(материалы сайта promelua.kiev.ua)

Возможность управления частотой вращения короткозамкнутых асинхронных электродвигателей была доказана сразу после их изобретения. Реализовать эту возможность удалось лишь с появлением силовых полупроводниковых устройств – сначала  тиристоров, а позднее транзисторов  IGBT. В наше время во всем мире  начинает широко реализовываться частотный способ управления асинхронным двигателем, который сегодня рассматривается не только с точки зрения экономии потребленной энергии, но и с точки зрения усовершенствования управления технологическим процессом. В промышленно развитых странах успешное использование частотно-регулирующих приводов началось  на протяжении последних десяти лет.

1) Замена нерегулируемых приводов с асинхронными двигателями.

На сегодняшний день большинство электроприводов составляют нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями. Их используют в водо- и теплоснабжении, системах вентиляции и кондиционирования воздуха, компрессорных установках и прочих. В таких установках  плавное  регулирование скорости вращения позволяет в большинстве случаев отказаться от использования, вариаторов, дросселей, задвижек, заслонок, исполнительных механизмов и другой регулирующей аппаратуры. Это значительно упрощает механическую систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные затраты, а также затраты, связанные с приобретением регулирующей аппаратуры. При подключении через частотный регулятор, пуск двигателя происходит постепенно  без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на  двигатель и механизмы, увеличивает срок службы. Использование частотно-регулирующего электропривода разрешает получить экономию электроэнергии до 50 %. Энергосбережение  возникает путем устранения непроизводственных затрат в заслонках, дросселях и других регулирующих устройствах. При замене нерегулированного привода, который работает в режиме периодических включений, исключаются потери на пусковые токи, снижается необходимая мощность двигателя. Регулирование в системе водоснабжения в зависимости от графика потребления воды разрешает получить значительную экономию как электроэнергии, так и воды, уменьшить количество аварий через разрыв  трубопроводов.

а) Одной из областей наиболее эффективного использования частотных регуляторов являются насосы дополнительной подкачки в системах водо- и теплоснабжения. Особенностью этих систем является неравномерность потребления воды в зависимости от времени суток, дня недели и времени года. Постоянный объем  подачи приводит к заметному ослаблению напора во время повышенного разбора воды и к значительному повышению давления в магистрали, если расход воды снижается. Повышение давления в магистрали ведет к потерям воды на пути к потребителю и увеличивает вероятность разрывов трубопроводов. При использовании частотного регулятора есть две возможности регулировать подачу воды: в зависимости от составленного графика (без обратной связи) и в зависимости от реального расхода (с датчиком давления или расхода воды). Регулированная подача воды разрешает получить экономию электроэнергии до 50%, а также весомую экономию воды и тепла. Исключение прямых пусков двигателя позволяет снизить пусковые токи, предотвратить гидравлические удары и избыточное давление в магистрали, увеличить срок службы двигателя и трубопроводов.

б) При таких производственных процессах, как изготовление и намотка полимерных нитей и пленок, провода, бумаги, стекловолокна и  стеклоткани, необходимо точное регулирование скорости вращения, управление по моменту и согласованию скорости нескольких двигателей. Применение частотных регуляторов  в таких технологических процессах разрешает получить высокое качество нити, провода или материала, исключить обрывы и повысить производительность труда, а также получать при намотке одинаковое натяжение материала по всей толщине рулона. Для технологического процесса, где необходимо беспрерывное движение материала через несколько зон с постоянной скоростью, возможно согласование работы нескольких частотных регуляторов, бесступенчатое изменение скорости, постепенный пуск и остановка.

в) Для решения некоторых задач необходимо точное позиционирование механизма. В таких случаях оправданно использование частотных регуляторов с векторным управлением и обратной связью. Эта группа регуляторов имеет возможность работы с полным моментом в зоне нулевых скоростей. Приводы с асинхронными двигателями, которые питаются от таких частотных регуляторов, могут заменить регулирующие приводы постоянного тока.

г) Находит широкое использование частотное регулирование электродвигателями в приводах вентиляторов для градирен. Это дает возможность отказаться от использования дорогих специфических импортных  двухскоростных электродвигателей со скоростью вращения 100 – 200 оборотов в мин и применять отечественные недорогие стандартные электродвигатели со скоростью вращения 950 оборотов в мин.  За счет введения частотного регулирования и встроенного ПИД–регулятора, имеем возможность достичь необходимых оборотов при неизменном усилии на валу, который дает, в свою очередь, постепенное регулирование скорости вращения вентилятора и  точное соблюдение температуры возвратной воды.

Говоря об экономической эффективности, приведем некоторые сроки окупаемости систем с частотно - регулирующими приводами, которые получены в процессе технико-экономического обоснования проектов и полученных в результате двухлетней эксплуатации готовых импортных систем.

Например, срок окупаемости систем на котельных установках и центральных тепловых пунктах определялся с учетом продолжительности отопительного сезона 7 месяцев. В расчетах использовался тариф для промышленности, составляющий 0,21грн за кВт / ч электроэнергии. В расчет не бралось снижение эксплуатационных затрат на обслуживание насосных агрегатов коммутационной аппаратуры, снижение потерь теплоносителя в сетях, снижение потребления реактивной энергии из электрической сети и т.д.

Так, использование частотного регулятора в приводе электродвигателя сетевого насоса мощностью 215 кВт, дало срок окупаемости 1,4 года, электродвигателя водопроводного насоса мощностью 100 кВт - срок окупаемости 0,8 года, электродвигателя насоса горячего водоснабжения мощностью 30 кВт - срок окупаемости составил 1,5 года.

Использование частотно - регулирующих приводов, в частности для насосов и вентиляторов в технологических процессах, позволяет снизить электропотребление технологического оборудования. Перед началом внедрения рекомендуется провести технико - экономическое обоснование, которое позволяет определить не только сроки окупаемости от внедрения, но и правильно организовать технологический процесс с учетом возможностей приводов с частотным регулированием. Уместно использование частотных регуляторов не только в качестве элементов системы управления конкретного агрегата, а как составную комплексных системных решений с подключением широкого набора средств автоматизации технологического процесса. Такие решения позволят получить дополнительный эффект, который явно больший простой экономии электрической энергии.

В заключение необходимо добавить, что уже сегодня наше предприятие имеет опыт разработки и внедрения частотных регуляторов. Наработанные  многочисленные схемотехнические решения. Разработаны и испытаны разные методики по определению экономического эффекта от внедрения частотно - регулирующих приводов, по расчету необходимой мощности регуляторов.  Очевидно, что за частотными регуляторами будущее. Они будут все более и более использоваться в системах автоматики для различных отраслей промышленности.