Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосбережение средствами электропривода и автоматики. Учебное пособие.pdf
Применительно к большим ответственным насосным станциям, к которым безусловно относятся станции городского водопровода, имеет место еще
высокая ответственность эксплуатации. В связи с ней нередко отказываются от
регулирования производительности изменением числа параллельно работающих насосов с целью уменьшения числа пусков агрегатов, во время которых
имеется высокая вероятность выхода из строя. При этом происходит длительная работа насосов с избыточной производительностью (с дросселированием).
В связи с этим внедрение регулируемого привода видится еще более целесообразным, в том числе и не на одном агрегате.
3.2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ВОЗДУШНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Системы воздушного отопления находят применение в ряде общественных зданий, где обладают рядом преимуществ. Они нередко совмещаются с системами вентиляции: приточный воздух перед подачей в помещение проходит
через обогреваемый калорифер и получает от него тепло, которое затем передает в обогреваемое помещение. Движение воздуха через калорифер, а затем по
разветвленным вентиляционным каналам в помещения требует, как правило,
применения искусственного побуждения — вентилятора. Вентилятор в таких
системах является существенным потребителем электроэнергии, следовательно,
энергосбережение на нем является актуальной задачей.
Ресурс экономии энергии в таких системах имеет место. Объясняется он
тем, что производительность вентилятора выбирается, исходя из максимальной
мощности системы отопления, которая требуется лишь непродолжительный
период сильных морозов. Также, эта производительность существенно превышает санитарную норму вентиляции помещений, а потому может быть снижена
вплоть до величины, ограниченной снизу санитарной нормой.
Таким образом, имеется возможность энергосбережения на электроприводе вентилятора системы воздушного отопления, если его производительность
снизить до величины, необходимой, исходя из текущей потребной тепловой
мощности отопления.
3.3. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЛИФТОВЫХ УСТАНОВКАХ
Лифтовые установки находят широкое применение в жилых зданиях, они
обязательны для зданий с числом этажей более 5. Работа лифтовой установки
сводится к подъему груза — то есть повышению его потенциальной энергии за
счет потребления энергии из питающей сети и к спуску груза —( то есть плав-
51
ному снижению его потенциальной энергии с частичным возвратом этой энергии в сеть.
Для снижения неравномерности нагрузки лифтовой установки лифты выполняют с противовесом, равным, обычно 0,45 от массы загруженной кабины.
Таким образом, при подъеме полностью нагруженной кабины ее масса частично компенсируется противовесом и требуется меньшая мощность электропривода, так как часть энергии берется из потенциальной энергии поднятого противовеса. В случае же подъема пустой кабины ее масса оказывается перекомпенсированной, и работа лебедки сводится к опусканию противовеса.
Кроме того, работа лифтовой установки характеризуется повторнократковременным режимом с частыми пусками и торможениями, что заставляет
учитывать потери в переходных режимах и принимать меры по их снижению.
Для снижения потерь в переходных режимах, а также повышения плавности переходных процессов на лифтовых установках широко применяется регулируемый электропривод, например, асинхронный частотно регулируемый. Он
позволяет эффективно формировать переходные процессы, но имеет сложности
с переводом привода в режим рекуперации.
Таким образом, применительно к лифтовой установке имеются следующие ресурсы энергосбережения:
• снижение потерь в механических передачах: переход от червячного ре-
дуктора к цилиндрическому и к безредукторному приводу лебедки;
• применение преобразователя частоты с возможностью рекуперации
энергии торможения в сеть.
Практически, из-за широкого распространения червячных редукторов,
реализовать рекуперацию энергии торможения возможно только в случае отхода от применения червячной передачи. Наиболее перспективной в этом смысле
является безредукторная лебедка с приводом от двигателя специального исполнения, предназначенного для питания от преобразователя.
Для возможности рекуперации энергии торможения требуются специальные преобразователи частоты с возможностью двухсторонней передачи энергии: как из сети в нагрузку, так и от нагрузки в сеть (рис. 3.3). Такие преобразователи сложнее по конструкции и дороже, так как содержат, фактически, два
инвертора вместо одного. При этом в двигательном режиме работы привода
первый инвертор (связанный с сетью) работает в режиме активного выпрямителя, передавая мощность из сети в звено постоянного тока, который затем преобразуется вторым инвертором в переменное напряжение необходимой частоты
для питания двигателя. При переходе двигателя в генераторный режим проис-
52
ходит обратная передача энергии от двигателя в звено постоянного тока, что
приводит к повышению напряжения на конденсаторах. В преобразователях
традиционной схемотехники в этом случае включается тормозной резистор, на
котором и сжигается энергия торможения. В данной же схеме первый инвертор
может быть переведен из выпрямительного режима в инверторный и осуществить передачу избытка энергии из звена постоянного тока обратно в сеть. Такой переход производится автоматически из условия поддержания напряжения
в звене постоянного тока. При этом первый инвертор работает в режиме инвертирования с частотой, равной частоте сети и напряжением, несколько выше сетевого. Это и обеспечивает протекание тока от инвертора к сети.
