Accionament elèctric variable com a mitjà d'estalvi d'energia

La transició de la propulsió elèctrica no regulada a la regulada és una de les principals maneres d'estalviar energia en l'accionament elèctric i en l'àmbit tecnològic mitjançant l'accionament elèctric.

Com a regla general, la necessitat de controlar la velocitat o el parell dels accionaments elèctrics dels mecanismes de producció està dictada pels requisits del procés tecnològic. Per exemple, la velocitat d'alimentació de la talladora determina la neteja del processament d'una peça en un torn, la reducció de la velocitat de l'ascensor és necessària per a un posicionament precís del cotxe abans d'aturar-se, la necessitat d'ajustar el parell de l'eix de bobinatge és dictada per les condicions per mantenir una força constant de tensió del material ferit, etc.

Tanmateix, hi ha una sèrie de mecanismes que no requereixen un canvi de velocitat segons les condicions tecnològiques, ni s'utilitzen altres mètodes (no elèctrics) per influir en els paràmetres del procés tecnològic per a la regulació.

En primer lloc, inclouen mecanismes de transport continu per moure productes sòlids, líquids i gasosos: transportadors, ventiladors, ventiladors, unitats de bombeig. Per a aquests mecanismes, actualment, per regla general, s'utilitzen accionaments elèctrics asíncrons no regulats, que posen els cossos de treball en moviment a una velocitat constant, independentment de la càrrega dels mecanismes. Sota la seva càrrega parcial, els modes de funcionament a velocitat constant es caracteritzen per augmentar consum energètic específic en comparació amb el mode nominal.

Reducció del rendiment del NSC, l'eficiència del transportador disminueix, ja que la proporció relativa de l'energia consumida supera el moment d'inactivitat. Més econòmic és el mode de velocitat variable, que proporciona el mateix rendiment, però amb un component constant d'esforç de tracció.

A la fig. La figura 1 mostra les dependències de potència de l'eix del motor per a una cinta transportadora amb un moment de ralentí Mx = 0, ЗМв per a velocitats de moviment de càrregues constants (v — const) i ajustables (Fg = const). La zona ombrejada de la figura representa l'estalvi energètic obtingut pel control de velocitat.

Arròs. 1. Dependència de la potència de l'eix del motor elèctric del rendiment del transportador

Així, si la velocitat del transportador es redueix al 60% del valor nominal, la potència de l'eix del motor disminuirà un 10% en comparació amb el valor nominal. L'efecte de la regulació de la velocitat és més gran, com més gran és el parell en ralentí i més significativament redueix el rendiment del transportador.

La reducció de la velocitat dels mecanismes de transport continu amb subcàrrega permet realitzar la quantitat de treball requerida amb un menor consum específic d'energia, és a dir, resoldre un problema purament econòmic de reducció del consum d'energia en el procés tecnològic de moviment de productes.

Normalment, amb una reducció de la velocitat d'aquests mecanismes, també apareix un efecte econòmic a causa de la millora de les característiques operatives dels equips tecnològics. Així, quan la velocitat disminueix, el desgast del cos del transportador disminueix, la vida útil de les canonades i accessoris augmenta a causa d'una disminució de la pressió desenvolupada per les màquines per subministrar líquids i gasos, i també s'elimina l'excés de consum d'aquests productes.

L'efecte en el camp de la tecnologia sovint resulta significativament superior al degut a l'estalvi energètic, per això és fonamentalment equivocat decidir sobre la conveniència d'utilitzar un accionament elèctric controlat per a aquests mecanismes avaluant només l'aspecte energètic.

Control de velocitat de màquines de pala.

Els mecanismes centrífugs per al subministrament de líquids i gasos (ventiladors, bombes, ventiladors, compressors) són els principals mecanismes industrials generals amb major potencial a tot el país per reduir de manera significativa el consum específic d'energia. La posició especial dels mecanismes centrífugs s'explica per la seva massivitat, gran potència, per regla general, amb un mode de funcionament llarg.

Aquestes circumstàncies determinen la part important d'aquests mecanismes en el balanç energètic del país.La capacitat total instal·lada dels motors d'accionament per a bombes, ventiladors i compressors és al voltant del 20% de la capacitat de totes les centrals elèctriques, mentre que els ventiladors sols consumeixen al voltant del 10% de tota l'electricitat produïda al país.

Les propietats de funcionament dels mecanismes centrífugs es presenten en forma de dependències del capçal H del cabal Q i la potència P del cabal Q. En un mode de funcionament estacionari, el capçal creat pel mecanisme centrífug s'equilibra amb la pressió de la xarxa hidrodinàmica o aerodinàmica a la qual lliura líquid o gas.

La component estàtica de la pressió es determina per a les bombes: per la diferència geodèsica entre els nivells de l'usuari i la bomba; per als aficionats: atracció natural; per a ventiladors i compressors: a partir de la pressió del gas comprimit a la xarxa (dipòsit).

