2.4 Енергозбереження

У зв'язку зі зростанням цін на електроенергію й обмежені можливості збільшення потужності енергогенеруючих установок проблема енергозбереження, у тому числі зниження енергоспоживання, набуває останнім часом особливої актуальності. Також все зростаючі технологічні вимоги, жорсткість показників якості виробничих процесів, необхідність швидкого перенастроювання промислового устаткування, обумовлює останніми роками стійку тенденцію впровадження в різні галузі господарства регульованих електроприводів. Розвиток математичної теорії машин змінного струму, створення удосконалених напівпровідникових приладів, використання сучасних засобів керування, включаючи мікроконтролерні, дозволили створити високоякісні і надійні системи регульованих асинхронних електроприводів, що стають основним видом регульованого електропривода. Тому використання двигунів постійного струму з застарілими система керування двигунів постійного струму, типу ЕМП ( Електромашинних підсилювачів) стає не актуально, так як перед асинхронними двигуни з частотним регулюванням мають цілу низку недоліків.

Основними недоліками використання електромашинних підсилювачів є:

1) відносно великі габарити і вага, так як для отримання великих коефіцієнтів посилення застосовується ненасичений магнітний ланцюг.

2) наявність залишкової напруги за рахунок гістерезису. ЕРС, що наводиться в якорі потоком залишкового магнетизму, спотворює лінійну залежність вихідної напруги від вхідного сигналу в зоні малих сигналів і порушує однозначність залежності вихідних параметрів електромашинних підсилювачів від вхідних при зміні полярності вхідного сигналу, бо потік залишкового магнетизму при постійній полярності сигналу буде збільшувати потік управління, а при зміні полярності сигналу - зменшувати потік управління.

Крім того, під дією залишкової ЕРС електромашинного підсилювача, що працює в режимі перекомпенсації, при малому опорі навантаження і нульовому вхідному сигналі може самозбуджуватися і втрачати керованість. Це явище пояснюється некерованим збільшенням поздовжнього магнітного потоку машини, спочатку рівного потоку залишкового магнетизму, за рахунок підмагнічуючи дії компенсаційної обмотки.

Для нейтралізації шкідливого впливу потоку залишкового магнетизму в електромашинному підсилювачі здійснюють розмагнічування змінним струмом, а самі електромашинні підсилювачі ставлять в автоматичні системи декілька недокомпенсованими.

3) високе енергоспоживання, обумовлене в обумовлене використанням великою кількості допоміжних приладів та систем.

Тому на даний час пріоритетними електроприводами загальнопромислового призначення є електропривода з асинхронними двигунам з коротко замкнутим ротором.

Сформулюємо шляхи для забезпечення енергозаощадження при роботі в асинхронному електроприводі:

1) правильний вибір встановленої потужності асинхронного двигуна. Коефіцієнт навантаження багатьох двигунів складає 50% і менш як, що говорить про низьку кваліфікацію виробника, або недосконалість використаної методики розрахунку потужності електроприводу. Таким чином двигун заниженою потужності швидко виходить з ладу через перегрів, а двигун з великим запасом потужності перетворює енергію неефективно, тобто з високими питомими втратами в самому двигуні через низький ККД в мережі живлення через низький коефіцієнта потужності. Тому перший шлях полягає в удосконаленні методик вибору потужності двигуна і перевірки його по нагріванню, а також у підвищенні кваліфікації розробників і обслуговуючого персоналу.

2) застосування енергозберігаючих асинхронних двигунів, в яких за рахунок використання більш якісної електротехнічної сталі, що дозволяє зменшити активні втрати приводить до підвищення номінальних значень ККД і коефіцієнта потужності. Енергоефективні двигуни мають більш високий рівень надійності, менш чутливі до коливань напруження мережі і мають більш низький рівень шуму і вібрації, а також витрати на їх обслуговування і ремонт.

3) перехід від нерегульованого електроприводу до регульованого і підвищення рівня автоматизації.

4) застосування більш досконалої з енергетичної точки зору системи електроприводу. Втрати енергії в перехідних режимах помітно змінюються при використанні реостатного регулювання, систем з мінімальними втратами при застосуванні частотно-регульованих електроприводів.

