Säädettävä sähkökäyttö energiansäästökeinona
Siirtyminen säätelemättömästä sähkökäytöstä säädettävään on yksi tärkeimmistä tavoista säästää energiaa sähkökäytössä ja tekniikan alalla sähkökäytön avulla.
Pääsääntöisesti tuotantomekanismien sähkökäyttöjen nopeuden tai vääntömomentin ohjauksen tarve määräytyy teknologisen prosessin vaatimusten mukaan. Esimerkiksi leikkurin syöttönopeus määrää työkappaleen käsittelyn puhtauden sorvissa, hissin nopeuden alentaminen on tarpeen korin tarkan paikantamiseksi ennen pysähtymistä, käämitysakselin vääntömomentin säätötarve määräytyy olosuhteet haavoittuneen materiaalin jatkuvan jännitysvoiman ylläpitämiseksi jne.
On kuitenkin olemassa joukko mekanismeja, jotka eivät vaadi teknisten olosuhteiden mukaista nopeuden muutosta tai säätelyyn käytetään muita (ei-sähköisiä) menetelmiä vaikuttaa teknologisen prosessin parametreihin.
Ensinnäkin ne sisältävät jatkuvat kuljetusmekanismit kiinteiden, nestemäisten ja kaasumaisten tuotteiden siirtämiseksi: kuljettimet, tuulettimet, puhaltimet, pumppuyksiköt. Näihin mekanismeihin käytetään tällä hetkellä pääsääntöisesti säätelemättömiä asynkronisia sähkökäyttöjä, jotka saavat työkappaleet liikkeelle tasaisella nopeudella mekanismien kuormituksesta riippumatta. Osittaiskuormituksensa alla vakionopeuden toimintatiloja luonnehtii lisääntynyt ominaisenergiankulutus verrattuna nimellistilaan.
NSC-suorituskyvyn heikkeneminen, kuljettimen hyötysuhde heikkenee, kun suhteellinen osuus kulutetusta tehosta voittaa tyhjäkäynnin. Taloudellisempi on säädettävä nopeustila, joka tarjoaa saman suorituskyvyn, mutta jatkuvalla vetovoimalla.
Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty moottorin akselin tehoriippuvuudet kuljettimelle, jonka joutomomentti on Mx = 0, ЗМв kuormien vakio- (v — const) ja säädettävillä (Fg = const) nopeuksilla. Kuvan varjostettu alue edustaa nopeudensäädöllä saavutettua energiansäästöä.
Riisi. 1. Sähkömoottorin akselin tehon riippuvuus kuljettimen suorituskyvystä
Joten jos kuljettimen nopeus laskee 60 prosenttiin nimellisarvosta, moottorin akseliteho laskee 10 % nimellisarvoon verrattuna. Nopeussäädön vaikutus on sitä suurempi, mitä suurempi on tyhjäkäyntivääntömomentti ja mitä enemmän se heikentää kuljettimen suorituskykyä.
Jatkuvien kuljetusmekanismien nopeuden vähentäminen alikuormituksella antaa sinun suorittaa vaaditun määrän työtä pienemmällä ominaisenergiankulutuksella, eli ratkaista puhtaasti taloudellinen ongelma energiankulutuksen vähentämisestä tuotteiden siirtoprosessissa.
Yleensä tällaisten mekanismien nopeuden hidastumisella ilmenee myös taloudellinen vaikutus teknisten laitteiden toimintaominaisuuksien paranemisen vuoksi. Joten kun nopeus laskee, kuljetinrungon kuluminen vähenee, putkien ja liitososien käyttöikä kasvaa nesteiden ja kaasujen syöttökoneiden kehittämän paineen laskun vuoksi, ja myös näiden tuotteiden liiallinen kulutus eliminoituu.
Vaikutus tekniikan alalla osoittautuu usein huomattavasti energiansäästöä suuremmiksi, minkä vuoksi on pohjimmiltaan väärin päättää ohjatun sähkökäytön tarkoituksenmukaisuudesta tällaisissa mekanismeissa arvioimalla vain energianäkökulmaa.
Lapiokoneiden nopeudensäätö.
Nesteiden ja kaasujen syöttöön tarkoitetut keskipakomekanismit (tuulettimet, pumput, puhaltimet, kompressorit) ovat tärkeimmät yleiset teolliset mekanismit, joilla on suurin potentiaali koko maassa vähentää merkittävästi ominaisenergiankulutusta. Keskipakomekanismien erityinen asema selittyy niiden massiivuudella, suurella teholla, yleensä pitkällä käyttötavalla.
Nämä olosuhteet määräävät näiden mekanismien merkittävän osuuden maan energiataseesta.Pumppujen, puhaltimien ja kompressorien käyttömoottoreiden asennettu kokonaiskapasiteetti on noin 20 % kaikkien voimalaitosten kapasiteetista, kun taas puhaltimet yksin kuluttavat noin 10 % kaikesta maassa tuotetusta sähköstä.
Keskipakomekanismien toimintaominaisuudet esitetään nousun H:n riippuvuuksina virtausnopeudesta Q ja tehon P virtausnopeudesta Q. Kiinteässä toimintatilassa keskipakomekanismin synnyttämää nostokorkeutta tasapainotetaan mm. sen hydro- tai aerodynaamisen verkon paine, jossa se toimittaa nestettä tai kaasua.