El punt d'intersecció de les característiques Q-H de la bomba i la xarxa determina els paràmetres H-Hn i Q — Qn. La regulació del cabal Q d'una bomba que funciona a una velocitat constant es realitza normalment per una vàlvula a la sortida i comporta un canvi en la característica de la xarxa, com a resultat del qual el cabal QA * <1 correspon a el punt d'intersecció amb la característica de la bomba.

Arròs. 2. Q-H-característiques de la unitat de bombeig

Per analogia amb els circuits elèctrics, regular el flux a través d'una vàlvula és similar a controlar el corrent augmentant la resistència elèctrica del circuit. Evidentment, aquest mètode de control no és eficient des del punt de vista energètic, ja que va acompanyat de pèrdues d'energia improductives en els elements reguladors (resistència, vàlvula). La pèrdua de la vàlvula es caracteritza per l'àrea ombrejada de la Fig. 1.

Com en el circuit elèctric, és més econòmic regular la font d'energia que el seu usuari. En aquest cas, el corrent de càrrega disminueix en els circuits elèctrics a causa d'una disminució de la tensió de la font. En xarxes hidràuliques i aerodinàmiques, s'obté un efecte similar reduint la pressió creada pel mecanisme, que es realitza reduint la velocitat del seu impulsor.

Quan la velocitat canvia, les característiques de funcionament dels mecanismes centrífugs canvien d'acord amb les lleis de semblança, que tenen la forma: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

La velocitat de l'impulsor de la bomba a la qual la seva característica passarà pel punt A:

L'expressió de la potència consumida per la bomba durant la regulació de velocitat és:

La dependència quadràtica del moment de la velocitat és característica principalment per als ventiladors, ja que la component estàtica del cap, determinada per l'empenta natural, és significativament menor que Hx. A la literatura tècnica, de vegades s'utilitza una dependència aproximada del moment de la velocitat, que té en compte aquesta propietat del mecanisme centrífug:

M* = ω *n

on n = 2 a Hc = 0 i nHc> 0. Els càlculs i experiments mostren que n=2 — 5, i els seus grans valors són característics dels compressors que funcionen en una xarxa amb una contrapressió significativa.

L'anàlisi dels modes de funcionament de la bomba a velocitat constant i variable mostra que l'excés de consum d'energia a ω= const resulta molt significatiu. Per exemple, els resultats del càlcul dels modes de funcionament de la bomba amb paràmetres es mostren a continuació Hx * = 1,2; Px*= 0,3 en una xarxa amb contrapressió diferent Зс:

Les dades proporcionades mostren que l'accionament elèctric controlat pot reduir significativament el consum d'electricitat consumida: fins a un 66% en el primer cas i fins a un 41% en el segon cas. A la pràctica, aquest efecte pot arribar a ser encara més gran, ja que per diverses raons (absència o mal funcionament de les vàlvules, accionament manual), la regulació per vàlvules no s'aplica en absolut, la qual cosa comporta no només un augment del consum elèctric, sinó també a esforços i costos excessius a la xarxa hidràulica.

Els problemes energètics dels mecanismes centrífugs d'efecte simple en una xarxa amb paràmetres constants s'han comentat anteriorment. A la pràctica, hi ha un funcionament paral·lel de mecanismes centrífugs i la xarxa sovint té paràmetres variables. Per exemple, la resistència aerodinàmica de la xarxa minera canvia amb un canvi en la longitud de les parets, la resistència hidrodinàmica de les xarxes de subministrament d'aigua està determinada pel mode de consum d'aigua, que canvia durant el dia, etc.

Amb el funcionament paral·lel dels mecanismes centrífugs, són possibles dos casos:

1) la velocitat de tots els mecanismes es regula de manera simultània i sincrònica;

2) es regula la velocitat d'un mecanisme o part dels mecanismes.

Si els paràmetres de xarxa són constants, en el primer cas tots els mecanismes es poden considerar com un equivalent per al qual totes les relacions anteriors són vàlides. En el segon cas, la pressió de la part no regulada dels mecanismes té el mateix efecte sobre la part regulada que la contrapressió i és molt significativa, per això l'estalvi d'electricitat aquí no supera el 10-15% de la potència nominal. de la màquina.

Els paràmetres de xarxa variables compliquen molt l'anàlisi de la cooperació dels mecanismes centrífugs amb la xarxa. En aquest cas, l'eficiència energètica d'un accionament elèctric controlat es pot determinar en forma d'una àrea els límits de la qual corresponen als valors límit dels paràmetres de la xarxa i la velocitat del mecanisme centrífug.

Veure també sobre aquest tema: Convertidors de freqüència VLT AQUA Drive per a unitats de bomba