Muutuva elektriajam kui energiasäästu vahend

Üleminek reguleerimata elektriajamilt reguleeritavale on üks peamisi viise elektriajami ja tehnoloogilises valdkonnas energia säästmiseks elektriajami abil.

Tootmismehhanismide elektriajamite kiiruse või pöördemomendi reguleerimise vajaduse tingivad reeglina tehnoloogilise protsessi nõuded. Näiteks määrab lõikuri etteandekiirus töödeldava detaili treipingil töötlemise puhtuse, lifti kiiruse vähendamine on vajalik auto täpseks positsioneerimiseks enne peatumist, mähise võlli pöördemomendi reguleerimise vajaduse määrab haavatud materjali pideva pingejõu säilitamise tingimused jne.

Siiski on mitmeid mehhanisme, mis ei nõua kiiruse muutmist vastavalt tehnoloogilistele tingimustele või kasutatakse reguleerimiseks muid (mitteelektrilisi) tehnoloogilise protsessi parameetrite mõjutamise meetodeid.

Esiteks hõlmavad need pidevaid transpordimehhanisme tahkete, vedelate ja gaasiliste toodete liigutamiseks: konveierid, ventilaatorid, ventilaatorid, pumbaseadmed. Nende mehhanismide jaoks kasutatakse praegu reeglina reguleerimata asünkroonseid elektriajameid, mis panevad töökehad liikuma konstantsel kiirusel, sõltumata mehhanismide koormusest. Selle osalise koormuse korral iseloomustab konstantse kiirusega töörežiime suurenenud energia eritarbimine võrreldes nominaalrežiimiga.

NSC jõudluse vähenemine, konveieri efektiivsus väheneb, kuna tarbitud võimsuse suhteline osakaal ületab tühikäigu. Säästlikum on muutuva kiirusega režiim, mis tagab sama jõudluse, kuid pideva tõmbejõu komponendiga.

Joonisel fig. 1 on näidatud mootori võlli võimsuse sõltuvused konveieril tühikäigumomendiga Mx = 0, ЗМв konstantse (v — const) ja reguleeritava (Fg = const) koormuste liikumiskiiruse korral. Joonisel varjutatud ala tähistab kiiruse reguleerimisega saavutatud energiasäästu.

Riis. 1. Elektrimootori võlli võimsuse sõltuvus konveieri jõudlusest

Seega, kui konveieri kiirust vähendatakse 60%-ni nimiväärtusest, siis mootori võlli võimsus väheneb nimiväärtusega võrreldes 10%. Kiiruse reguleerimise mõju on seda suurem, mida suurem on tühikäigu pöördemoment ja seda oluliselt vähendab see konveieri jõudlust.

Pidevate transpordimehhanismide kiiruse vähendamine alakoormusega võimaldab teha vajalikus mahus töid väiksema energia erikuluga, s.t lahendada puhtmajanduslik probleem energiakulu vähendamiseks toodete teisaldamise tehnoloogilises protsessis.

Tavaliselt ilmneb selliste mehhanismide kiiruse vähenemisega ka majanduslik efekt tehnoloogiliste seadmete tööomaduste paranemise tõttu. Niisiis, kui kiirus väheneb, väheneb konveieri korpuse kulumine, torustike ja liitmike kasutusiga pikeneb vedelike ja gaaside tarnimise masinate poolt välja töötatud rõhu vähenemise tõttu ning ka nende toodete liigne tarbimine on välistatud.

Tehnikavaldkonnas osutub efekt sageli oluliselt suuremaks kui tänu energiasäästule, mistõttu on põhimõtteliselt vale otsustada selliste mehhanismide puhul juhitava elektriajami kasutamise otstarbekuse üle vaid energiaaspekti hinnates.

Labida masinate kiiruse reguleerimine.

Tsentrifugaalmehhanismid vedelike ja gaaside varustamiseks (ventilaatorid, pumbad, ventilaatorid, kompressorid) on peamised üldised tööstuslikud mehhanismid, millel on kogu riigis suurim potentsiaal energia eritarbimise oluliseks vähendamiseks. Tsentrifugaalmehhanismide eriline asend on seletatav nende massiivsuse, suure võimsusega, reeglina pika töörežiimiga.

Need asjaolud määravad nende mehhanismide olulise osa riigi energiabilansis.Pumpade, ventilaatorite ja kompressorite ajamimootorite installeeritud koguvõimsus moodustab ligikaudu 20% kõigi elektrijaamade võimsusest, ainuüksi ventilaatorid tarbivad aga ligikaudu 10% kogu riigis toodetud elektrist.

Tsentrifugaalmehhanismide tööomadused on esitatud pea H sõltuvuse kujul voolukiirusest Q ja võimsuse P sõltuvusest voolukiirusest Q. Statsionaarses töörežiimis tasakaalustab tsentrifugaalmehhanismi tekitatud tõstekõrgus hüdro- või aerodünaamilise võrgu rõhk, milles see vedelikku või gaasi tarnib.

