Változtatható elektromos hajtás, mint energiamegtakarítási eszköz

A szabályozatlan elektromos hajtásról a szabályozottra való átállás az egyik fő módja az energiamegtakarításnak az elektromos hajtásban és a technológiai területen az elektromos hajtás segítségével.

A gyártási mechanizmusok elektromos hajtásainak fordulatszámának vagy nyomatékának szabályozásának szükségességét általában a technológiai folyamat követelményei határozzák meg. Például a vágó előtolási sebessége határozza meg a munkadarab esztergagépen történő megmunkálásának tisztaságát, a felvonó sebességének csökkentése szükséges a kocsi pontos pozicionálásához a megállás előtt, a tekercstengely nyomatékának beállításának szükségességét a a sebzett anyag állandó feszítőerejének fenntartásának feltételei stb.

Számos olyan mechanizmus létezik azonban, amelyek a technológiai feltételeknek megfelelő sebességváltoztatást nem igényelnek, vagy a szabályozáshoz a technológiai folyamat paramétereinek más (nem elektromos) befolyásolási módszerét alkalmazzák.

Mindenekelőtt folyamatos szállítási mechanizmusokat tartalmaznak szilárd, folyékony és gáznemű termékek mozgatására: szállítószalagok, ventilátorok, ventilátorok, szivattyúegységek. Ezekhez a mechanizmusokhoz jelenleg általában szabályozatlan aszinkron elektromos hajtásokat használnak, amelyek a munkatesteket állandó sebességgel mozgatják, függetlenül a mechanizmusok terhelésétől. Részleges terhelése alatt az állandó fordulatszám melletti üzemmódokat a megnövekedett fajlagos energiafogyasztás a névleges üzemmódhoz képest.

Az NSC teljesítmény csökkenése, a szállítószalag hatékonysága csökken, mivel az elfogyasztott teljesítmény relatív részaránya legyőzi az üresjárati pillanatot. Gazdaságosabb a változtatható sebességű üzemmód, amely ugyanazt a teljesítményt biztosítja, de állandó húzóerővel.

ábrán. Az 1. ábra a motor tengelyének teljesítményfüggését mutatja Mx = 0 üresjárati nyomatékkal, ЗМв állandó (v — const) és állítható (Fg = const) tehermozgási sebességgel. Az ábra árnyékolt területe a sebességszabályozással elért energiamegtakarítást jelenti.

Rizs. 1. Az elektromos motor tengelyének teljesítményének függése a szállítószalag teljesítményétől

Tehát ha a szállítószalag sebességét a névleges érték 60%-ára csökkentik, akkor a motor tengelyteljesítménye 10%-kal csökken a névleges értékhez képest. A fordulatszám-szabályozás hatása annál nagyobb, minél nagyobb az alapjárati nyomaték, és annál nagyobb mértékben csökkenti a szállítószalag teljesítményét.

A folyamatos szállítási mechanizmusok sebességének csökkentése alulterheléssel lehetővé teszi a szükséges mennyiségű munka elvégzését alacsonyabb fajlagos energiafogyasztás mellett, azaz a termékek mozgatásának technológiai folyamatában az energiafogyasztás csökkentésének tisztán gazdasági problémájának megoldását.

Általában az ilyen mechanizmusok sebességének csökkentésével gazdasági hatás is megjelenik a technológiai berendezések működési jellemzőinek javulása miatt. Tehát, amikor a sebesség csökken, a szállítószalag kopása csökken, a csővezetékek és szerelvények élettartama nő a folyadékok és gázok szállítására szolgáló gépek által kifejlesztett nyomás csökkenése miatt, és ezen termékek túlzott fogyasztása is megszűnik.

A technológia területén a hatás sokszor lényegesen nagyobbnak bizonyul, mint az energiatakarékosságnak köszönhetően, ezért alapvetően téves az ilyen mechanizmusoknál vezérelt elektromos hajtás alkalmazásának célszerűségéről dönteni pusztán energetikai szempontok alapján.

Lapátos gépek sebességszabályozása.

A folyadék- és gázellátás centrifugális mechanizmusai (ventilátorok, szivattyúk, ventilátorok, kompresszorok) a fő általános ipari mechanizmusok, amelyek országszerte a legnagyobb potenciállal rendelkeznek a fajlagos energiafogyasztás jelentős csökkentésére. A centrifugális mechanizmusok különleges helyzetét tömegességük, nagy teljesítményük, általában hosszú működési móddal magyarázzák.

Ezek a körülmények határozzák meg e mechanizmusok jelentős részét az ország energiamérlegében.A szivattyúk, ventilátorok és kompresszorok hajtómotorjainak teljes beépített teljesítménye az összes erőmű teljesítményének mintegy 20%-a, míg a ventilátorok önmagukban az országban megtermelt villamos energia mintegy 10%-át fogyasztják.

A centrifugális mechanizmusok működési tulajdonságait a H fejnek a Q áramlási sebességtől és a P teljesítménynek a Q áramlási sebességtől való függésének formájában mutatjuk be. Álló üzemmódban a centrifugális mechanizmus által létrehozott emelőmagasság egyensúlyban van annak a hidro- vagy aerodinamikai hálózatnak a nyomása, amelyben folyadékot vagy gázt szállít.

