Частотно-регулируемые электроприводы со встроенными функциями оптимизации энергопотребления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Суть энергосберегающих электроприводов

Применение электроприводов

Эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода

Заключение

Список используемой литературы

Введение

В последние 10-15 лет энергосбережение стало одним из основных приоритетных направлении технической политики во всех развитых странах мира наряду с информатизацией и компьютеризацией. Это связано с ограниченностью всех основных энергоресурсов, с непрерывно возрастающими сложностями их добычи и соответственно стоимостью, с глобальными экологическими проблемами, обозначившимися в последнее время. Энергосбережение в любой сфере сводится по существу к снижению бесполезных потерь энергии. Анализ структуры потерь в сфере производства, распределения и потреблении электроэнергии показывает, что определяющая доля потерь - до 90% приходится на сферу энергопотребления, тогда как потери при передаче электроэнергии составляют лишь 9-10%. Очевидно, что основные усилия по энергосбережению должны быть сконцентрированы именно в сфере потребления электроэнергии. Учитывая, что более 60% всей вырабатываемой электроэнергии потребляют электроприводы, можно сделать вывод о высокой актуальности задач энергосбережения при проектировании, эксплуатации, а также модернизации систем электропривода.

энергосберегающий электропривод применение внедрение

Суть энергосберегающих электроприводов

В разнообразии энергосберегающих технологий, хорошо себя зарекомендовали частотно-регулируемые электроприводы со встроенными функциями оптимизации энергопотребления. Суть заключается в гибком изменении частоты их вращения в зависимости от реальной нагрузки, что позволяет сэкономить до 30-50% потребляемой электроэнергии. При этом зачастую не требуется замена стандартного электродвигателя, что особенно актуально при модернизации производств.

Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой, - конвейеры, насосы, вентиляторы и т.п. Кроме снижения расхода электроэнергии, экономический эффект от применения частотно-регулируемых электроприводов достигается путем увеличения ресурса работы электротехнического и механического оборудования, что становится дополнительным плюсом.

Такие энергосберегающие электроприводы и средства автоматизации могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ: от лифтов и вентиляционных установок до автоматизации предприятий, где нерациональный расход электроэнергии связан с наличием морально и физически устаревшего оборудования. По различным источникам, в европейских странах до 80% запускаемых в эксплуатацию электроприводов уже являются регулируемыми. В нашей стране пока их доля гораздо ниже, а необходимость использования энергосберегающих технологий все более актуальна.

Применение электроприводов

Современный уровень развития силовой электроники, микропроцессорных систем управления и контроля, теории и средств автоматического регулирования позволяет широко использовать эти теоретические и технические достижения для решения задач энерго- и ресурсосбережения. Применение современных способов регулирования скорости технологических механизмов в сочетании с широкими возможностями автоматизации может обеспечить оптимальное использование энергетических и других природных ресурсов. Сегодня электроприводы переменного тока постепенно вытесняют приводы постоянного тока, которые исторически доминировали в области регулируемого электропривода. Современные преобразователи частоты обеспечивают качество регулирования скорости асинхронных двигателей, не уступающее приводам постоянного тока. Хорошо известные преимущества асинхронного короткозамкнутого двигателя, такие как высокая надежность, меньшая стоимость, простота изготовления и эксплуатации в сочетании с обеспечиваемыми в настоящее время высокими регулировочными и динамическими показателями превращают асинхронный частотно-регулируемый электропривод в доминирующий тип регулируемого электропривода, массовое применение которого позволяет решать не только технологические задачи, но и проблему энергосбережения.

Из множества областей, в которых имеется потенциальная возможность энергосбережения средствами электропривода, можно выделить наиболее важные и эффективные направления:

· широкое внедрение частотно-регулируемых асинхронных электроприводов в системах водоснабжения, водоотведения, отопления и вентиляции для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов, нагнетателей, воздуходувок, компрессоров и т.п.;

· применение регулируемого электропривода и средств автоматизации в электросталеплавильном производстве и других энергоемких процессах;

· модернизация подъемно-транспортных механизмов (кранов, подъемников, лифтов) путем установки частотно-регулируемых электроприводов, в том числе с рекуперацией энергии в сеть, где это целесообразно;

· применение в электроприводах переменного тока современных частотных преобразователей со встроенной функцией оптимизации энергопотребления. Это особенно актуально для отечественной практики, так как многочисленные обследования показывают, что установленная мощность двигателя, как правило, существенно завышена;

· объекты жилищно-коммунального хозяйства и промышленного комплекса, в задачу которых входит поддержание заданного уровня жидкости в резервуарах (водоразборные и очистные сооружения и др.).

