1.7 Цена преобразователя

Можно выделить две составляющих цены преобразователя частоты: во-первых, это стоимость системы управления (контроллера), которая не зависит от мощности преобразователя, во-вторых, стоимость силового модуля, которая в основном определяется стоимостью ключей и приблизительно пропорциональна мощности преобразователя. Таким образом, отношение цены преобразователя частоты к его мощности будет составлять приблизительно $100-120/кВт. Исключения составляют преобразователи частоты малой мощности, где стоимость системы управления соизмерима с силовым модулем, и мощные преобразователи, в которых используются достаточно дорогие силовые модули или увеличивается число ключей.

На рынке преобразователей частоты большой мощности. Как правило, приобретение импортного преобразователя большой мощности осуществляется под заказ, сроки поставки при этом составляют в среднем около 2 месяцев. Отечественные преобразователи частоты более высокую ремонтопригодность, и даже замена изделия по гарантии потребует значительно меньшего простоя оборудования.

Следует помнить, что преобразователь частоты является элементом системы автоматизации электропривода и требует достаточно высокой квалификации от наладчика. НПО «Укрхимпром», поможет грамотно выбрать преобразователь частоты, спроектировать, смонтировать и настроить систему автоматического управления. Такой подход позволит не только сохранить гарантию на сам преобразователь частоты, так как поставщик может отказать в гарантийном обслуживании, ссылаясь на неправильную эксплуатацию изделия, но и получить гарантийное, а, в случае необходимости, и послегарантийное обслуживание всей системы управления в целом.

2. Энергосберегающие технологии на основе

частотно-регулируемого электропривода переменного тока

Применение регулируемого электропривода переменного тока позволяет значительно улучшить технологические процессы в коммунальном хозяйстве, бумажной, деревообрабатывающей, хи­мической, пищевой, машиностроительной промышленности, сни­зить потребление электроэнергии за счет оптимизации производи­тельности технологического оборудования, вентиляторов, насосов, компрессоров, транспортных механизмов, снизить эксплуатацион­ные расходы, во многих случаях отказываясь от установки дорого­стоящего и менее надежного привода постоянного тока. Так как регулирование скорости электродвигателя происходит путем изме­нения частоты питающего напряжения, то производительность оборудования пропорциональна первой степени, а потребление электроэнергии — кубу частоты вращения электродвигателя. По­следнее обстоятельство и лежит в основе технологии электросбе­режения в работающем технологическом оборудовании. В целях наглядности обобщения принципов энергосбережения, приведем ряд примеров в сфере регулирования процессов на водопроводных перекачивающих станциях и очистных сооружениях:

1) Обычно регулирование подачи воды осуществляется двумя или несколькими параллельными насосами различной производи­тельности путем поочередного включения насосов в работу. За счет этого получается ступенчатое регулирование. Если хотя бы самый крупный насос подключить к сети через ПЧ, то в этом слу­чае обеспечивается более рациональное регулирование при мень­ших затратах оборудования (кроме параллельных насосов и элект­родвигателей, исключаются клапанные задвижки и трубопроводы) и электроэнергии.

2) Водонапорные баки и высокоуровневые бассейны использу­ются для выравнивания рабочего давления в водопроводной сети при прерывистом режиме насоса. Если производительность насоса будет регулироваться посредством ПЧ, то резервуары можно вооб­ще ликвидировать либо уменьшить их габариты. Кроме этого, мож­но добиться более равномерного давления в точке потребления.

3) Электродвигатель насоса с регулированием от ПЧ забирает от сети пусковой ток значительно меньший, чем при прямом пус­ке. Таким образом, номинальные токи и типоразмеры электрооборудования снижаются, и потребление электроэнергии также уменьшается.

4) Электродвигатели насосов, как правило, имеют большую мощность, что вызывает необходимость компенсации реактивной мощности во избежание загрузки ею распределительной сети. Уста­новку конденсаторных компенсирующих устройств можно исклю­чить, если реактивную энергию ПЧ возвратить в сеть одновременно с оптимизацией производительности насоса.

5) Подача насоса регулируется тремя способами:

• дросселированием с помощью клапанов;

• прерывистым регулированием (пуск-остановка);

• регулированием частоты вращения с помощью ПЧ.

КПД прерывистого регулирования редко бывает удовлетвори­тельным, а частые пуски вызывают дополнительные потери элект­роэнергии. Регулирование путем дросселирования сводится к уме­ньшению потока жидкости в трубопроводе, что приводит к допол­нительному расходу энергии, т. к. насос постоянно должен преодолевать противодавление, создаваемое клапаном.

Мощность, потребляемую насосом, находим по формуле:

(2.1)

где: Q — подача, м³/с; Н — напор, М; р — плотность жидкости среды, кг/дм³; g — ускорение свободного падения, м/с²; — КПД насоса.

