Variabele elektrische aandrijving als middel om energie te besparen

De overgang van ongereguleerde elektrische aandrijving naar gereguleerde is een van de belangrijkste manieren om energie te besparen in de elektrische aandrijving en op technologisch gebied door middel van elektrische aandrijving.

In de regel wordt de noodzaak om de snelheid of het koppel van de elektrische aandrijvingen van de productiemechanismen te regelen bepaald door de vereisten van het technologische proces. De voedingssnelheid van de frees bepaalt bijvoorbeeld de reinheid van het bewerken van een werkstuk op een draaibank, de verlaging van de liftsnelheid is noodzakelijk voor een nauwkeurige positionering van de auto voordat deze stopt, de noodzaak om het koppel van de wikkelas aan te passen wordt bepaald door de voorwaarden voor het handhaven van een constante trekkracht van het gewonde materiaal, enz.

Er zijn echter een aantal mechanismen die geen snelheidsverandering vereisen volgens de technologische omstandigheden, of andere (niet-elektrische) methoden om de parameters van het technologische proces te beïnvloeden worden gebruikt voor regulering.

Allereerst omvatten ze continue transportmechanismen voor het verplaatsen van vaste, vloeibare en gasvormige producten: transportbanden, ventilatoren, ventilatoren, pompeenheden. Voor deze mechanismen worden momenteel in de regel ongereguleerde asynchrone elektrische aandrijvingen gebruikt, die de werkende lichamen met een constante snelheid in beweging brengen, ongeacht de belasting van de mechanismen. Onder gedeeltelijke belasting worden bedrijfsmodi met constant toerental gekenmerkt door verhoogd specifiek energieverbruik in vergelijking met de nominale modus.

NSC-prestatievermindering, de efficiëntie van de transportband neemt af, aangezien het relatieve aandeel van het verbruikte vermogen het inactieve moment overwint. Zuiniger is de variabele snelheidsmodus, die dezelfde prestaties levert, maar met een constante trekkracht.

In afb. 1 toont de vermogensafhankelijkheid van de motoras voor een transportband met een inactief moment Mx = 0, ЗМв voor constante (v - const) en instelbare (Fg = const) bewegingssnelheden van lasten. Het gearceerde gebied in de afbeelding geeft de energiebesparing weer die wordt verkregen door snelheidsregeling.

Rijst. 1. Afhankelijkheid van het vermogen van de elektromotoras van de prestaties van de transportband

Dus als de snelheid van de transportband wordt verlaagd tot 60% van de nominale waarde, dan zal het asvermogen van de motor met 10% afnemen in vergelijking met de nominale waarde. Het effect van snelheidsregeling is hoger, hoe groter het stationaire koppel, en hoe significanter het de prestaties van de transportband vermindert.

Door de snelheid van continue transportmechanismen met onderbelasting te verlagen, kunt u de vereiste hoeveelheid werk uitvoeren met een lager specifiek energieverbruik, d.w.z. een puur economisch probleem oplossen van het verminderen van het energieverbruik in het technologische proces van het verplaatsen van producten.

Gewoonlijk verschijnt, met een vermindering van de snelheid van dergelijke mechanismen, ook een economisch effect als gevolg van de verbetering van de operationele kenmerken van de technologische apparatuur. Dus wanneer de snelheid afneemt, neemt de slijtage van het transportbandlichaam af, neemt de levensduur van pijpleidingen en fittingen toe als gevolg van een afname van de druk die wordt ontwikkeld door machines voor de toevoer van vloeistoffen en gassen, en wordt ook het overmatige verbruik van deze producten geëlimineerd.

Het effect op het gebied van technologie blijkt vaak aanzienlijk groter te zijn dan door energiebesparing, daarom is het fundamenteel verkeerd om te beslissen over de wenselijkheid van het gebruik van een gecontroleerde elektrische aandrijving voor dergelijke mechanismen door alleen het energieaspect te evalueren.

Snelheidsregeling van shovelmachines.

Centrifugaalmechanismen voor de toevoer van vloeistoffen en gassen (ventilatoren, pompen, ventilatoren, compressoren) zijn de belangrijkste algemene industriële mechanismen met het grootste potentieel in het hele land om het specifieke energieverbruik aanzienlijk te verminderen. De speciale positie van centrifugaalmechanismen wordt verklaard door hun massaliteit, hoog vermogen, in de regel met een lange werkingsmodus.

Deze omstandigheden bepalen het significante aandeel van deze mechanismen in de energiebalans van het land.De totale geïnstalleerde capaciteit van aandrijfmotoren voor pompen, ventilatoren en compressoren is ongeveer 20% van de capaciteit van alle elektriciteitscentrales, terwijl ventilatoren alleen al ongeveer 10% van alle in het land geproduceerde elektriciteit verbruiken.

De werkingseigenschappen van de centrifugaalmechanismen worden gepresenteerd in de vorm van afhankelijkheden van de opvoerhoogte H van het debiet Q en het vermogen P van het debiet Q. In een stationaire bedrijfsmodus wordt de door het centrifugaalmechanisme gecreëerde opvoerhoogte gebalanceerd door de druk van het hydro- of aerodynamische netwerk waarin het vloeistof of gas levert.