Рис. 3.3. Схема силовых цепей преобразователя частоты
с возможностью двухсторонней передачи энергии
Подобная схема с двумя инверторами может быть реализована с преобразователями частоты некоторых серий при объединении их по цепи звена постоянного тока (возможно объединение более двух преобразователей). Один из
преобразователей подключается выходными клеммами к сети, и его система
управления переводится в специальный режим работы на сеть. Между инвертором и сетью обязательно включается трехфазный дроссель — индуктивность,
которая будет принимать на себя разность мгновенных значений напряжения
сети и инвертора.
Однако более перспективным видится применение на лифтовых установках специальных преобразователей частоты, уже содержащих в себе два инвертора, один из которых предназначен для работы активным выпрямителем. Такое решение, кроме того, реализует специальные требования для лифтовых
приводов. Например, режим эвакуации — работа привода на малой скорости
при питании звена постоянного тока низким напряжением от аккумулятора
53
(24–48 В). При этом двигатель запускается на малой скорости, для которой достаточно низкого напряжения.
Наличие в преобразователе частоты активного выпрямителя также позволяет повысить коэффициент мощности установки, так как при этом формируется потребляемый ток синусоидальной формы с нулевым (или заданным) сдвигом по фазе относительно напряжения. Вероятно, со временем преобразователи
с активным выпрямителем (индивидуальным или групповым) найдут более
широкое применение).
3.4. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ НЕПРЕРЫВНОГО ТРАНСПОРТА
К установкам непрерывного транспорта относятся в первую очередь конвейеры различных типов: ленточные, скребковый, пластинчатые, а также различные подвесные дороги и другие подобные конструкции непрерывного действия (рис. 3.4).
Рис. 3.4. Ленточный конвейер для сыпучих грузов,
вид со стороны привода
54
Наиболее часто конвейеры используются для перевозки сыпучих грузов,
реже штучных и тарно-упакованных предметов. Особенно широко конвейеры
применяются в горно-обогатительной, химической, металлургической и других
отраслях промышленности, где выполняется работа с массовым грузом. Имеются конвейеры протяженностью до 1 000 м и более (в единичной установке).
Такие конвейеры могут иметь 1–3 приводных барабана с индивидуальными
электродвигателями, мощность которых доходит до 1 000 кВт и более.
Чаще всего конвейеры оснащаются асинхронным нерегулируемым приводом, для которого характерен очень тяжелый пуск в случае запуска конвейера с загруженной лентой. В этом случае применяют асинхронный привод с гидромуфтами, которые облегчают условия пуска, смягчая механическую характеристику, и служат предохранительными элементами, либо двигатели с фазным
ротором и реостатным пуском. Этим же решается проблема распределения моментов при многодвигательном приводе: в случае фазного ротора имеется небольшая постоянно включенная ступень реостата.
Ресурс энергосбережения на непрерывном транспорте следует искать в
связке с изучением технологии его применения. Однако в любом случае конвейер имеет минимальный удельный расход электроэнергии на единицу перевезенного груза при работе его с полной загрузкой ленты (или иного транспортного органа). Если технология применения конвейера обеспечивает его постоянную полную загрузку, то ресурс энергосбережения отсутствует и
внедрение регулируемого привода не целесообразно.
Частым случаем является работа конвейера с неполной загрузкой в виду
меньшего поступления перевозимого груза. Так, например, случается в горной
промышленности, где поток добытой породы меняется во времени. Тогда получается, что привод конвейера постоянно выполняет работу по перемещению
пустой ленты (усилие при этом составляет до 40 % от номинального усилия
привода) независимо от поступления груза и только часть номинальной полезной работы (в соответствии с реальным количеством груза). В результате расход энергии на единицу перевезенного груза оказывается выше.