Rõhu staatiline komponent määratakse pumpade puhul — kasutaja ja pumba tasandite geodeetilise erinevuse järgi; fännidele — loomulik vaatamisväärsus; ventilaatorite ja kompressorite puhul - surugaasi rõhust võrgus (reservuaaris).

Pumba ja võrgu Q-H-karakteristikute lõikepunkt määrab parameetrid H-Hn ja Q — Qn. Konstantsel kiirusel töötava pumba vooluhulga Q reguleerimine toimub tavaliselt väljalaskeava juures oleva ventiiliga ja see viib võrgu karakteristiku muutumiseni, mille tulemusena vastab vooluhulk QA * <1 lõikepunkt pumba karakteristikuga.

Riis. 2. Pumbaseadme Q-H-omadused

Analoogiliselt elektriahelatega on ventiili läbiva voolu reguleerimine sarnane voolu juhtimisega ahela elektritakistuse suurendamise teel. Ilmselgelt ei ole see juhtimismeetod energia seisukohast efektiivne, kuna sellega kaasnevad ebaproduktiivsed energiakadud reguleerivates elementides (takisti, ventiil). Klapi kadu iseloomustab varjutatud ala joonisel fig. 1.

Nagu elektriahelas, on säästlikum reguleerida energiaallikat, mitte selle kasutajat. Sellisel juhul väheneb koormusvool elektriahelates allika pinge vähenemise tõttu. Hüdraulilistes ja aerodünaamilistes võrkudes saavutatakse sarnane efekt mehhanismi tekitatud rõhu vähendamisel, mis saavutatakse selle tiiviku kiiruse vähendamisega.

Kiiruse muutumisel muutuvad tsentrifugaalmehhanismide tööomadused vastavalt sarnasuse seadustele, mis on kujul: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

Pumba tiiviku kiirus, mille juures selle karakteristikud läbivad punkti A:

Pöörete reguleerimisel pumba tarbitud võimsuse avaldis on järgmine:

Momendi ruutsõltuvus kiirusest on iseloomulik peamiselt ventilaatoritele, kuna loomuliku tõukejõu poolt määratud pea staatiline komponent on oluliselt väiksem kui Hx. Tehnilises kirjanduses kasutatakse mõnikord hetke ligikaudset sõltuvust kiirusest, mis võtab arvesse tsentrifugaalmehhanismi seda omadust:

M* = ω *n

kus n = 2 juures Hc = 0 ja nHc> 0. Arvutused ja katsed näitavad, et n = 2 - 5 ja selle suured väärtused on iseloomulikud kompressoritele, mis töötavad võrgus, kus on märkimisväärne vasturõhk.

Pumba töörežiimide analüüs konstantsel ja muutuva kiirusega näitab, et liigne energiakulu ω= const juures osutub väga oluliseks. Näiteks pumba töörežiimide arvutamise tulemused parameetritega on näidatud allpool Hx * = 1,2; Px*= 0,3 erineva vasturõhuga võrgus Зс:

Toodud andmed näitavad, et juhitav elektriajam võib oluliselt vähendada tarbitud elektrienergia tarbimist: esimesel juhul kuni 66% ja teisel juhul kuni 41%. Praktikas võib see mõju osutuda veelgi suuremaks, kuna erinevatel põhjustel (ventiilide puudumine või talitlushäire, käsitsi käivitamine) ei rakendata ventiilide reguleerimist üldse, mis toob kaasa mitte ainult elektritarbimise suurenemise, vaid ka liigsete jõupingutuste ja kulude tõttu hüdrovõrgus.

Eespool on käsitletud konstantsete parameetritega võrgu ühetoimeliste tsentrifugaalmehhanismide energiaprobleeme. Praktikas on tsentrifugaalmehhanismide paralleelne töö ja võrgul on sageli muutuvad parameetrid. Näiteks kaevandusvõrgu aerodünaamiline takistus muutub seinte pikkuse muutumisel, veevarustusvõrkude hüdrodünaamiline takistus on määratud veetarbimise režiimiga, mis muutub päeva jooksul jne.

Tsentrifugaalmehhanismide paralleelse töö korral on võimalikud kaks juhtumit:

1) kõigi mehhanismide kiirust reguleeritakse samaaegselt ja sünkroonselt;

2) reguleeritakse ühe mehhanismi või mehhanismide osa kiirust.

Kui võrgu parameetrid on konstantsed, siis esimesel juhul võib kõiki mehhanisme käsitleda ühe ekvivalendina, mille puhul kehtivad kõik ülaltoodud seosed. Teisel juhul mõjub mehhanismide reguleerimata osa rõhk reguleeritavale osale sama palju kui vasturõhk ja on väga oluline, mistõttu ei ületa siinne elektrisääst 10-15% nimivõimsusest. masinast.

Muutuvad võrguparameetrid raskendavad oluliselt tsentrifugaalmehhanismide ja võrgu koostöö analüüsi. Sel juhul saab juhitava elektriajami energiatõhususe määrata ala kujul, mille piirid vastavad võrguparameetrite piirväärtustele ja tsentrifugaalmehhanismi kiirusele.

Vaata ka sellel teemal: VLT AQUA Drive sagedusmuundurid pumbaseadmetele