De statische component van de druk wordt bepaald voor pompen - door het geodetische verschil tussen de niveaus van de gebruiker en de pomp; voor fans — natuurlijke aantrekkingskracht; voor ventilatoren en compressoren - van de gecomprimeerde gasdruk in het netwerk (reservoir).

Het snijpunt van de Q-H-karakteristieken van de pomp en het netwerk bepaalt de parameters H-Hn en Q — Qn. Regeling van het debiet Q van een pomp die met een constant toerental werkt, wordt meestal uitgevoerd door een klep aan de uitlaat en leidt tot een verandering in de karakteristiek van het netwerk, waardoor het debiet QA * <1 overeenkomt met het snijpunt met de karakteristiek van de pomp.

Rijst. 2. Q-H-kenmerken van de pompeenheid

Naar analogie met elektrische circuits, is het regelen van de stroom door een klep vergelijkbaar met het regelen van de stroom door de elektrische weerstand van het circuit te vergroten. Vanzelfsprekend is deze regelmethode niet efficiënt vanuit energetisch oogpunt, aangezien het gepaard gaat met onproductieve energieverliezen in de regelelementen (weerstand, klep). Klepverlies wordt gekenmerkt door het gearceerde gebied in Fig. 1.

Net als in het elektrische circuit is het zuiniger om de energiebron te regelen in plaats van de gebruiker. In dit geval neemt de belastingsstroom af in de elektrische circuits als gevolg van een afname van de bronspanning. In hydraulische en aerodynamische netwerken wordt een soortgelijk effect verkregen door de druk te verminderen die door het mechanisme wordt gecreëerd, wat wordt gerealiseerd door de snelheid van de waaier te verminderen.

Wanneer de snelheid verandert, veranderen de werkingskenmerken van centrifugale mechanismen in overeenstemming met de wetten van gelijkenis, die de vorm hebben: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

De snelheid van de pomprotor waarbij de karakteristiek door punt A gaat:

De uitdrukking voor het door de pomp verbruikte vermogen tijdens toerentalregeling is:

De kwadratische afhankelijkheid van het moment van de snelheid is vooral kenmerkend voor ventilatoren, aangezien de statische component van het hoofd bepaald door de natuurlijke stuwkracht aanzienlijk kleiner is dan Hx. In de technische literatuur wordt soms een geschatte afhankelijkheid van het moment van de snelheid gebruikt, waarbij rekening wordt gehouden met deze eigenschap van het centrifugaalmechanisme:

M* = ω *n

waarbij n = 2 bij Hc = 0 en nHc> 0. Berekeningen en experimenten tonen aan dat n=2 — 5, en de grote waarden ervan zijn kenmerkend voor compressoren die werken in een netwerk met aanzienlijke tegendruk.

Uit de analyse van de bedrijfsmodi van de pomp bij constant en variabel toerental blijkt dat het extra energieverbruik bij ω= const zeer significant blijkt te zijn. De resultaten van de berekening van de bedrijfsmodi van de pomp met parameters worden bijvoorbeeld hieronder weergegeven Hx * = 1,2; Px*= 0,3 op een netwerk met verschillende tegendruk

Uit de gegeven gegevens blijkt dat de gecontroleerde elektrische aandrijving het verbruik van verbruikte elektriciteit aanzienlijk kan verminderen: tot 66% in het eerste geval en tot 41% in het tweede geval. In de praktijk kan dit effect nog groter blijken te zijn, aangezien om verschillende redenen (afwezigheid of storing van kleppen, handmatige bediening) helemaal geen kleppenregeling wordt toegepast, wat niet alleen leidt tot een toename van het elektriciteitsverbruik, maar ook tot buitensporige inspanningen en kosten in het waterleidingnet.

De energiekwesties van enkelwerkende centrifugale mechanismen in een netwerk met constante parameters zijn hierboven besproken. In de praktijk is er een parallelle werking van centrifugale mechanismen en heeft het netwerk vaak variabele parameters. De aerodynamische weerstand van het mijnnetwerk verandert bijvoorbeeld met een verandering in de lengte van de muren, de hydrodynamische weerstand van de watervoorzieningsnetwerken wordt bepaald door de wijze van waterverbruik, die gedurende de dag verandert, enz.

Met parallelle werking van centrifugale mechanismen zijn twee gevallen mogelijk:

1) de snelheid van alle mechanismen wordt gelijktijdig en synchroon geregeld;

2) de snelheid van een mechanisme of een deel van de mechanismen wordt geregeld.

Als de netwerkparameters constant zijn, kunnen in het eerste geval alle mechanismen worden beschouwd als één equivalent waarvoor alle bovenstaande relaties geldig zijn. In het tweede geval heeft de druk van het niet-gereguleerde deel van de mechanismen hetzelfde effect op het gereguleerde deel als de tegendruk en is zeer aanzienlijk, daarom is de elektriciteitsbesparing hier niet groter dan 10-15% van het nominale vermogen van de automaat.

Variabele netwerkparameters bemoeilijken de analyse van de samenwerking van centrifugale mechanismen met het netwerk aanzienlijk. In dit geval kan de energie-efficiëntie van een gecontroleerde elektrische aandrijving worden bepaald in de vorm van een gebied waarvan de grenzen overeenkomen met de grenswaarden van de netwerkparameters en de snelheid van het centrifugaalmechanisme.

Zie ook over dit onderwerp: VLT AQUA Drive frequentieomvormers voor pompunits