Acționare electrică variabilă ca mijloc de economisire a energiei

Trecerea de la acționarea electrică nereglată la reglată este una dintre principalele modalități de economisire a energiei în acționarea electrică și în domeniul tehnologic prin intermediul acționării electrice.

De regulă, necesitatea controlului vitezei sau cuplului acționărilor electrice ale mecanismelor de producție este dictată de cerințele procesului tehnologic. De exemplu, viteza de avans a frezei determină curățenia prelucrării unei piese de prelucrat pe un strung, reducerea vitezei liftului este necesară pentru poziționarea precisă a mașinii înainte de oprire, necesitatea de a regla cuplul arborelui de înfășurare este dictată de condițiile de menținere a unei forțe constante de tensiune a materialului rănit etc.

Cu toate acestea, există o serie de mecanisme care nu necesită o modificare a vitezei în funcție de condițiile tehnologice, sau alte metode (neelectrice) de influențare a parametrilor procesului tehnologic sunt utilizate pentru reglare.

În primul rând, acestea includ mecanisme de transport continuu pentru deplasarea produselor solide, lichide și gazoase: transportoare, ventilatoare, ventilatoare, unități de pompare. Pentru aceste mecanisme, în prezent, de regulă, se folosesc acționări electrice asincrone nereglate, care pun corpurile de lucru în mișcare cu o viteză constantă, indiferent de sarcina asupra mecanismelor. Sub sarcina sa parțială, modurile de funcționare la viteză constantă se caracterizează prin creștere consumul specific de energie comparativ cu modul nominal.

Reducerea performanței NSC, eficiența transportorului scade, pe măsură ce ponderea relativă a puterii consumate depășește momentul de repaus. Mai economic este modul de viteză variabilă, care oferă aceleași performanțe, dar cu o componentă constantă a efortului de tragere.

În fig. 1 prezintă dependențele de putere ale arborelui motor pentru un transportor cu un moment de mers în gol Mx = 0, ЗМв pentru viteze constante (v — const) și reglabile (Fg = const) de mișcare a sarcinilor. Zona umbrită din figură reprezintă economia de energie obținută prin controlul vitezei.

Orez. 1. Dependența puterii arborelui motorului electric de performanța transportorului

Deci, dacă viteza transportorului este redusă la 60% din valoarea nominală, atunci puterea arborelui motoarelor va scădea cu 10% față de valoarea nominală. Efectul reglării vitezei este mai mare, cu cât cuplul în gol este mai mare și cu atât reduce mai semnificativ performanța transportorului.

Reducerea vitezei mecanismelor de transport continuu cu subîncărcare vă permite să efectuați cantitatea de muncă necesară cu un consum specific de energie mai mic, adică să rezolvați o problemă pur economică de reducere a consumului de energie în procesul tehnologic de mutare a produselor.

De regulă, odată cu reducerea vitezei unor astfel de mecanisme, apare și un efect economic datorită îmbunătățirii caracteristicilor operaționale ale echipamentelor tehnologice. Deci, atunci când viteza scade, uzura corpului transportor scade, durata de viață a conductelor și fitingurilor crește datorită scăderii presiunii dezvoltate de mașinile de alimentare cu lichide și gaze, iar consumul în exces al acestor produse este, de asemenea, eliminat.

Efectul în domeniul tehnologiei se dovedește adesea a fi semnificativ mai mare decât cel datorat economiilor de energie, motiv pentru care este fundamental greșit să se decidă oportunitatea utilizării unei acționări electrice controlate pentru astfel de mecanisme evaluând doar aspectul energetic.

Controlul vitezei mașinilor de lopeți.

Mecanismele centrifuge de alimentare cu lichide și gaze (ventilatoare, pompe, ventilatoare, compresoare) sunt principalele mecanisme industriale generale cu cel mai mare potențial pe întreg teritoriul țării de reducere semnificativă a consumului specific de energie. Poziția specială a mecanismelor centrifuge se explică prin masivitatea lor, puterea mare, de regulă, cu un mod de funcționare lung.

Aceste circumstanțe determină ponderea semnificativă a acestor mecanisme în bilanțul energetic al țării.Capacitatea totală instalată a motoarelor de antrenare pentru pompe, ventilatoare și compresoare este de aproximativ 20% din capacitatea tuturor centralelor electrice, în timp ce doar ventilatoarele consumă aproximativ 10% din toată energia electrică produsă în țară.

Proprietățile de funcționare ale mecanismelor centrifuge sunt prezentate sub forma unor dependențe ale capului H de debitul Q și ale puterii P de debitul Q. Într-un mod de funcționare staționar, capul creat de mecanismul centrifug este echilibrat de presiunea rețelei hidro- sau aerodinamice în care furnizează lichid sau gaz.

