Truyền động điện biến đổi như một phương tiện tiết kiệm năng lượng

Việc chuyển đổi từ truyền động điện không điều khiển sang điều khiển là một trong những cách chính để tiết kiệm năng lượng trong truyền động điện và trong lĩnh vực công nghệ truyền động điện.

Theo quy định, nhu cầu kiểm soát tốc độ hoặc mô-men xoắn của các bộ truyền động điện của các cơ chế sản xuất được quy định bởi các yêu cầu của quy trình công nghệ. Ví dụ, tốc độ nạp của máy cắt xác định độ sạch của quá trình xử lý phôi trên máy tiện, việc giảm tốc độ thang máy là cần thiết để định vị chính xác ô tô trước khi dừng, nhu cầu điều chỉnh mô-men xoắn của trục cuộn được quyết định bởi các điều kiện để duy trì lực căng không đổi của vật liệu bị thương, v.v.

Tuy nhiên, có một số cơ chế không yêu cầu thay đổi tốc độ theo điều kiện công nghệ hoặc các phương pháp khác (không dùng điện) tác động đến các tham số của quy trình công nghệ được sử dụng để điều chỉnh.

Trước hết, chúng bao gồm các cơ chế vận chuyển liên tục để di chuyển các sản phẩm rắn, lỏng và khí: băng tải, quạt, quạt, bộ phận bơm. Đối với các cơ chế này, hiện nay, theo quy luật, các bộ truyền động điện không đồng bộ không được kiểm soát được sử dụng, thiết lập các cơ quan làm việc chuyển động ở tốc độ không đổi, bất kể tải trọng trên các cơ chế. Dưới tải một phần của nó, các chế độ vận hành ở tốc độ không đổi được đặc trưng bởi sự gia tăng tiêu thụ năng lượng cụ thể so với chế độ danh nghĩa.

Giảm hiệu suất của NSC, hiệu quả của băng tải giảm, do tỷ lệ tương đối của năng lượng tiêu thụ vượt qua thời điểm không hoạt động. Tiết kiệm hơn là chế độ tốc độ thay đổi, cung cấp hiệu suất tương tự, nhưng với thành phần lực kéo không đổi.

Trong bộ lễ phục. Hình 1 cho thấy sự phụ thuộc vào công suất của trục động cơ đối với băng tải có thời điểm không tải Mx = 0, ЗМв đối với tốc độ chuyển động của tải không đổi (v — const) và có thể điều chỉnh (Fg = const). Khu vực tô bóng trong hình thể hiện mức tiết kiệm năng lượng thu được nhờ điều khiển tốc độ.

Cơm. 1. Sự phụ thuộc của công suất trục động cơ điện vào hiệu suất của băng tải

Vì vậy nếu giảm tốc độ băng tải xuống 60% giá trị định mức thì công suất trục động cơ sẽ giảm 10% so với giá trị định mức. Hiệu quả của việc điều chỉnh tốc độ càng cao, mô-men xoắn không tải càng lớn và nó càng làm giảm đáng kể hiệu suất của băng tải.

Giảm tốc độ của các cơ chế vận chuyển liên tục với tải thấp cho phép bạn thực hiện khối lượng công việc cần thiết với mức tiêu thụ năng lượng cụ thể thấp hơn, tức là giải quyết vấn đề kinh tế thuần túy là giảm tiêu thụ năng lượng trong quy trình công nghệ di chuyển sản phẩm.

Thông thường, với việc giảm tốc độ của các cơ chế như vậy, hiệu quả kinh tế cũng xuất hiện do cải thiện các đặc tính vận hành của thiết bị công nghệ. Vì vậy, khi tốc độ giảm, độ mài mòn của thân băng tải giảm, tuổi thọ của đường ống và phụ kiện tăng lên do giảm áp suất do máy cung cấp chất lỏng và khí phát triển, đồng thời loại bỏ mức tiêu thụ quá mức của các sản phẩm này.

Hiệu quả trong lĩnh vực công nghệ thường cao hơn đáng kể so với tiết kiệm năng lượng, đó là lý do tại sao về cơ bản là sai lầm khi quyết định sử dụng truyền động điện có điều khiển cho các cơ chế như vậy bằng cách chỉ đánh giá khía cạnh năng lượng.

Kiểm soát tốc độ của máy xẻng.

Các cơ chế ly tâm để cung cấp chất lỏng và khí (quạt, máy bơm, quạt, máy nén) là cơ chế công nghiệp chung chính có tiềm năng lớn nhất trong cả nước để giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng cụ thể. Vị trí đặc biệt của các cơ chế ly tâm được giải thích bởi tính đại chúng, công suất cao, theo quy luật, với chế độ vận hành dài.

Những trường hợp này xác định tỷ lệ đáng kể của các cơ chế này trong cân bằng năng lượng của đất nước.Tổng công suất lắp đặt của động cơ truyền động cho máy bơm, quạt và máy nén chiếm khoảng 20% ​​công suất của tất cả các nhà máy điện, trong khi riêng quạt tiêu thụ khoảng 10% tổng lượng điện sản xuất trong nước.

Các đặc tính vận hành của cơ chế ly tâm được trình bày dưới dạng sự phụ thuộc của cột áp H vào lưu lượng Q và công suất P trên lưu lượng Q. Ở chế độ vận hành đứng yên, cột áp do cơ cấu ly tâm tạo ra được cân bằng bởi áp suất của mạng lưới thủy khí hoặc khí động học trong đó nó cung cấp chất lỏng hoặc khí.