В этом случае рекомендуется применять регулируемый электропривод, с
помощью которого устанавливают такую скорость ленты, чтобы реальное поступление груза обеспечивало её полную загрузку. Полная загрузка ленты позволяет снизить удельный расход электроэнергии до минимальной величины,
соответствующей работе конвейера с номинальной производительностью в
условиях, когда реальный поток груза существенно меньше номинального. Дополнительно при этом сокращается износ ленты. Кроме того, применение регу-
55
лируемого электропривода позволяет упростить пуск конвейера и распределение нагрузок в многодвигательном электроприводе.
Широкое практическое применение регулируемого электропривода с целью
поддержания полной загрузки ленты сдерживается сложностью контроля фактической удельной загрузки ленты. Возможны частные решения в виде учета работы
установок, подающих груз на ленту, контроля положения дозаторов и т.п.
В ряде случаев снижение скорости непрерывного транспорта недопустимо.
Например, когда производится доставка штучных грузов при их конвейерной
обработке. Аналогичная ситуация возникает на пассажирском непрерывном
транспорте (эскалаторах, травалаторах), от которого требуется доставка за ожидаемое время независимо от загрузки. В этом случае ресурс энергосбережения на
самой установке отсутствует, его можно искать только в самом приводе —
управление полем, ограничение времени холостого хода.
Наконец, иногда регулируемый привод конвейера сам по себе является
технологическим элементом — например, обеспечивает заданную подачу материала в единицу времени. При этом эффект энергосбережения может быть вторичным.
3.5. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ ПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ
Электрический привод имеют значительное количество грузоподъемных
кранов. Другие виды привода применяются в обоснованных случаях: дизельгидравлический привод на автомобильных и других передвижных кранах, иногда встречается электро-гидравлический привод, когда это позволяет упростить
механическую часть.
Электропривод крана имеет довольно высокий КПД и ресурс энергосбережения в нем можно искать преимущественно в замене регулируемым электроприводом устаревших решений, для которых характерны большие потери
энергии. Примеры таких решений:
• приводы с реостатным управлением. Особенно большие потери возни-
кают в приводах подъема, обеспечивающих низкую скорость опускания;
• приводы с двигателями повышенного скольжения, турбомуфтами.
Встречаются на приводах с большим моментом инерции (например, привод поворота башенного крана) как более дешевая замена двигателю с фазным ротором;
• приводы, от которых требуется повышенная точность остановки. Часто
для достижения этой точности оператору приходится многократно запускать и
56
останавливать привод для дотяжки, использовать торможение противовключением. В этом случае решения, позволяющие повысить удобство позиционирования, не только снижают утомляемость оператора, но и уменьшают количество пусков двигателя и, соответственно, пусковые потери.
Модернизация электропривода подъемного крана обычно выполняется
путем внедрения преобразователей частоты с сохранением имеющихся двигателей. При этом двигатели с фазным ротором переводятся в короткозамкнутый
режим. Рекомендовать замену двигателя можно в случае применения двигателей с повышенным скольжением, для которых характерны постоянные повышенные потери.
Следует заметить, что при обосновании модернизации электропривода
крана необходимо учитывать тяжесть его режима работы, то есть частоту выполняемых им операций. Так может оказаться, что кран большой грузоподъемности предназначен для механизации ремонтных работ на установках цеха и,
соответственно, используется эпизодически, а остальное время простаивает.
Модернизация такого крана обойдется дорого, а ее окупаемость за счет экономии электроэнергии окажется под большим вопросом.
57
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Васильев, Б.Ю. Электропривод. Энергетика электропривода : учебник /
Б.Ю. Васильев. — Москва : СОЛОН-Пресс, 2015. — 268 с.
2. Климова, Г.Н. Энергосбережение на промышленных предприятиях :
учебное пособие / Г.Н. Климова. — Томск : Издательство Томского политехнического университета, 2014. — 180 с.
3. Данилов, Н.И. Основы энергосбережения : учебник / Н.И. Данилов,
Я.М. Щелоков ; под редакцией Н.И. Данилова. — Екатеринбург : ГОУ ВПО
УГТУ-УПИ, 2006. — 564 с.
4. Анучин, А.С. Системы управления электроприводов : учебник для вузов / А.С. Анучин. — Москва : Издательский дом МЭИ, 2015. — 373 с.
5. Калачев, Ю.Н. Основы регулируемого электропривода (Антиучебник) / Ю.Н. Калачев, Д.В. Самохвалов. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — 236 с.
6. Автоматизированный электропривод промышленных установок /
Г.Б. Онищенко, М.И. Аксенов, В.П. Грехов, [и др.] ; под общ. ред. Г.Б. Онищенко. — Москва : РАСХН, 2001. — 520 с.
