Энергосберегающий электропривод
Электропривод – это система, осуществляющая управляемое преобразование электри- ческой энергии в механическую, а также обратное преобразование с целью приведения в действие какой-либо технологической установки для совершения ею полезной работы. На рис. 7.2 показана структурная схема электропривода, в которой выделены энергетический (силовой) и информационный (управляющий) каналы.
Разнообразны технические реализации отдельных блоков каналов электроприводов. В энергетическом канале - это устройства преобразования переменного напряжения в управ- ляемое постоянное, источники тока, преобразователи частоты, разного типа электрические машины и механические передачи и др. В информационном – разнообразные устройства, от простейших релейных элементов до управляющих ЭВМ со специальным программным обеспечением.
Электропривод – основной потребитель электроэнергии: более 60% производимой электроэнергии преобразуется в механическую работу с его помощью. Современный элек- тропривод позволяет реализовывать чрезвычайно сложные технологические операции, тре- бующие высокой точности, определенной последовательности действий, изменений режимов во времени и положений в пространстве. Однако основная область применения электропри- вода – простые, массовые, как правило, на сегодня нерегулируемые устройства: насосы, вен- тиляторы, транспортеры, конвейеры, подъемные краны, исполнительные технологические механизмы в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, быту. Именно в этой об- ласти заключаются основные возможности энергосбережения за счет совершенствования элементов и использования регулируемого электропривода.
Следует различать два источника энергосбережения при использовании электроприво-
да:
снижение технологического расхода (потерь) энергии в процессах ее преобразования
в самом электроприводе,
– экономия энергии за счет оптимизации технологических процессов, осуществляемых с помощью современного регулируемого привода.
Основным силовым элементом электропривода является электродвигатель. Стремление конструкторов в течение прежних лет к удешевлению двигателей за счет конструкционных материалов и изготовления привели к снижению КПД, который колеблется от 15% у не- больших универсальных двигателей до 95% у трехфазных двигателей мощностью 500 кВт. Повышение КПД двигателя за счет совершенствования его конструкции, применения совре- менных изоляционных и магнитных материалов, рациональный выбор типа, мощности, ре- жима эксплуатации электродвигателя, регулярный текущий ремонт и содержание в полной исправности дают возможности экономии электроэнергии. Широкое внедрение электродви- гателей с повышенным КПД еще более актуально в условиях роста цен на электроэнергию.
Повышение КПД электродвигателей, особенно крупных, делает их более дорогими, кроме того, влияет на ряд эксплуатационных характеристик. Поэтому определение оптимального КПД двигателя должно выполняться на основе технико-экономического анализа. Причем должна проводиться оптимизация всей системы электропривода с учетом параметров и ре- жимов сопредельных системы электроснабжения, обеспечивающей привод электроэнергией, и технологической установки, в которой производится полезная механическая работа. Осу- ществлять оптимизацию такой системы в реальном режиме времени позволяют современные системы управления электродвигателями (контроллеры) на базе современной силовой элек- троники, микроэлектроники и применение в информационном канале электропривода мик- ропроцессоров и микро-ЭВМ.
Рис. 7.2. Структурная схема электропривода:
РС – участок распределительной электрической сети, подводящей электроэнергию; ЭП – электрический преобразователь (трансформатор, частотный преобразователь и т.п.); ЭМП – электромеханический преобразователь (электродвигатель); Р – редуктор; ПМ – пе- редаточный механизм; ИМ – исполнительный механизм; РО – рабочий орган; ТО – техноло- гический объект; W – поток энергии между элементами силового канала; ΔW – потери энергии в элементе канала.
Более половины производимой в странах СНГ электроэнергии потребляют асинхрон- ные электроприводы, в Беларуси – около 56%. Потенциал энергосбережения за счет электро- привода по указанным двум источникам: собственно приводу и технологическим процессам в республике оценивается в 0,4 млрд. кВтч/год. Первоочередными направлениями считаются следующие:
обследование предприятий с целью определения мероприятий по энергосбережению в области совершенствования электроприводов;
организация производства бесконтактной (тиристорной) пускорегулирующей аппара- туры для асинхронных электроприводов;
внедрение систем автоматического управления технологическими установками на ос- нове регулируемого привода с применением импортных преобразователей;
организация производства преобразователей частоты для асинхронных электроприво- дов малой и средней мощности.
Важным путем экономии электроэнергии является применение асинхронных электро- приводов с регулируемой частотой вращения для исполнительных механизмов, где произво- дительность изменяется с изменением скорости. Плавное бесступенчатое регулирование
скорости трехфазного асинхронного электродвигателя производится частотными преобразо- вателями, что дает возможность отказаться от ряда регулирующих элементов, производить плавный пуск и останов двигателя. Современные преобразователи позволяют улучшить ка- чество технологического процесса, для которого применяется привод, согласованно управ- лять несколькими исполнительными механизмами, обеспечивают экономию энергии на не- производительных затратах, а также благодаря так называемой встроенной функции энерго- сбережения путем поддержания электродвигателя в режиме оптимального КПД, автоматиче- ски отслеживая изменения нагрузки. Если технологический процесс не требует регулирова- ния скорости вращения двигателя, а лишь плавного разгона и торможения, то рекомендуется использовать устройства плавного пуска двигателей, которые в 3-5 раз дешевле частотных преобразователей и тоже могут иметь встроенную функцию энергосбережения.
В республике регулируемые электроприводы успешно применяются на предприятиях энергетики и жилищно-коммунального хозяйства, например, для дутьевых вентиляторов ТЭС, насосных установок систем тепло- и водоснабжения г. Минска и других городов. Пре- дусматривается широкое внедрение регулируемого электропривода переменного тока на предприятиях металлургии, машиностроения, авто- и моторостроения, стройиндустрии, неф- техимии и т. д.