Thành phần tĩnh của áp suất được xác định cho máy bơm — bởi sự chênh lệch trắc địa giữa mức của người dùng và máy bơm; đối với người hâm mộ — sức hấp dẫn tự nhiên; cho quạt và máy nén — từ áp suất khí nén trong mạng (bể chứa).

Giao điểm của các đặc tính Q-H của máy bơm và mạng xác định các tham số H-Hn và Q — Qn. Việc điều chỉnh tốc độ dòng chảy Q của máy bơm hoạt động ở tốc độ không đổi thường được thực hiện bởi một van ở đầu ra và dẫn đến thay đổi đặc tính của mạng, do đó tốc độ dòng chảy QA * <1 tương ứng với giao điểm với đặc tính của bơm.

Cơm. 2. Đặc tính Q-H của tổ máy bơm

Tương tự với các mạch điện, việc điều chỉnh dòng chảy qua van cũng tương tự như việc điều khiển dòng điện bằng cách tăng điện trở của mạch. Rõ ràng, phương pháp điều khiển này không hiệu quả từ quan điểm năng lượng, vì nó đi kèm với tổn thất năng lượng không hiệu quả trong các phần tử điều chỉnh (điện trở, van). Tổn hao van được đặc trưng bởi vùng bóng mờ trong Hình. 1.

Như trong mạch điện, việc điều chỉnh nguồn năng lượng sẽ kinh tế hơn là người sử dụng nó. Trong trường hợp này, dòng tải giảm trong các mạch điện do giảm điện áp nguồn. Trong các mạng thủy lực và khí động học, hiệu ứng tương tự đạt được bằng cách giảm áp suất do cơ chế tạo ra, điều này được thực hiện bằng cách giảm tốc độ của bánh công tác.

Khi tốc độ thay đổi, đặc tính làm việc của các cơ cấu ly tâm thay đổi theo quy luật đồng dạng có dạng: Q* = ω*, H* = ω *2, P* = ω *3

Tốc độ của bánh công tác máy bơm mà tại đó đặc tính của nó sẽ đi qua điểm A:

Biểu thức tính công suất tiêu thụ của bơm trong quá trình điều chỉnh tốc độ là:

Sự phụ thuộc bậc hai của mômen vào tốc độ là đặc trưng chủ yếu đối với quạt, vì thành phần tĩnh của đầu xác định bởi lực đẩy tự nhiên nhỏ hơn đáng kể so với Hx. Trong tài liệu kỹ thuật, đôi khi sử dụng sự phụ thuộc gần đúng của mômen vào tốc độ, có tính đến tính chất này của cơ chế ly tâm:

M* = ω *n

trong đó n = 2 at tại Hc = 0 và nHc > 0. Các tính toán và thử nghiệm cho thấy n=2 — 5 và các giá trị lớn của nó là đặc trưng của máy nén hoạt động trong mạng có áp suất ngược đáng kể.

Phân tích các chế độ vận hành máy bơm ở tốc độ không đổi và thay đổi cho thấy mức tiêu thụ năng lượng dư thừa ở ω= const hóa ra là rất đáng kể. Ví dụ kết quả tính toán các chế độ hoạt động của máy bơm với các thông số như hình dưới Hx*=1.2; Px*= 0,3 trên mạng có áp suất ngược khác Зс:

Dữ liệu đã cho cho thấy ổ điện có điều khiển có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng tiêu thụ: lên tới 66% trong trường hợp đầu tiên và lên tới 41% trong trường hợp thứ hai. Trên thực tế, hiệu ứng này có thể còn cao hơn, vì nhiều lý do (không có hoặc trục trặc van, điều khiển thủ công), việc điều chỉnh bằng van hoàn toàn không được áp dụng, điều này không chỉ dẫn đến tăng mức tiêu thụ điện mà còn đến những nỗ lực và chi phí quá mức trong mạng lưới thủy lực.

Các vấn đề về năng lượng của cơ chế ly tâm tác động đơn trong mạng có tham số không đổi đã được thảo luận ở trên. Trong thực tế, có sự hoạt động song song của các cơ cấu ly tâm và mạng lưới thường có các thông số thay đổi. Ví dụ, sức cản khí động học của mạng lưới khai thác thay đổi khi chiều dài của các bức tường thay đổi, sức cản thủy động của mạng lưới cấp nước được xác định bởi chế độ tiêu thụ nước, thay đổi trong ngày, v.v.

Với hoạt động song song của các cơ chế ly tâm, có thể xảy ra hai trường hợp:

1) tốc độ của tất cả các cơ chế được điều chỉnh đồng thời và đồng bộ;

2) tốc độ của một cơ chế hoặc một phần của cơ chế được điều chỉnh.

Nếu các tham số mạng không đổi, thì trong trường hợp đầu tiên, tất cả các cơ chế có thể được coi là một cơ chế tương đương mà tất cả các mối quan hệ trên đều hợp lệ. Trong trường hợp thứ hai, áp suất của phần không được kiểm soát của các cơ chế có tác dụng tương tự đối với phần được điều chỉnh như áp suất ngược và rất đáng kể, đó là lý do tại sao mức tiết kiệm điện ở đây không vượt quá 10-15% công suất định mức của máy.

Các tham số mạng thay đổi làm phức tạp đáng kể việc phân tích sự hợp tác của các cơ chế ly tâm với mạng. Trong trường hợp này, hiệu suất năng lượng của truyền động điện được điều khiển có thể được xác định dưới dạng một khu vực có ranh giới tương ứng với các giá trị giới hạn của các tham số mạng và tốc độ của cơ chế ly tâm.

Xem thêm về chủ đề này: VLT AQUA Bộ chuyển đổi tần số Drive cho các đơn vị máy bơm