7. Ильинский, Н.Ф. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение :
учебное пособие для студентов высших учебных заведений / Н.Ф. Ильинский,
В.В. Москаленко. —
Москва : Издательский центр «Академия», 2008. — 208 с.
8. Браславский, И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод :
учебное пособие для студентов высших учебных заведений / И.Я. Браславский,
З.Ж. Ишматов, В.Н. Поляков ; под редакцией И.Я. Браславского. — Москва :
Издательский центр «Академия», 2004. — 256 с.
9. Гейлер, Л.Б. Электропривод в тяжелом машиностроении / Л.Б. Гейлер. — Москва : Машгиз, 1958. — 588 с.
58
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
КРАНОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
В данном приложении представлены основные данные новой серии крановых асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, предназначенных для работы от преобразователя частоты в составе регулируемого электропривода. Двигатели этой серии могут быть применены для модернизации электроприводов подъемных кранов, в частности, при замене двигателей с фазным
ротором.
Двигатели имеют следующие преимущества:
• экономия электроэнергии благодаря высокому КПД;
• полная адаптация к работе в системе «преобразователь частоты — дви-
гатель»;
• повышенный срок эксплуатации, надежность и термическую перегру-
зочную способность благодаря изоляции класса F;
• сниженный акустический шум.
Двигатели изготовляются с двумя вариантами охлаждения:
• IC411 — самовентиляция от укрепленного на валу двигателя радиаль-
ного вентилятора;
• IC416 — независимая осевая вентиляция от пристроенного вентилятора.
Данные в ниже приведенных таблицах соответствуют напряжению питания двигателя 380 В.
59
Использование
с преобразователем частоты
Вид охлаждения
IC416
IC411
Частота, Гц
1–50
50
20–50
10–50
5–50
,
мин
1
M
макс
,
AMTK 112M4
5,5
1 450
11,7
86,0
0,83
36,6
123
5,5
36,6
11,7
5,4
35,5
11,9
4,2
27,4
9,7
3,8
24,8
8,8
0,013
38
51
AMTK132S4
7,5
1 455
15,6
88,0
0,83
49,2
157
7,5
49,2
15,6
7,4
48,6
15,4
5,7
37,1
12,7
5,1
33,1
11,3
0,026
52
75
AMTK132M4
11
1 440
23
88,0
0,84
73
241
11,0
73
23
10,5
70
22
8,3
54,5
18,3
6,7
43,7
14,8
0,032
62
87
AMTK160S4
15
1 460
29
89,0
0,87
98
284
15,0
98
29
14,5
95
28
11,2
73
23
9,1
59
18,3
0,076
98
120
AMTK160M4
18,5
1 460
35
90,0
0,89
121
351
18,5
121
35
18
118
34
14
91
27
11,2
72
22
0,094
112
142
AMTK180S4
22
1 460
42
91,0
0,88
144
403
22
144
42
21,1
138
40
16,6
108
32
13,3
86
26
0,105
128
157
AMTK180M4
30
1 460
56
91,5
0,88
196
588
30
196
56
28
183
52
22,1
144
42
18
116
35
0,139
162
190
AMTK200M4
37
1 460
70
92,0
0,87
242
847
37
242
70
35
229
67
28,2
183
55
26
170
51
0,194
202
230
AMTK200L4
45
1 460
85
92,5
0,87
294
941
45
294
85
42
274
81
34,4
224
67
31
201
62
0,225
232
260
AMTK225M4
55
1 475
103
93,0
0,87
356
1 317
55
356
103
52
336
99
47
304
91
39
252
77
0,408
−
340
AMTK250S4
75
1 470
137
92,5
0,90
487
1 558
75
487
137
70
454
129
64
414
118
56
363
105
0,619
−
450
AMTK250M4
90
1 470
161
94,0
0,90
585
1 872
90
585
161
84
545
152
73
475
134
68
441
124
0,80
−
550
3-фазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Класс изоляции F. Степень защиты IP54, IP55. Режим работы S1
Момент нагрузки
Диапазон рег. 1:50 – 1:2,5 1:5 1:10
P
Тип
2Н
кВт
n2Н,
I1, А КПД
-
%
cosφ
Mн,
Н·м
Н·м
P2Н,
кВт
постоянный
Mн,
Н·м
I1, А P2Н,
кВт
Mн,
Н·м
1 500 об/мин (4 полюса)
I1, А P2Н,
кВт
Mн,
Н·м
I1, А P
2Н
кВт
Mн,
Н·м
I1,
А
Таблица А1
IM1001,
J,
2
кг·м
Al Iron
Масса
кг
60