Из выражения (2.1) следует, что мощность Р находится в пря­мой зависимости от произведения. подачи на напор. Из рис. 2.1 видно, что потребляемая мощность при регулировании частоты враще­ния меньше половины мощности, потребляемой при регулировании дроссельными клапанами.

Рис. 2.1

Несколько слов об экономиче­ской эффективности применения ЧРЭ в насосных агрегатах. Методика расчета экономической эффективно­сти ЧРЭ разработана в Московском энергетическом институте и утверж­дена в 1997 г. Министерством топли­ва и энергетики.

В части использования ЧРЭ в приводах насосов оценка эконо­мической эффективности основывается на:

• измерении среднего расхода воды за сутки Q_cp;

• оценке минимально необходимого общего напора с коррек­тировкой по географической разности высот местности;

• определении требуемого набора Н_тр;

• определении требуемой мощности ЧРЭ:

(2.2)

где — КПД насосного агрегата; — КПД АД.

При этом значительное превышение параметров насоса по но­минальному расходу относительно реального водопотребления мо­жет существенно снизить КПД насосного агрегата и привести к необходимости приобретения более дорогостоящего оборудования.

В соответствии с вышеупомянутой методикой, ориентировоч­ный срок окупаемости рассчитывается с учетом экономии элект­роэнергии и уменьшения потерь воды за счет внедрения ЧРЭ.

На рис. 2.2 показана экономия мощности при разных подачах и двух способах регулирования.

Рис. 2.2

Применение 1. ПЧ в качестве привода дозировочных насосов позволяют установить заданную дозу, требуемую подачу, а также поддерживать указанные параметры с заранее установленным от­клонением. При этом обеспечиваются режимы экономного элект­ропотребления: плавный разгон, частотное торможение, оптима­льный режим в режиме регулирования дозы во времени в зависи­мости от технологических потребностей.

Применение 2. ПЧ в качестве при­вода вентиляторов в калориферных тепловых узлах животноводческих комплексов. В качестве технологиче­ского параметра используется перепад температуры наружного воздуха отно­сительно требуемой внутри помеще­ния. При этом поддержание необходи­мой температуры в помещении обес­печивается по условию минимизации расхода горячей воды.

Работа частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭ) в пуско-тормозном режиме встречается так же часто, как и при исполь­зовании нерегулируемого электропривода. Анализу потерь элект­роэнергии в ЧРЭ посвящено много работ, поэтому коснемся этого вопроса лишь в части инженерно-практической оценки и состава реальных потерь при переходных процессах, возникающих при пуске и торможении АД, управляемого преобразователем частоты. Как правило, при программировании ПЧ задаются условия и па­раметры разгона/торможения:

• время разгона,

• время торможения,

• характер зависимости выходной частоты от времени во время разгона/торможения (характеристика разгона/торможения),

• характер зависимости напряжения в функции выходной час­тоты до выхода на необходимую частоту вращения,

• вид торможения (свободный выбег, электродинамическое, частотное, рекуперативное).

При линейной зависимости f_BЫХ в функции времени время пе­реходного процесса при разгоне/торможении определится:

(2.3)

где t_c(t_T) — заданное при программировании время разгона (тор­можения); — электромеханическая постоянная времени, рав­ная отношению суммарного момента инерции привода J_П к жест­кости механической характеристики АД:

(2.4)

Потери энергии в переходных режимах при условии постоян­ства статического момента на валу М_н = const можно с достаточной точностью определить [23, 24]:

(2.5)

где J₂ — момент инерции регулируемого электропривода; а₀ — заданное значение углового ускорения, определяемого отношением конечной заданной угловой скорости при программировании электропривода к времени разгона (торможения) t_c(t_T).

(2.6)

при этом при разгоне а₀ > 0, при торможении а₀ < 0.

— статическое падение скорости, равное отношению ста­тического номинального момента М_Н к жесткости механической характеристики :

(2.7)

Как видно из выражения (3.38), потери энергии при частотном регулировании обратно пропорциональны времени разгона (тор­можения) и жесткости механической характеристики , пропорци­ональны электромеханической постоянной времени . Следова­тельно, при выборе электродвигателя для ЧРЭ необходимо прини­мать во внимание следующие обстоятельства:

• желательно применение АД с более высокой синхронной скоростью;

• при увеличении передаточного отношения используемого ре­дуктора уменьшается момент инерции J₂ на валу АД, что по­зволит при тех же потерях повысить динамические возмож­ности привода в целом;

• при использовании АД с более высокой синхронной скоро­стью повышаются энергетические возможности: КПД и .

При соответствующем выборе указанных выше параметров ЧРЭ можно добиться, в зависимости от частоты пускотормозных режимов и уровня нагрузки, снижения потерь электроэнергии по сравнению с нерегулируемым электроприводом в 3—10 раз.