Физическую природу снижения энергопотребления проиллюстрируем на примере вентиляторов. Большинство вентиляторов представляют собой центробежные машины. На рис. 1 приведена типичная характеристика центробежного вентилятора - зависимость выходного давления H от потока (расхода) воздуха Q. Она остается неизменной при постоянной частоте вращения вентилятора. Здесь же представлена характеристика системы вентиляции (кривая 1). Она показывает, какое давление требуется от вентилятора для обеспечения требуемого потока воздуха и покрытия всех потерь в системе. Точка пересечения двух кривых является фактической рабочей точкой системы.

Рис.1. Характеристики вентилятора и системы при регулировании шибером

Обычно производительность вентилятора изменяется установкой шибера на выходе. Выходные шиберы воздействуют на характеристику системы, увеличивая сопротивление потоку воздуха. На рис. 1 показаны несколько характеристик системы при различных положениях шибера (кривая 1 соответствует полностью открытому шиберу). Известно, что мощность, потребляемая из сети двигателем турбомеханизма, пропорциональна произведению давления и расхода, т.е. пропорциональна площади прямоугольника, одна из вершин которого совпадает с рабочей точкой, а противоположная - с началом координат. Из рис. 1 видно, что изменение производительности вентилятора влияет на потребление энергии незначительно.

Изменение частоты вращения вентилятора приводит к изменению его характеристики, как это показано на рис. 2. Здесь кривые 2 и 3 соответствуют пониженной частоте вращения. Из рисунка видно, что снижение частоты вращения вентилятора приводит к перемещению рабочей точки вдоль характеристики системы и существенному снижению расхода электроэнергии при тех же расходах, что и на рис. 1. Количественную оценку этих изменений можно получить из формул, называемых законами подобия:

Рис. 2. Характеристики вентилятора и системы при регулировании частоты вращения

Аналогичные кривые можно построить и для центробежных насосов. Здесь изменение производительности обычно осуществляется дроссельными заслонками на выходе насоса. На рис. 3 представлен сравнительный график мощности, потребляемой насосом, в зависимости от расхода при регулировании дросселированием и частотном регулировании. Разность между значениями этими кривыми при заданном расходе позволяет определить экономию энергии при частотном регулировании по сравнению с регулированием дроссельной заслонкой.

Рис. 3. Зависимость потребляемой мощности от расхода

Эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода

Высокую эффективность внедрения частотно-регулируемого электропривода можно проиллюстрировать на примере использования его в насосных, вентиляторных, нагнетательных установках. Электроприводы указанного класса механизмов потребляют не менее 20-25% всей вырабатываемой электроэнергии и в большинстве случаев остаются нерегулируемыми, что не позволяет получить режим рационального энергопотребления и расхода воды, пара, воздуха и т. д. при изменении технологических потребностей в широких пределах. Регулирование производительности с помощью задвижек является крайне неэкономичным способом. Значительное снижение момента нагрузки при снижении скорости вращения приводного двигателя, характерное для рассматриваемых механизмов, обеспечивает существенную экономию электроэнергии (до 50%) при использовании регулируемого электропривода и позволяет создать принципиально новую технологию транспортировки воды, воздуха и т. д. с эффективным регулированием производительности агрегата. Кроме того, поддержание в системе минимально необходимого давления приводит к существенному уменьшению непроизводительного расхода транспортируемого продукта, снижению аварийности и увеличению срока службы гидравлических и пневматических сетей. Опыт применения частотно-регулируемых электроприводов в водоснабжении показывает, что можно сэкономить до 25% воды, что также дает значительную экономию эксплуатационных затрат. Невысокие требования к качеству регулирования давления обуславливают возможность применения относительно недорогих преобразователей частоты с так называемым скалярным управлением, которые наиболее просты в проектировании, наладке, эксплуатации. Положительным моментом является также то, что преобразователь частоты может быть легко внедрен в уже существующую установку без какой-либо реконструкции системы в целом. Сочетание высокой экономичности регулирования и относительно малой стоимости оборудования обеспечивает сравнительно низкий срок его окупаемости (от нескольких месяцев).

