14

8. Приведите примеры использования регулируемого электропривода при реализации новых более совершенных технологических решений.

Тема 5 Энергосберегающие технические решения в электроприводах

Оптимизация электроприводов постоянного тока. Современные полупроводниковые преобразователи частоты. Оптимизация частотно-управляе- мых асинхронных электроприводов. Оптимизация асинхронных электроприводов при постоянной частоте тока статора.

Методические указания

Экономия электроэнергии в электроприводе возможна при использовании специфических схемных решений в его силовом канале или применении специальных энергосберегающих законов управления традиционных систем. При рассмотрении конкретных схем оптимизации следует иметь в виду, что минимизация потерь в них достигается независимо от способа и типа двигателя путем воздействия на поток электрической машины. Законы оптимизации и схемные решения зависят в основном от способа измерения потока и вида механической характеристики нагрузки.

Оптимизация энергетических режимов электродвигателей постоянного тока осуществляется за счет регулирования потока изменением тока обмотки возбуждения.

В частотно управляемых электроприводах со скалярным управлением воздействие на поток осуществляется путем поддержания определенного соотношения амплитуды напряжения и частоты тока. Измерение потока – или непосредственное, например, при помощи датчика Холла, или косвенное с использованием датчиков напряжения и тока.

Для осуществления частотного способа регулирования скорости асинхронного двигателя необходимо иметь преобразователь частоты с возможностью раздельного изменения амплитуды и частоты выходного напряжения. В

15

современных частотно регулируемых асинхронных электроприводах наиболее широко применяются двухзвенные преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока. Основными элементами таких преобразователей являются выпрямитель, фильтр промежуточного звена постоянного тока и автономный инвертор напряжения (АИН). Автономный инвертор работает в режиме широтно-импульсной модуляции. Для реализации двухстороннего обмена энергией между сетью и двигателем двухзвенные преобразователи частоты с АИН содержат вместо неуправляемого выпрямителя активный выпрямитель напряжения. Современные преобразователи частоты удовлетворяют высоким техническим требованиям и обеспечивают плавное и экономичное регулирование скорости в широких пределах ,высокий и стабильный коэффициент мощности, хорошее использование двигателя по мощности.

В нерегулируемых по скорости асинхронных электроприводах единственным способом воздействия на поток является регулирование амплитуды напряжения. При этом закон энергетической оптимизации значительно упрощается и состоит в поддержании постоянства скольжения асинхронного двигателя.

Литература: [2, гл. 3], [3, гл. 2, 3, 5], [4, гл. 3].

Вопросы для самопроверки

1.В чем принципиальное отличие энергетической оптимизации электроприводов с преобразователями частоты от энергетической оптимизации электроприводов с тиристорным преобразователем напряжения?

2.Как изменится закон энергетической оптимизации при вентиляторном типе нагрузки?

3.Поясните, каким образом осуществляется минимизация потерь в нерегулируемых по скорости электроприводах при поддержании постоянства скольжения асинхронного двигателя.

16

4.Перечислите энергетические достоинства современных преобразователей частоты.

5.Как повлияет учет кривой намагничивания асинхронного двигателя на условия минимизации потерь?

Тема 6 Примеры применения регулируемых электроприводов и

средств автоматизации

Методические указания

При освещении данной темы следует систематизировать применения регулируемых электроприводов по направлениям энергосбережения, изложенным ранее при рассмотрении темы 4. Такой подход позволит более ясно представить размер энергосберегающего эффекта, область и условия его эффективного применения, подсчитать в дальнейшем экономическую выгоду.

К первому направлению, связанному со снижением потерь, относится использование регулируемого электропривода в механизмах с пускотормозными режимами. К таким механизмам относятся краны, лифты, главные приводы слябингов и блюмингов, вспомогательные позиционные механизмы прокатных станов и т. д. Основной составляющей энергосбережения здесь является уменьшение потерь при переходных режимах. В механизмах с медленно изменяющейся нагрузкой уменьшение потерь достигается минимизацией общего тока потребления электродвигателем при данном моменте на валу. Данный прием энергосбережения может быть использован в электроприводах насосов, вентиляторов, компрессоров, транспортерах и т. д. В кинематически связанных электроприводах (рольганги, многодвигательные приводы тележек, механизмы поворота и т. д.) равномерное деление нагрузок между двигателями также позволяет минимизировать потери в них.

17

В рамках второго направления, связанного со снижением потребления энергии, наиболее типично применение регулируемого электропривода в насосных установках, вентиляторах, турбомеханизмах и т. д. Главный резерв энергосбережения в данном случае – управление режимом центробежной машины (давлением и расходом) посредством регулирования скорости. Учитывая, что экономия электроэнергии при замене механического способа регулирования электрическим достигает (40 – 60) % , а насосы и вентиляторы потребляют более 40 % вырабатываемой электроэнергии, экономический эффект от применения регулируемого электропривода в этих механизмах весьма велик. Аналогичные проблемы и их решения возникают в поршневых насосах и компрессорах, транспортерах, в системах регулирования соотношения топлива и воздуха и т. д. При этом, как правило, эффект не ограничивается экономией электроэнергии в электроприводе: во многих случаях возможна экономия ресурсов (воды, твердого и жидкого топлива и т.

д.).

В качестве примера в рамках третьего направления повышения энергетической эффективности электропривода можно привести использование частотно регулируемого электропривода в механизме перемещения электродов в дуговых сталеплавильных, рудовосстановительных печах, в установках индукционного нагрева и т.д.

Литература: [2, гл. 2, 3], [3, гл. 4, 5], [4, гл. 4, 5].

Вопросы для самопроверки

1. Назовите конкретные примеры использования регулируемого электропривода c уменьшенными потерями или с меньшим потреблением энергии из сети, а также примеры, где минимизация потребления энергии ресурсов достигается за счет совершенствования технологических процессов, реализованных с помощью регулируемого электропривода.

18

2.В чем заключается эффективность замены крановых асинхронных электроприводов с реостатным управлением на электроприводы с частотным управлением?

3.Какую выгоду по энергосбережению и эксплуатационным затратам обеспечивает использование в асинхронных электроприводах лифтов односкоростных двигателей с частотным управлением по сравнению с использованием нерегулируемого двухскоростного двигателя?

4.Почему равномерное деление нагрузок в кинематически связанных электроприводах позволяет минимизировать потери в них?

5.Сравните два способа регулирования расхода в центробежной машине: дросселирование и изменение скорости.

6.Часто насосы в системах водоснабжения зданий выбраны с завышенным напором. Как это сказывается на потреблении электроэнергии? на расходе воды?

7.Что дает использование дополнительного канала – регулирования скорости вращения вентилятора – в системах воздушного отопления зданий?

8.Какие агрегаты в системах водо-, воздухо- и теплоснабжения целесообразно оснащать частотно регулируемыми асинхронными электроприводами?