (Fg = const) bevegelseshastigheter for laster. Det skraverte området i figuren representerer energibesparelsene oppnådd ved hastighetskontroll.

Ris. 1. Avhengighet av kraften til den elektriske motorakselen på ytelsen til transportøren

Så hvis transportørens hastighet reduseres til 60 % av den nominelle verdien, vil motorens akseleffekt reduseres med 10 % sammenlignet med den nominelle verdien. Effekten av hastighetsregulering er høyere, jo større tomgangsmoment er, og jo mer betydelig reduserer det ytelsen til transportøren.

Å redusere hastigheten på kontinuerlige transportmekanismer med underbelastning lar deg utføre den nødvendige mengden arbeid med lavere spesifikt energiforbruk, det vil si å løse et rent økonomisk problem med å redusere energiforbruket i den teknologiske prosessen med å flytte produkter.

Vanligvis, med en reduksjon i hastigheten til slike mekanismer, vises en økonomisk effekt også på grunn av forbedringen av de operasjonelle egenskapene til det teknologiske utstyret. Så når hastigheten synker, reduseres slitasjen på transportørlegemet, levetiden til rørledninger og beslag øker på grunn av en reduksjon i trykket utviklet av maskiner for tilførsel av væsker og gasser, og overforbruket av disse produktene elimineres også.

Effekten på det teknologiske feltet viser seg ofte å være betydelig høyere enn på grunn av energisparing, og derfor er det fundamentalt feil å bestemme om det er tilrådelig å bruke en kontrollert elektrisk drift for slike mekanismer ved kun å vurdere energiaspektet.

Hastighetskontroll av spademaskiner.

Sentrifugalmekanismer for tilførsel av væsker og gasser (vifter, pumper, vifter, kompressorer) er de viktigste generelle industrielle mekanismene med størst potensial over hele landet for å redusere spesifikt energiforbruk betydelig. Den spesielle posisjonen til sentrifugalmekanismer forklares av deres massivitet, høye kraft, som regel med en lang driftsmodus.

Disse omstendighetene bestemmer den betydelige andelen av disse mekanismene i landets energibalanse.Den totale installerte kapasiteten til drivmotorer for pumper, vifter og kompressorer er ca 20 % av kapasiteten til alle kraftverk, mens vifter alene bruker ca 10 % av all elektrisitet som produseres i landet.

Driftsegenskapene til sentrifugalmekanismene er presentert i form av avhengigheter av hodet H på strømningshastigheten Q og kraften P på strømningshastigheten Q. I en stasjonær driftsmodus balanseres hodet skapt av sentrifugalmekanismen av trykket til det hydro- eller aerodynamiske nettverket der det leverer væske eller gass.

Den statiske komponenten av trykket bestemmes for pumper — av den geodesiske forskjellen mellom nivåene til brukeren og pumpen; for fans - naturlig attraksjon; for vifter og kompressorer - fra det komprimerte gasstrykket i nettverket (reservoaret).

Skjæringspunktet mellom Q-H-karakteristikkene til pumpen og nettverket bestemmer parametrene H-Hn og Q - Qn. Regulering av strømningshastigheten Q til en pumpe som opererer med konstant hastighet utføres vanligvis av en ventil ved utløpet og fører til en endring i egenskapen til nettverket, som et resultat av at strømningshastigheten QA * <1 tilsvarer skjæringspunktet med egenskapen til pumpen.

Ris. 2. Q-H-karakteristikk for pumpeenheten

I analogi med elektriske kretser ligner regulering av strømning gjennom en ventil å kontrollere strøm ved å øke den elektriske motstanden til kretsen. Denne kontrollmetoden er åpenbart ikke effektiv fra et energisynspunkt, da den er ledsaget av uproduktive energitap i reguleringselementene (motstand, ventil). Ventiltap er preget av det skraverte området i fig. 1.

Som i den elektriske kretsen er det mer økonomisk å regulere energikilden i stedet for brukeren. I dette tilfellet avtar belastningsstrømmen i de elektriske kretsene på grunn av en reduksjon i kildespenningen. I hydrauliske og aerodynamiske nettverk oppnås en lignende effekt ved å redusere trykket som skapes av mekanismen, noe som realiseres ved å redusere hastigheten på pumpehjulet.

Når hastigheten endres, endres driftsegenskapene til sentrifugalmekanismene i samsvar med likhetslovene, som har formen: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

Pumpehjulhastigheten der dens karakteristikk vil passere gjennom punkt A:

Uttrykket for kraften som forbrukes av pumpen under hastighetsregulering er:

Momentets kvadratiske avhengighet av hastigheten er hovedsakelig karakteristisk for vifter, siden den statiske komponenten av hodet bestemt av den naturlige skyvekraften er betydelig mindre enn Hx. I teknisk litteratur brukes noen ganger en omtrentlig avhengighet av øyeblikket av hastigheten, som tar hensyn til denne egenskapen til sentrifugalmekanismen:

M* = ω *n

hvor n = 2 ved Hc = 0 og nHc> 0. Beregninger og eksperimenter viser at n=2 — 5, og dens store verdier er karakteristiske for kompressorer som opererer i et nettverk med betydelig mottrykk.

Analysen av pumpens driftsmoduser ved konstant og variabel hastighet viser at overskuddsenergiforbruket ved ω= const viser seg å være svært betydelig. For eksempel er resultatene av beregningen av driftsmodusene til pumpen med parametere vist under Hx * = 1,2; Px*= 0,3 på et nettverk med forskjellig mottrykk Зс:

De gitte dataene viser at den kontrollerte elektriske stasjonen kan redusere forbruket av forbrukt elektrisitet betydelig: opptil 66 % i det første tilfellet og opptil 41 % i det andre tilfellet. I praksis kan denne effekten vise seg å være enda høyere, siden av forskjellige årsaker (fravær eller feil på ventiler, manuell aktivering), blir regulering av ventiler ikke brukt i det hele tatt, noe som ikke bare fører til en økning i strømforbruket, men også til overdreven innsats og kostnader i hydraulikknettet.

Energispørsmålene til enkeltvirkende sentrifugalmekanismer i et nettverk med konstante parametere er diskutert ovenfor. I praksis er det parallell drift av sentrifugalmekanismer og nettverket har ofte variable parametere. For eksempel endres den aerodynamiske motstanden til gruvenettverket med en endring i lengden på veggene, den hydrodynamiske motstanden til vannforsyningsnettverket bestemmes av modusen for vannforbruk, som endres i løpet av dagen, etc.

Med parallell drift av sentrifugalmekanismer er to tilfeller mulig:

1) hastigheten til alle mekanismer reguleres samtidig og synkront;

2) hastigheten til en mekanisme eller en del av mekanismene er regulert.

Hvis nettverksparametrene er konstante, kan i det første tilfellet alle mekanismer betraktes som en ekvivalent som alle de ovennevnte relasjonene er gyldige for. I det andre tilfellet har trykket til den uregulerte delen av mekanismene samme effekt på den regulerte delen som mottrykket og er svært betydelig, og det er grunnen til at besparelsen av elektrisitet her ikke overstiger 10-15% av den nominelle effekten av maskinen.

Variable nettverksparametere kompliserer i stor grad analysen av samarbeidet mellom sentrifugalmekanismer med nettverket. I dette tilfellet kan energieffektiviteten til en kontrollert elektrisk stasjon bestemmes i form av et område hvis grenser tilsvarer grenseverdiene for nettverksparametrene og hastigheten til sentrifugalmekanismen.

Se også om dette emnet: VLT AQUA Drive frekvensomformere for pumpeenheter