Paineen staattinen komponentti määräytyy pumpuille — käyttäjän ja pumpun tasojen välisen geodeettisen eron perusteella; faneille - luonnollinen vetovoima; puhaltimille ja kompressoreille - paineistetun kaasun paineesta verkossa (säiliössä).
Pumpun ja verkon Q-H-ominaisuuksien leikkauspiste määrää parametrit H-Hn ja Q — Qn. Vakionopeudella toimivan pumpun virtausnopeuden Q säätely suoritetaan yleensä ulostulossa olevalla venttiilillä ja se johtaa verkon ominaisuuksien muutokseen, jonka seurauksena virtausnopeus QA * <1 vastaa leikkauspiste pumpun ominaisuuden kanssa.
Riisi. 2. Pumppuyksikön Q-H-ominaisuudet
Analogisesti sähköpiirien kanssa virtauksen säätäminen venttiilin läpi on samanlaista kuin virran säätäminen lisäämällä piirin sähköistä vastusta. Ilmeisesti tämä ohjausmenetelmä ei ole energian kannalta tehokas, koska siihen liittyy tuottamattomia energiahäviöitä säätöelementeissä (vastus, venttiili). Venttiilihäviö kuvataan varjostetulla alueella kuvassa. 1.
Kuten sähköpiirissä, on taloudellisempaa säädellä energialähdettä kuin sen käyttäjää. Tässä tapauksessa kuormitusvirta pienenee sähköpiireissä lähdejännitteen laskun vuoksi. Hydraulisissa ja aerodynaamisissa verkoissa samanlainen vaikutus saadaan vähentämällä mekanismin luomaa painetta, mikä toteutetaan vähentämällä sen juoksupyörän nopeutta.
Nopeuden muuttuessa keskipakomekanismien toimintaominaisuudet muuttuvat samankaltaisuuslakien mukaisesti, jotka ovat muotoa: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3
Pumpun juoksupyörän nopeus, jolla sen ominaiskäyrä kulkee pisteen A läpi:
Pumpun nopeudensäädön aikana kuluttaman tehon lauseke on:
Momentin neliöllinen riippuvuus nopeudesta on ominaista pääasiassa puhaltimille, koska luonnollisen työntövoiman määräämä pään staattinen komponentti on huomattavasti pienempi kuin Hx. Teknisessä kirjallisuudessa käytetään joskus likimääräistä momentin riippuvuutta nopeudesta, mikä ottaa huomioon tämän keskipakomekanismin ominaisuuden:
M* = ω*n
jossa n = 2 at Hc = 0 ja nHc> 0. Laskelmat ja kokeet osoittavat, että n = 2 - 5 ja sen suuret arvot ovat ominaisia kompressoreille, jotka toimivat verkossa, jossa on merkittävä vastapaine.
Pumpun toimintatilojen analyysi vakio- ja vaihtelevalla nopeudella osoittaa, että ylimääräinen energiankulutus arvolla ω= const osoittautuu erittäin merkittäväksi. Esimerkiksi pumpun toimintatilojen laskennan tulokset parametreilla näytetään alla Hx * = 1,2; Px*= 0,3 verkossa, jossa on erilainen vastapaine Зс:
Annetut tiedot osoittavat, että ohjattu sähkökäyttö voi vähentää kulutetun sähkön kulutusta merkittävästi: ensimmäisessä tapauksessa jopa 66 % ja toisessa jopa 41 %. Käytännössä tämä vaikutus voi osoittautua vieläkin suuremmaksi, koska eri syistä (venttiilien puuttuminen tai toimintahäiriö, manuaalinen käyttö) venttiileillä tapahtuvaa säätöä ei sovelleta ollenkaan, mikä ei johda vain sähkönkulutuksen kasvuun, vaan myös liiallisiin ponnistuksiin ja kustannuksiin hydrauliverkostossa.
Yksitoimisten keskipakomekanismien energiakysymyksiä vakioparametreilla varustetussa verkossa on käsitelty edellä. Käytännössä keskipakomekanismit toimivat rinnakkain ja verkossa on usein muuttuvia parametreja. Esimerkiksi kaivosverkoston aerodynaaminen vastus muuttuu seinien pituuden muuttuessa, vesihuoltoverkkojen hydrodynaaminen vastus määräytyy vedenkulutustavan mukaan, joka muuttuu päivän aikana jne.
Keskipakomekanismien rinnakkaiskäytössä kaksi tapausta on mahdollista:
1) kaikkien mekanismien nopeutta säädetään samanaikaisesti ja synkronisesti;
2) yhden mekanismin tai mekanismin osan nopeutta säädetään.
Jos verkkoparametrit ovat vakioita, niin ensimmäisessä tapauksessa kaikkia mekanismeja voidaan pitää yhtenä vastineena, jolle kaikki yllä olevat suhteet ovat voimassa. Toisessa tapauksessa mekanismien säätelemättömän osan paine vaikuttaa säädettävään osaan samalla tavalla kuin vastapaine ja on erittäin merkittävä, minkä vuoksi sähkönsäästö ei tässä ylitä 10-15 % nimellistehosta. koneesta.
Muuttuvat verkkoparametrit vaikeuttavat suuresti keskipakomekanismien yhteistyön analysointia verkon kanssa. Tässä tapauksessa ohjatun sähkökäytön energiatehokkuus voidaan määrittää alueen muodossa, jonka rajat vastaavat verkkoparametrien raja-arvoja ja keskipakomekanismin nopeutta.
Katso myös tästä aiheesta: VLT AQUA Drive -taajuusmuuttajat pumppuyksiköihin