Энергосбережение средствами электропривода
Электроприводами потребляется более 60 % производимой в мире электроэнергии *, поэтому вопросы энергосбережения имеют чрезвычайно важное значение. Для России это тем более важно, поскольку стоимость электроэнергии возрастает * и при неэкономичных системах электроприводов - возрастают производственные расходы, соответственно возрастает и себестоимость вырабатываемой технологическими комплексами продукции.
Установленные стандартами показатели качества электроэнергии делают необходимым при выборе систем электроприводов (особенно при их большой установленной мощности) рассмотрение всей электротехнической цепи: от КТП, где осуществляется контроль потребляемой активной и реактивной мощности и качества электроэнергии, до исполнительных органов рабочих и транспортных машин. Предприятиям следует оптимально осуществлять набор силовых модулей (трансформаторов, реакторов, фильтров, полупроводниковых преобразователей, тормозных средств), при которых обеспечиваются минимальные потери электроэнергии, не нарушаются показатели качества электроэнергии у источника питания и решаются все задачи технологии.
К основным методам сбережения электроэнергии в автоматизированных электроприводах технологических агрегатов и комплексов относятся следующие:
- Применение вместо нерегулируемых электроприводов регулируемых;
- Применение силовых модулей регулируемых электроприводов, имеющих максимальные коэффициенты полезного действия и мощности;
- Исключение режимов пуска и торможения технологических агрегатов и комплексов в результате применения дополнительных механизмов с регулируемыми электроприводами, обеспечивающих совмещение движений основных механизмов в технологическом процессе для перевода их в непрерывные режимы работы.
Регулируемые электропривода
Применение регулируемых электроприводов позволяет устанавливать режимы работы технологического оборудования и оптимальные по энергетическим затратам условия обработки вещества. Например устанавливать оптимальные скорости работы:
- Насосов при изменении расхода и свойств жидкости;
- Шпинделей металлообрабатывающих станков при изменении размеров и материала обрабатываемых деталей;
- Роторов дробилок при изменении размеров и свойств дробимых веществ и т.д.
Переход на регулирование давления и расхода воды насосных агрегатов с помощью регулируемых электроприводов взамен дроссельного регулирования приводит к исключению потерь напора и экономии электроэнергии примерно на 30 %. Насос как устройство преобразования энергии имеет свой коэффициент полезного действия (отношение механической энергии, приложенной к валу, к гидравлической энергии, получаемой в напорном трубопроводе насосного агрегата). Характер изменения коэффициента полезного действия в зависимости от расхода жидкости при различных частотах вращения показан на рис. 1.17. Максимум коэффициента полезного действия с уменьшением частоты вращения снижается и смещается влево. Анализ требуемого изменения частоты насосного агрегата при изменении расхода в сети показывает, что с уменьшением расхода требуется снижение частоты вращения.
Если рассмотреть работу агрегата для расхода меньше номинального (вертикальные линии А и В), то для этих режимов рационально работать с пониженной частотой вращения. В этом случае КПД насоса выше, чем при работе с номинальной частотой вращения. Таким образом, снижение частоты вращения в соответствии с технологической нагрузкой позволяет не только экономить потребляемую энергию благодаря исключению гидравлических потерь, но и получить экономический эффект из-за повышения коэффициента полезного действия самого насоса - преобразователя механической энергии в гидравлическую.
Силовые модули регулируемых электроприводов
Также необходимым является применение силовых модулей регулируемых электроприводов, имеющих максимальные коэффициенты полезного действия и мощности (главными среди них являются электродвигатели, управляемые полупроводниковые преобразователи - выпрямители и инверторы, тормозные модули, обеспечивающие рекуперацию электроэнергии от двигателя в сеть переменного или постоянного напряжения).
Рассмотрим тяговые электроприводы маршрутного электротранспорта, в частности трамвая. В широко распространенных тяговых электроприводах трамваев с пускотормозными реостатами потери в реостатах достигают 63% энергии, потребляемой трамваем. На рис.1.18 представлена схема энергетического баланса трамвая, на котором установлены четыре электродвигателя по 40 кВт каждый. На рис.1.18 обозначено: J - энергия, потребляемая из контактной сети, 2 - потери в обмотках возбуждения, З - потери в якорных обмотках, 4 - потери в пускотормозных реостатах, 5 - энергия, расходуемая на движение трамвая.
Непосредственно на движение задействуется 25% энергии сети, а 63 % энергии превращаются в тепло в реостатах в процессах разгона и торможения трамвая.
Замена реостатного регулирования электроприводов на регулирование с использованием транзисторных широтно-импульсных преобразователей дает возможность снизить потери в пусковых режимах и возвратить энергию, вырабатываемую при торможении, в контактную сеть. В результате расход энергии, потребляемой трамваем, уменьшается почти в 2 раза.
Исключение режимов пуска и торможения технологических агрегатов и комплексов
Применения дополнительных механизмов с регулируемыми электроприводами, обеспечивающих совмещение движений основных механизмов в технологическом процессе для перевода их в непрерывные режимы работы, позволяет исключить режимы пуска и торможения технологических агрегатов и комплексов.
Данный метод может быть рассмотрен на примере роторно-конвейерной линии и непрерывного стана холодной прокатки. Автоматизированные электроприводы обеспечивают:
- Cинхронизированные движения всех роторов и конвейеров;
- Заданную точность поддержания скорости и заданные соотношения скоростей;
- Мгновенных положений гнезд конвейера с устройствами выдачи роторов.
Работа роторно-конвейерной линии происходит в соответствии с заданной программой, включающей в себя режимы автоматического управления скоростями и мгновенными положениями механизмов, выбора оптимальных условий работы линии.
Такие линии используются в крупносерийных производствах. Они обеспечивают высокую производительность и низкое электропотребление благодаря применению непрерывной конвейерной системы, при которой транспортные и технологические операции совмещены во времени и исключены прерывистые режимы для последовательного выполнения технологических операций.