Применение электроприводов с частотными регуляторами

На рис. 4.124 и 4.125 представлены все технически возможные способы регулирования производительности насосов и вентиляторов. Изменение частоты вращения вала рабочего колеса является самым экономичным способом регулирования, но требует особых технических устройств, позволяющих влиять на частоту вращения вала [ 6 ].

Рис.4.124. Сравнение мощности привода насоса при регулировании дросселированием (1), направляющим аппаратом (2),частотным регулятором Danfos (3)

Рис. 4.125. Сравнение мощности привода вентилятора при регулировании подачи направляющим аппаратом (1), дросселированием (2), частотным регулятором Danfos (3)

Частотно регулируемый электропривод (ЧРП) - это электродвигатель (асинхронный или синхронный), оснащенный регулируемым преобразователем частоты (рис. 4.126).

Рис. 4.126. Принципиальная электрическая схема частотно-регулируемого электропривода

В качестве первоочередных приоритетных и быстро окупаемых проектов Федеральной целевой программы «Энергосбережение России – основа энергосберегающей политики государства в регионах и отраслях экономики на 1998-2005 г.г.» предусматривается широкое внедрение ЧРП на прогрессивной элементной базе, обеспечивающее экономию электроэнергии на 30% и более.

В силу психологической инерции и отсутствия финансовых средств в промышленности и коммунальном хозяйстве частотные регуляторы находят недостаточное применение, несмотря на то, что они являются эффективным средством, позволяющим адаптировать режимы работы вспомогательного энергетического и промышленного оборудования к колебаниям производственной загрузки промышленных предприятий и коммунальных систем.

Это особенно актуально для сложившихся условий работы промышленных предприятий, при значительном спаде загрузки, часто достигающей 12-15% от проектной мощности.

Область применения частотных регуляторов обширна:

§ энергетика (питательные, сетевые и подпиточные насосы, дутьевые вентиляторы и дымососы);

§ нефтяная и газовая промышленность (буровые установки, насосы нефтеперекачки, компрессоры газоперекачки);

§ угольная и горнорудная промышленность (экскаваторы, электротрансмиссии мощных карьерных самосвалов, транспортеры и конвейеры, дробилки, насосы, вентиляторы, компрессоры и т.д.);

§ цементная промышленность (печи, мельницы, конвейеры, транспортеры);

§ химическая, нефтехимическая, лесная и целлюлозная промышленность (мешалки, центрифуги, насосы, компрессоры, вентиляторы и т.п.);

§ коммунальное хозяйство (насосы систем холодного и горячего водоснабжения и отопления). Их применение позволяет на 30-40% сократить расход электроэнергии, на 20% – расход воды и тепла, избежать гидравлических ударов в системах.

По результатам внедрения ЧРП на 16 центральных тепловых пунктах и одной районной тепловой станции (РТС) г. Москвы получены следующие результаты [ 7 ]:

§ нормализовано давление в системе водоснабжения, которое по результатам анализа на 15-35% превышало оптимальное, требуемое по условиям водоснабжения;

§ повысилась надежность работы оборудования и сокращены затраты на ремонт и обслуживание за счет исключения динамических воздействий и гидравлических ударов;

§ электропотребление насосными установками водоснабжения по всем ЦТП и РТС снизилось в среднем более чем на 45%;

§ на 14% снизилось недопотребление водопользователями;

§ суммарная ежегодная экономия прямых затрат в ценах января 1998 года составила 1.3 млрд. руб. (или более 220 тыс. долл. США);

§ расчетный срок окупаемости затрат – около 8,5 месяцев (по различным ЦТП и РТС от 3,2 до 18,6 месяцев).

При использовании ЧРП для регулирования режимов работы вентиляторов вместо метода дросселирования (вентиляторы, дымососы) потребляемая мощность ЧРП (при подаче, равной 0,5 от номинального значения) равна 13% номинальной мощности, при дросселировании – 75%, т.е. экономия составит 62% номинальной мощности. В режиме регулирования суточных и сезонных графиков ТЭС снижение мощности газомазутных энергоблоков достигает 70-75% (аналогичные режимы имеют место и на котлоагрегатах промышленных котельных), на угольных – 50%. Применение ЧРП даже на ТЭС, где уделяется много внимания экономичности генерирования энергии и каждое мероприятие в этом направлении весомо в абсолютном значении, позволяет повысить экономичность блоков в среднем на 1-2%. Особенно такие решения эффективны для промышленных котельных в условиях спада производства, где максимальная нагрузка котлоагрегатов иногда достигает 25-35% .

На рис. 4.127 и 4.128 показано, как формируется экономия мощности при использовании ЧРП, работающего на вентиляторную и насосную нагрузку. КПД частотного преобразователя около 98%.

Рис. 4.127. Экономия мощности при использовании ЧРП с нагрузкой вентиляторного типа

Рис. 4.128. Экономия мощности при использовании ЧРП с нагрузкой насосного типа с подпором

Преобразователи частоты для асинхронных электродвигателей выпускает «Центр энергосберегающих технологий» (Россия, 620144, Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, к. 1218, тел./факс (3432) 22-96-82, E-mail:energysaving@newmail.ru). Силовой конвертор импульсный трехфазный (преобразователь частоты), модели МК1, МК2, МК3, изменяет реальную амплитуду выходного напряжения, что позволяет использовать его для питания низковольтных трехфазных двигателей без дополнительных дорогостоящих фильтров – реакторов. В конверторе предусмотрена возможность формирования входного напряжения в виде синусоидального высокочастотного ШИМ – сигнала или 12 – тактной коммутации. В ШИМ–режиме максимальная частота выходного напряжения – 500 Гц, а в режиме 12–тактной коммутации – 2 кГц. Это дает возможность применять преобразователь для управления сверхскоростными двигателями. Режим постоянного момента при 12–тактной коммутации осуществляется за счет регулирования реальной амплитуды выходного сигнала.

Все упомянутые особенности позволяют использовать устройство как для управления асинхронными двигателями различных классов, так и в качестве нестандартного блока питания. В настоящее время изделие успешно работает в составе различного оборудования пищевой и перерабатывающей промышленности.