Измерения, проведенные на городских насосных установках до установки нового оборудования и после, подтвердили экономию электроэнергии 40-50% и экономию воды до 25%. Срок окупаемости работ составил 6-8 месяцев.

При модернизации дуговых сталеплавильных печей (ДСП) на ОАО "Уралмаш", которая заключалась в замене аналогового регулятора мощности дуги на цифровой путем применения программируемого контроллера, переводе электропривода перемещения электродов с постоянного тока на частотно-регулируемый асинхронный и установке нового пульта управления оператора, в ходе опытно-промышленной эксплуатации получены следующие результаты:

· уменьшилось время плавки с 3 до 2,5 часов;

· снизился расход электроэнергии на 12-15%;

· снизился расход электродов на 8%;

· повысился средний коэффициент мощности с 0.68 до 0.76;

· повысилось качество выплавляемой стали.

Улучшение технико-экономических показателей получено за счет стабилизации дуги и более равномерной подачи энергии в ДСП, а также исключения касаний металла электродами на заключительных этапах плавки. Средствами электропривода и автоматизации можно добиться снижения энергопотребления и в других энергоемких технологических процессах.

Другой актуальной областью внедрения энергосберегающих электроприводов являются подъемно-транспортные механизмы. Большинство существующих механизмов данного класса (краны, лифты) имеют контакторную схему управления при регулировании скорости путем переключения ступеней сопротивления в цепи ротора асинхронного двигателя либо использовании двухскоростных двигателей. Используемое для изменения скорости реостатное регулирование отличается крайне низкой энергетической эффективностью и сопровождается значительными потерями. Перевод на частотное регулирование дает следующие преимущества:

· обеспечивается плавное регулирование скорости при существенном снижении энергопотребления;

· повышается точность и качество регулирования скорости;

· плавность пуска и торможения, отсутствие резких толчков увеличивают срок службы всех механических элементов подъемно-транспортных устройств, повышают комфортность управления и обеспечивают сохранность груза;

· асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором дешевле и надежнее двигателей с фазным ротором и двухскоростных двигателей.

Заключение

Говоря об энергосбережении средствами регулируемого электропривода, следует отметить, что многие современные преобразователи частоты содержат в себе функции так называемого энергосберегающего управления, которое заключается в более гибком управлении напряжением двигателя при изменении нагрузки, что позволяет в некоторых режимах дополнительно сэкономить до 30% потребляемой электроэнергии за счет снижения потерь в двигателе. Режим энергосбережения особенно актуален для механизмов, которые часть времени работают с пониженной нагрузкой.

Приведенные примеры, перечень которых можно продолжить, объективно подтверждают целесообразность широкого внедрения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов с целью удовлетворения технологических требований и решения задач энергосбережения.

Список используемой литературы

1. Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и энергосбережения. - М.: ТетраСистемс, 2009. - 245 с.

2. Свидерская О.В. Основы энергосбережения. Ответы на экзаменационные вопросы. - М.: ТетраСистемс, 2012. - 341 с.

3. Свидерская, О.В. Основы энергосбережения / О.В.Свидерская. - Минск: ТетраСистемс, 2012. - 176с.

4. Сторожко, О. О чём мыслит дом? / О.Сторожко // Московская перспектива. - 2013. - 10 декабря.

5.Федоров С.Н. Приоритетные направления для повышения энергоэффективности зданий // Энергосбережение, 2013. - №5. -с.23-25.

6. Энергосбережение // Вестник энергосбережения Южного Урала. - 2014. - 11. - С.15

7. Экономический словарь. - Режим доступа: [abcrmbureau/ html/danodninaadaaeaiea.html]

8. Словари и энциклопедии на Академике. - Режим доступа: [dic. academic/dic.nsf/ecolog/931]

9. Ресурсосберегающие технологии. - Режим доступа: [gov.cap/ home/49/baner/2009/energi/index.htm]

Размещено на Allbest.ru