Componenta statică a presiunii este determinată pentru pompe — de diferența geodezică dintre nivelurile utilizatorului și pompei; pentru fani — atracție naturală; pentru ventilatoare și compresoare — de la presiunea gazului comprimat din rețea (rezervor).

Punctul de intersecție a caracteristicilor Q-H ale pompei și rețelei determină parametrii H-Hn și Q — Qn. Reglarea debitului Q al unei pompe care funcționează la o viteză constantă este de obicei efectuată de o supapă la ieșire și duce la o modificare a caracteristicii rețelei, ca urmare a căreia debitul QA * <1 corespunde cu punctul de intersecție cu caracteristica pompei.

Orez. 2. Q-H-caracteristicile unității de pompare

Prin analogie cu circuitele electrice, reglarea fluxului printr-o supapă este similară cu controlul curentului prin creșterea rezistenței electrice a circuitului. Evident, această metodă de control nu este eficientă din punct de vedere energetic, întrucât este însoțită de pierderi neproductive de energie în elementele de reglare (rezistor, supapă). Pierderea supapei este caracterizată de zona umbrită din Fig. 1.

Ca și în circuitul electric, este mai economic să reglați sursa de energie, mai degrabă decât utilizatorul acesteia. În acest caz, curentul de sarcină scade în circuitele electrice din cauza scăderii tensiunii sursei. În rețelele hidraulice și aerodinamice, un efect similar se obține prin reducerea presiunii create de mecanism, care se realizează prin reducerea vitezei rotorului său.

Când se modifică viteza, caracteristicile de funcționare ale mecanismelor centrifuge se modifică în conformitate cu legile asemănării, care au forma: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

Viteza rotorului pompei la care caracteristica sa va trece prin punctul A:

Expresia puterii consumate de pompa in timpul reglarii vitezei este:

Dependența pătratică a momentului de viteză este caracteristică în principal pentru ventilatoare, deoarece componenta statică a capului determinată de forța naturală este semnificativ mai mică decât Hx. În literatura tehnică, se folosește uneori o dependență aproximativă a momentului de turație, care ia în considerare această proprietate a mecanismului centrifugal:

M* = ω *n

unde n = 2 la Hc = 0 și nHc> 0. Calculele și experimentele arată că n=2 — 5, iar valorile sale mari sunt caracteristice compresoarelor care funcționează într-o rețea cu contrapresiune semnificativă.

Analiza modurilor de funcționare a pompei la turație constantă și variabilă arată că excesul de consum de energie la ω= const se dovedește a fi foarte semnificativ. De exemplu, rezultatele calculului modurilor de funcționare ale pompei cu parametri sunt prezentate mai jos Hx * = 1,2; Px*= 0,3 pe o rețea cu contrapresiune diferită Зс:

Datele date arată că propulsia electrică controlată poate reduce semnificativ consumul de energie electrică consumată: până la 66% în primul caz și până la 41% în al doilea caz. În practică, acest efect se poate dovedi a fi și mai mare, deoarece din diverse motive (absența sau funcționarea defectuoasă a supapelor, acționarea manuală), reglarea prin supape nu se aplică deloc, ceea ce duce nu numai la creșterea consumului de energie electrică, ci și la eforturi şi costuri excesive în reţeaua hidraulică.

Problemele energetice ale mecanismelor centrifuge cu acțiune simplă într-o rețea cu parametri constanți au fost discutate mai sus. În practică, există funcționarea paralelă a mecanismelor centrifuge, iar rețeaua are adesea parametri variabili. De exemplu, rezistența aerodinamică a rețelei miniere se modifică odată cu modificarea lungimii pereților, rezistența hidrodinamică a rețelelor de alimentare cu apă este determinată de modul de consum al apei, care se modifică în timpul zilei etc.

Cu funcționarea paralelă a mecanismelor centrifuge, sunt posibile două cazuri:

1) viteza tuturor mecanismelor este reglată simultan și sincron;

2) viteza unui mecanism sau a unei părți din mecanisme este reglată.

Dacă parametrii rețelei sunt constanți, atunci în primul caz toate mecanismele pot fi considerate ca un echivalent pentru care toate relațiile de mai sus sunt valabile. În al doilea caz, presiunea părții nereglate a mecanismelor are același efect asupra părții reglate ca contrapresiunea și este foarte semnificativă, motiv pentru care economisirea de energie electrică aici nu depășește 10-15% din puterea nominală. a mașinii.

Parametrii variabili ai rețelei complică foarte mult analiza cooperării mecanismelor centrifuge cu rețeaua. În acest caz, eficiența energetică a unei acționări electrice controlate poate fi determinată sub forma unei zone ale cărei limite corespund valorilor limită ale parametrilor rețelei și vitezei mecanismului centrifugal.

Vezi și pe acest subiect: VLT AQUA Convertizoare de frecvență pentru unități de pompare