5) комплексне застосування енергосберегаючих асинхронних двигунів і регульованого електроприводу.

6) усунення проміжних передач, так як електрична енергія доступна на фіксованій частоті (50 Гц), а механічна енергія потрібна в широкому спектрі частот (швидкостей). Методи, розроблені багато років тому для вирішення цієї проблеми, використовують дорогі системи, двигун чи механічні регулятори.

7) поліпшення якості електроенергії засобами силової перетворювальної техніки регульованого електропривода. Регульований електропривод при роботі впливає на мережу електропостачання, що виражається в зниженні коефіцієнта потужності на вході перетворювача, коливаннях напруги в мережі і спотворенні синусоїдальної форми напруги.

Далі розглянемо типи регульованих електроприводів їхні переваги й недоліки.

Основним типом регульованого електропривода, є частотно-регульований асинхронний електропривод-система «напівпровідниковий перетворювач частоти-асинхронний двигун »(НПЧ-АД). Однак поряд з цим електроприводом в деяких випадках для вирішення окремих виробничих завдань і енергозбереження застосовується система «тиристорний перетворювач напруги - асинхронний двигун»(ТПН-АД) , що забезпечує регулювання першої гармоніки напруги, що підводиться до статора.

В експлуатації також знаходяться електроприводи на основі асинхронних двигунів з фазним ротором, регульовані за рахунок зміни додаткових опорів в роторних ланцюгах «Пристрій реостатного регулювання - асинхронний двигун з фазовим ротором» (УРР- АДФР). Однак цей спосіб регулювання пов'язаний зі значними втратами енергії при регулюванні швидкості обертання і тому мало економічний. Якщо, наприклад, швидкість двигуна знижена вдвічі в порівнянні з номінальною, то приблизно половина всієї споживаної з мережі потужності втрачається в регулювальних резисторах. Отже, зі зростанням регулювального опору при одному і тому ж ковзанні знижається ККД.

Частотний спосіб регулювання швидкості асинхронних двигунів є економічних в порівнянні з іншими відомими способами. Можливість регулювання швидкості АД зміною частоти випливає з виразу швидкості ідеального холостого ходу:

 де - частота напруги обмотки статора;

- Число пар полюсів двигуна.

Частотне регулювання швидкості обертання валу асинхронного двигуна здійснюється шляхом зміни частоти і амплітуди трифазного напруги, що надходить на електродвигун. Таким чином, змінюючи параметри живлячої напруження (частотне управління), можна робити швидкість обертання двигуна як нижче, так і вище номінальною. У другій зоні (частота вище номінальної) максимальний момент на валу зворотно пропорційний швидкості обертання.

Таким чином застосування асинхронного частотно-регульованого електроприводу дозволяє:

1. економити електроенергію від 30 до 60%;

2. знизити пускові струми, захистити електродвигун;

3. збільшує термін служби роботи електродвигуна;

4. повністю автоматизувати роботу та керування електродвигунами;

5. регулювання швидкості обертання в широких межах.

Економія електроенергії може бути розрахована наступним чином.

Розрахуємо тривалість використання устаткування протягом звітного періоду:

де - календарні дні;

- святкові дні;

- вихідні дні;

- тривалість зміни;

= 0,94 – плановий відсоток витрат робочого часу на ремонт обладнання.

ККД старого устаткування дорівнює . Визначимо загальний середній ККД системи живлення нової устаткування за формулою:

де η_т - ККД електричного двигуна;

η_м - ККД перетворювача.

Споживана схемою номінальна потужність Р_н = 0,75 кВт та ступінь завантаженості (характеризується коефіцієнтом завантаження протягом звітного періоду k_з = 0,8) при модернізації цього устаткування залишаються незмінними.

До модернізації загальне|спільного| енергоспоживання устаткування|обладнанням| за рік складає:

Після модернізації загальне|спільного| енергоспоживання устаткування|обладнанням| за рік складає:

З розрахунку видно, що економія електроенергії складає за рік: