VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

В настоящее время в различных отраслях широко применяются асинхронные электрические двигатели. Преобразователь частоты (ПЧ) – это электронное устройство для плавного бесступенчатого регулирования скорости вращения вала электрического двигателя. В простейшем случае частотного регулирования управление скоростью вращения вала осуществляется с помощью изменения частоты и амплитуды трехфазного напряжения питания двигателя. Управление скоростью вращения позволяет экономить электроэнергию, продлить срок службы электродвигателя и коммутационного оборудования, а также увеличить степень автоматизации производства. Алгоритмы управления, реализованные в преобразователях частоты, обеспечивают работу электродвигателя во всевозможных режимах:

- плавный пуск;

- длительная работа в заданном диапазоне частот вращения и нагрузок;

- реверсирование движения;

- торможение и останов.

При использовании частотных преобразователей и устройств плавного пуска происходит сокращение пусковых токов в 1,5…3 раза, снижается риск механического разрушения привода и вала электродвигателя, уменьшаются электромеханические напряжения в обмотках двигателя, при использовании на электродвигателях в водоснабжении минимизируется гидроудар в системе. Станции управления вентиляторами и дымососами применяются для управления электроприводами тягодутьевых машин котлового оборудования с целью поддержания заданных значений технологических параметров (давление, разрежение) при минимальных потерях в приводе.

Применение станции управления позволяет эффективно экономить электроэнергию за счет преобразования частоты и выбора оптимальных режимов работы привода. Частотный преобразователь необходим для решения стандартных проблем практически любого предприятия или организации, например таких как:

- экономия энергоресурсов;

- экономия топливных ресурсов;

- снижение затрат на плановые ремонтные работы и капитальный ремонт;

- увеличение срока службы технологического оборудования;

- обеспечение оперативного управления и достоверного контроля за ходом выполнения технологических процессов.

Особый экономический эффект от использования частотных преобразователей дает применение принципа частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей, а также широко применяется в дутьевом и контейнерном оборудовании котельных установок.

Насосное оборудование

Применение преобразователей частоты для насосного оборудования наиболее эффективно в открытых системах водоснабжения с переменным расходом. Примером могут быть насосные станции I, II подъема, повысительные насосные станции, насосы горячей воды котельных и тепловых пунктов. Традиционно насосное оборудование перечисленных объектов выполнялось с помощью дросселирующих устройств на нагнетающих трубопроводах насосов (задвижек, затворов и т.д.). Данный метод далеко не эффективен и связан с непроизводительными потерями энергии на регулирующей арматуре и более быстром износе механической части насоса.

Наиболее простое и эффективное решение проблемы – изменение производительности насоса с целью стабилизации давления на выходе насосной группы. В этом случае потребитель получает требуемый напор воды при минимально возможных энергетических затратах. Мощность, потребляемая насосом, находится в кубической зависимости от скорости вращения рабочего колеса. Производительность насоса Q прямо пропорциональна скорости вращения рабочего колеса. Т.е. уменьшение скорости вращения рабочего колеса насоса в 2 раза приводят к уменьшению потребляемой мощности в 8 раз насоса.

Дымососы и вентиляторы

Термином «песвдосжиженный» или «кипящий» слой обычно обозначается слой тонкодисперсных твердых частиц, через который проходит газ, и который находится в промежуточном состоянии статического слоя и взвеси твердых частиц в потоке газа, как, например, в системах пневмотранспорта. Введение соответствующего газа в слой материала дает один из эффектов сжижения. Пузырьки газа проходят через слой материала, создавая условия быстрого перемешивания. Слой выглядит как энергично кипящая жидкость и, в действительности, приобретает много свойств, присущих жидкостям. Он приобретает гидростатический напор, и материал начинает перетекать через отверстие емкости и через порог, устроенный в слое, или под этим порогом. Эффект «кипения» в псевдосжиженном слое заставляет частицы вступать в контакт друг с другом, удаляя пыль, которая выносится потоком газа. Этот же эффект «кипения» обеспечивает очень хорошее перемешивание, создавая однородные температурные условия, при которых полное высушивание происходит без перегрева материала. Держать кипящий слой достаточно сложно без применения системы автоматического управления этим режимом горения топлива. Такую возможность даёт применение частотного привода на дутьевых вентиляторах и дымососах котельных, таким образом, частотный преобразователь необходимо применять на котлах с кипящим слоем горения.

Данная область применения затрагивает в первую очередь котельные. Электродвигатели дымососов и вентиляторов, как правило, выбираются с двукратным запасом по отношению к номинальному режиму работы. Это необходимо для обеспечения запуска дымососа или вентилятора при условии больших моментов инерции рабочего колеса.

В процессе работы очень часто возникает избыточный крутящий момент на валу электродвигателя, что приводит к необоснованному перерасходу электроэнергии.

В процессе работы котла производительность дымососов и вентиляторов меняется в пределах от 30% до 100% для обеспечения различных режимов горения. При этом производительность регулируется путем изменения положения направляющих аппаратов, установленных на входе, выходе вентилятора (дымососа).

Для котельного оборудования очень важна надежная и безаварийная работа. Преобразователь частоты благодаря широкому комплексу защит позволяет сократить число отказов оборудования в несколько раз.

Принцип частотного регулирования производительности дымососов и вентиляторов котельной основан на полном открытии направляющего аппарата и поддержании требуемой производительности дымососа, вентилятора в зависимости от режима загрузки котла. В данном случае требуется подключение преобразователя частоты к системе автоматики котла.

Конвейеры

Применение преобразователей частоты для привода конвейеров обусловлено в первую очередь неравномерностью загрузки данного оборудования. При решении данной задачи преобразователи частоты не только обеспечивают плавный пуск и высокий крутящий момент вала электродвигателя на низких частотах, но и позволяют обеспечить синхронизацию ведущего и ведомого двигателя. Как правило, для получения одинаковых выходных частот электродвигателей широко используется режим «мастер-ведомый»: задание частоты получает мастер, остальные привода получают сигналы от ведущего преобразователя частоты. Данная схема отличается относительной простотой и надежностью.

В промышленно развитых странах уже практически невозможно найти асинхронный электродвигатель без преобразователя частоты.

Экономическая и техническая эффективность частотно регулируемого привода

Несмотря на кажущуюся значительную стоимость современных преобразователей, окупаемость вложенных средств за счёт экономии энергоресурсов и других составляющих эффективности не превышает в среднем 1,5 лет. Это вполне реальные сроки, а учитывая многолетний ресурс подобной техники, можно подсчитать ожидаемую экономию на длительный период и принять правильное решение.

Примером может служить станция Борзя Забайкальского края, где на модульной и центральной котельных на дутьевых вентиляторах и дымососах были установлены станции управления частотного регулирования. Экономический эффект по расходу топлива и электроэнергии составил 15 процентов, а окупилось данное оборудование за один отопительный сезон.

В настоящее время широко ведётся внедрение частотно - регулируемых преобразователей в хозяйство объектов Забайкальской железной дороги и объектов ЖХК всего Забайкальского края.

Список использованной литературы:

1. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1974. – 328 с.

2. Мухленов И.П. Расчёты аппаратов кипящего слоя. Л.: Химия, 1986. - 352 с.

Код для цитирования: Скопировать