Первоисточник материала: http://lalls.narod.ru/
М. ПЕЛТОЛА фирма «АББ», Нью-Берлин. США
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРИВОД ЭКОНОМИТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ
С тех пор, как асинхронный двигатель переменного тока с корот-козамкнутым ротором заменил двигатель постоянного тока в большинстве случаев применения, могло показаться, что электропривод достиг максимального к. п. д. Естественно, что при таком представлении повышать энергетическую эффективность стали через технологическое оборудование. Хотя асинхронный короткозамкнутый двигатель прочен, прост и надежен, до появления новейших систем электропривода его существенным недостатком было отсутствие гибкости. Поскольку его частота вращения определяется частотой питающей сети, двигатель переменного тока с питанием от сети был, по существу, односкоростной машиной. В результате инженеры склонялись к проектированию систем с насосами, вентиляторами и конвейерами, работающими с постоянной скоростью.
Рисунок 1 - Сравнение потребляемой мощности вснтиляюра при различных методах регулирования расхода
1 - система электропривода с регулируемой скоростью, 2 - регулирование направляющими лопатками; 3 - регулирование заслонками; 4 - гидравлическая или индукционная муфта; 5 - регулирование изменением угла лопаток вентилятора (только у осевых вентиляторов); 6 - регулирование дисковой дроссельной заслонкой (только у центробежных вентиляторов) характеристики варьировали с помощью вентилей, заслонок и других устройств.
Картина изменилась с появлением регулируемого привода с микропроцессорным управлением. Асинхронный двигатель превратился в машину с переменной скоростью вращения, обеспечивающей во многих случаях существенную экономию электроэнергии.
Эти разработки базируются на применении привода с регулируемой скоростью, состоящего из асинхронного короткозамкнутого двигателя и преобразователя частоты. В преобразователе частоты, таком, например, какой используется в приводах фирмы «АББ» серии SAMI, используется простой двухэтапный процесс для преобразования напряжения питания частотой 50 или 60 Гц в выходное напряжение регулируемой величины. С помощью него асинхронный короткозамкнутый двигатель превращается в двигатель с точно регулируемой скоростью. Эти приводы обеспечивают широкий диапазон регулирования рабочей частоты и напряжения, плавное изменение направления вращения двигателя, выработку максимального вращающего момента двигателя даже при нулевой скорости. Преобразователи частоты серии SAMI могут применяться для регулирования скорости асинхронных короткозамкнутых двигателей мощностью от 0,75 до 8 МВт, благодаря чему расширяется диапазон их возможного применения в различных отраслях народного хозяйства.
Экономичность является неотъемлемым свойством, присущим приводам с регулируемой скоростью. Так, при номинальной мощности преобразователи частоты серии SAMI обеспечивают электрический к. п. д. выше 98%. Кроме непосредственной экономии энергии, благодаря такой повышенной эффективности снижаются затраты на охлаждение аппаратных камер, в которых размещается различное оборудование.
Еще большая экономия энергии достигается благодаря применению рекуперативного торможения. В этом режиме двигатель действует как тормоз, а энергия торможения, которую он вырабатывает, через инвертор возвращается в сеть или к другим преобразователям, работающим в режиме потребления мощности. Широко распространено использование электропривода для управления вентиляторами, например, в системах охлаждения. Там, где асинхронный короткозамкнутый двигатель питается от сети при постоянной рабочей частоте вращения двигателя, вентилятор работает с полной производительностью. В таких установках снижения расхода воздуха обычно достигают с помощью различных ограничителей (например, заслонок) в выходном воздуховоде или с помощью регулирования угла установки лопаток направляющего аппарата. Центробежные вентиляторы могут быть оборудованы дисковой дроссельной заслонкой. В качестве альтернативы, в систему передачи может быть включена регулируемая муфта. Самым сложным решением такой задачи является использование поворотных лопаток в вентиляторе.
На рисунке 1 приведены кривые, рассчитанные специалистами Управления эффективности использования энергии Британского правительства, показывающие зависимость эффективности от метода регулирования производительности вентилятора. При регулировании производительности вентилятора механическим дросселированием (кривые 2, 3, 6) при 30%-ном расходе все еще требуется 40—60% номинальной мощности максимального режима, поскольку вентилятор продолжает вращаться с постоянной скоростью. Введение регулируемой муфты между вентилятором и двигателем (кривая 4) снижает потребление энергии до уровня ниже 20% полной мощности. Однако регулирование частоты вращения в месте выработки посредством воздействия на сам двигатель (кривая 1) обеспечивает наиболее экономичную характеристику при малых расходах. Фактически, на этой диаграмме показаны заниженные данные повышения общей энергетической эффективности по сравнению с показателями, достигаемыми современным регулируемым приводом с микропроцессорным управлением. Причина этого состоит в том, что микропроцессор позволяет реализовывать в приводе сложный алгоритм управления, способствующий снижению расхода энергии. Экономию энергии, получаемую с помощью приводов с регулируемой скоростью (преобразователей частоты SAMI), можно проиллюстрировать на примере оптимизации процесса сгорания и. соответственно, минимизации расхода топлива, в многотопливном паровом котле. Два асинхронных двигателя с регулируемой скоростью были установлены вместо привода с постоянной частотой вращения вентиляторов принудительной тяги, подающих воздух для горения в топку парового котла. При сортах топлива, варьирующихся от торфа и коры до угля, требуемое количество воздуха для заданной теплопроизводительности также изменялось в значительных пределах. При переводе с постоянной скоростью для регулирования расхода требовалось применять заслонки, однако система SAMI, работающая по принципу замкнутого контура регулирования, обеспечила стехиометрическое горение путем регулирования подачи воздуха так, что расход соответствовал как изменяющейся потребности в паре, так и изменению свойств используемого топлива (содержания влаги и теплотворной способности).
Экономия энергии представляет собой идеальную меру для оценки характеристики привода, поскольку финансовая выгода, в виде снижения расходов на топливо или электроэнергию. несомненна. Как показывает опыт, привод с регулируемой скоростью окупается за период менее одного года. Расчеты управления эффективности использования энергии Британского правительства показывают, что за счет внедрения привода с регулируемой скоростью электродвигателей мощностью до 300 кВт в 25% наиболее часто встречающихся сфер их применения (как правило, насосов, вентиляторов и компрессоров) может быть достигнута экономия в размере 5 ТВт ч в год. Это эквивалентно годовой экономии расходов по промышленности страны в размере 200 млн. фунтов стерлингов.