A nyomás statikus összetevőjét a szivattyúk esetében a felhasználó és a szivattyú szintjei közötti geodéziai különbség határozza meg; rajongóknak – természetes vonzalom; ventilátorok és kompresszorok esetében - a hálózatban (tartályban) lévő sűrített gáz nyomásától.

A szivattyú és a hálózat Q-H karakterisztikájának metszéspontja határozza meg a H-Hn és Q — Qn paramétereket. Az állandó fordulatszámon üzemelő szivattyú Q térfogatáramának szabályozását általában a kimeneten lévő szelep végzi, és ez a hálózat jellemzőinek megváltozásához vezet, aminek következtében a QA * <1 áramlási sebesség megfelel a a metszéspont a szivattyú jellemzőivel.

Rizs. 2. A szivattyúegység Q-H-jellemzői

Az elektromos áramkörökkel analóg módon a szelepen keresztüli áramlás szabályozása hasonló az áram szabályozásához az áramkör elektromos ellenállásának növelésével. Nyilvánvaló, hogy ez a szabályozási mód energetikai szempontból nem hatékony, mivel a szabályozó elemekben (ellenállás, szelep) inproduktív energiaveszteségekkel jár. A szelepveszteséget a 2. ábrán látható árnyékolt terület jellemzi. 1.

Az elektromos áramkörhöz hasonlóan gazdaságosabb az energiaforrás szabályozása, nem pedig a felhasználója. Ebben az esetben a terhelési áram csökken az elektromos áramkörökben a forrásfeszültség csökkenése miatt. A hidraulikus és aerodinamikai hálózatokban hasonló hatás érhető el a mechanizmus által létrehozott nyomás csökkentésével, ami a járókerék fordulatszámának csökkentésével valósul meg.

A fordulatszám változásával a centrifugális mechanizmusok működési jellemzői a hasonlóság törvényeinek megfelelően változnak, amelyek a következő alakúak: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

A szivattyú járókerék fordulatszáma, amelynél a karakterisztikája áthalad az A ponton:

A szivattyú által a fordulatszám szabályozása során fogyasztott teljesítmény kifejezése a következő:

A nyomaték négyzetes függése a fordulatszámtól elsősorban a ventilátorokra jellemző, mivel a fej természetes tolóerő által meghatározott statikus összetevője lényegesen kisebb, mint Hx. A szakirodalomban néha a pillanatnak a sebességtől való hozzávetőleges függőségét használják, amely figyelembe veszi a centrifugális mechanizmus ezen tulajdonságát:

M* = ω *n

ahol n = 2 at Hc = 0 és nHc> 0. Számítások és kísérletek azt mutatják, hogy n=2 - 5, és ennek nagy értékei jellemzőek a jelentős ellennyomású hálózatban működő kompresszorokra.

A szivattyúk állandó és változó fordulatszámú üzemmódjainak elemzése azt mutatja, hogy a többletenergia-fogyasztás ω= const mellett igen jelentősnek bizonyul. Például a szivattyú üzemmódjainak kiszámításának eredményei paraméterekkel az alábbiakban láthatók: Hx * = 1,2; Px*= 0,3 eltérő ellennyomású hálózaton Зс:

A megadott adatok azt mutatják, hogy a vezérelt elektromos hajtás jelentősen csökkentheti az elfogyasztott áramfogyasztást: az első esetben akár 66%-kal, a második esetben pedig akár 41%-kal. A gyakorlatban ez a hatás még nagyobb is lehet, mivel különböző okok miatt (szelepek hiánya vagy meghibásodása, kézi működtetés) egyáltalán nem alkalmazzák a szelepekkel történő szabályozást, ami nemcsak a villamosenergia-fogyasztás növekedéséhez vezet, hanem túlzott erőfeszítésekre és költségekre a hidraulikus hálózatban.

A konstans paraméterű hálózatban működő egyszeres működésű centrifugális mechanizmusok energetikai kérdéseit fentebb tárgyaltuk. A gyakorlatban a centrifugális mechanizmusok párhuzamosan működnek, és a hálózat gyakran változó paraméterekkel rendelkezik. Például a bányahálózat aerodinamikai ellenállása a falak hosszának változásával változik, a vízellátó hálózatok hidrodinamikai ellenállását a vízfogyasztás módja határozza meg, amely napközben változik stb.

A centrifugális mechanizmusok párhuzamos működésével két eset lehetséges:

1) az összes mechanizmus sebességét egyidejűleg és szinkronban szabályozzák;

2) az egyik mechanizmus vagy a mechanizmusok egy részének sebessége szabályozva van.

Ha a hálózati paraméterek állandóak, akkor az első esetben minden mechanizmus egy ekvivalensnek tekinthető, amelyre az összes fenti összefüggés érvényes. A második esetben a mechanizmusok szabályozatlan részének nyomása ugyanolyan hatással van a szabályozott részre, mint az ellennyomás, és nagyon jelentős, ezért a villamosenergia-megtakarítás itt nem haladja meg a névleges teljesítmény 10-15%-át. a gépről.

A változó hálózati paraméterek nagymértékben megnehezítik a centrifugális mechanizmusok hálózattal való együttműködésének elemzését. Ebben az esetben a szabályozott elektromos hajtás energiahatékonysága olyan terület formájában határozható meg, amelynek határai megfelelnek a hálózati paraméterek határértékeinek és a centrifugális mechanizmus sebességének.

Lásd még ebben a témában: VLT AQUA Drive frekvenciaváltók szivattyúegységekhez