При подключении через частотный преобразователь пуск двигателя происходит плавно, без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на двигатель и механизмы, увеличивает срок их службы.
В случае использования ПЧ в электроприводе вентилятора или дымососа снижение потребления электроэнергии достигается благодаря значительному (в 5-6 раз) уменьшению вращающихся маховых масс рабочего колеса, что исключает непроизводительные потери в переходном пусковом режиме: плавные переходные процессы позволяют снизить динамические нагрузки на подшипники дымососа и двигателя, а также соединительные муфты, что приводит к увеличению их срока службы.
Примеры применения регулируемых электроприводов на базе частотных преобразователей
1. Одной из областей наиболее эффективного применения частотных преобразователей являются насосы дополнительной подкачки в системах водо- и теплоснабжения. Особенностью этих систем является неравномерность потребления воды в зависимости от времени суток, дня недели и времени года.
Постоянный объем подачи приводит к заметному ослаблению напора в часы повышенного разбора воды и к значительному повышению давления в магистрали, когда расход воды снижается. Повышение давления в магистрали ведет к потерям воды на пути к потребителю и увеличивает вероятность разрывов трубопровода.
При применении частотного преобразователя есть две возможности регулировать подачу воды: в соответствии с заранее составленным графиком (без обратной связи) и в соответствии с реальным расходом (с датчиком давления или расхода воды).
Регулирование подачи воды позволяет получить экономию электроэнергии до 50 %, а также значительную экономию воды и тепла. Исключение прямых пусков двигателя позволяет снизить пусковые токи, избежать гидравлических ударов и избыточного давления в магистрали, увеличить срок службы двигателя и трубопроводов.
2. Для решения некоторых задач необходимо точное позиционирование механизма. В таких случаях оправдано применение частотных преобразователей с векторным управлением с обратной связью. Эта группа преобразователей имеет возможность работы с полным моментом в области нулевых скоростей. Привода с асинхронными двигателями, питающимися от таких частотных преобразователей, могут заменить регулируемые привода постоянного тока.
Несмотря на немалую стоимость современных ПЧ, средняя окупаемость вложенных средств за счёт экономии ресурсов составляет 0.5-1.5 года. Это вполне реальные сроки!
Также, не стоит забывать о комплексной автоматизации технологического процесса. Ведь современные ПЧ обладают широким набором функций и позволяют значительно упрощать рабочую схему системы.
Конкретные факты по работе различных систем с ПЧ.
Внедрение частотных преобразователей в котельной железнодорожной больницы г.Ижевска позволило снизить потребление электрической энергии на 26,4%.
В Новодвинске внедрение системы частотно-регулируемого электропривода на насосные станции 2,3,4 внесло значительный экономический эффект. Достигнута экономия электроэнергии свыше 30 процентов. Самое главное, такие преобразователи поддерживают неизменно стабильное давление в тепловых сетях.
Результаты опытной эксплуатации частотно-регулируемых электроприводов на котле № 2 ДЕ-16/14 в котельной Авиагородок 9 «а»: Расход электроэнергии электродвигателем без частотно-регулируемого электропривода – 552 кВт·ч за сутки. Расход электроэнергии электродвигателем с частотно-регулируемым электроприводом – 169 кВт·ч за сутки.
Потребление привода насоса горячего водоснабжения на ЦТП-503 МУП “Теплокоммунэнерго” г.Омска составило:
а) с преобразователем частоты 693.085 кВт·ч/нед;
б) без преобразователя частоты 1046.74 кВт·ч/нед.
Выбор преобразователя частоты.
Общие положения.
При выборе модели преобразователя частоты следует исходить из конкретной задачи, которую должен решать электропривод:
типа и мощности подключаемого электродвигателя,
точности и диапазона регулирования скорости,
точности поддержания момента вращения на валу двигателя.
Так же, можно учитывать конструктивные особенности преобразователя, такие как: размеры, форма, возможность выноса пульта управления и др.
В самом простом случае мощность и тип преобразователя можно определить, зная параметры приводного электродвигателя.
Основные выходные характеристики преобразователя, как известно, определяют:
мощность электрического двигателя,
потребляемый электрический ток,
коэффициент мощности двигателя,
коэффициент полезного действия.
Главным параметром при выборе преобразователя является потребляемый электрический ток двигателя, поскольку он определяет режим работы выходных силовых транзисторов.
Для управления асинхронными двигателями выбираем следующие типовые серии преобразователей различных мощностей:
Насосные преобразователи. Основная область использования - разнообразные приводы промышленных механизмов с “вентиляторной нагрузкой”.
Преобразователи общепромышленного применения. Они широко используется в производственных линиях, технологическом оборудовании, легко адаптируется к разным видам нагрузки.
Преобразователи векторного типа. Рекомендуются для механизмов с динамично меняющимися характеристиками и тяжелыми условиями пуска.
Для дымососов и вентиляторов применяют ПЧ насосного типа. Насосные преобразователи - специализированная серия преобразователей разработана нами для управления механизмами, предназначенными для транспортировки жидкостей и газов. Эти механизмы подразделяются на три группы: насосы, вентиляторы и компрессоры.
Чаще всего преобразователи ориентированы на наиболее распространенную в настоящее время группу насосов, вентиляторов и компрессоров центробежного типа, которые имеют так называемую вентиляторную нагрузку.
Отличительными особенностями преобразователей этой серии, которые обусловлены типом нагрузки, являются:
скалярное управление с фиксированным соотношением между напряжением питания и частотой питающего напряжения (U/f);
отсутствие встроенных и дополнительных тормозных устройств;
пониженная перегрузочная способность по моменту в пределах 15% - 20%.
При выборе ПЧ для мощных вентиляторов, дымососов, компрессоров с большими инерционными массами необходимо обратить внимание на возможность ограничения пусковых токов. Ограничение пусковых токов требуется также для исключения гидроударов в трубопроводах. Ограничение пусковых токов требуется также для исключения гидроударов в трубопроводах.
Необходимо также, чтобы в преобразователе для исключения ударных нагрузок на двигатель и механическую часть привода имелась функция плавного пуска. Благодаря ей можно выставить время разгона или торможения электродвигателя независимо друг от друга в довольно широких пределах.
Для управления дымососом выбираем транзисторный преобразователь частоты FR - F740 производства Mitsubishi Electric, который может выполнять следующие функции:
Плавный запуск двигателя.
Управляемое торможение и автоматический перезапуск при пропадании сетевого напряжения.
Полный контроль и повышенная защита электродвигателя.
Запуск при вращающейся нагрузке.
Оптимальное согласование характеристики крутящего момента с характеристикой машины.
Управление несколькими вентиляторами или насосами.
Локальное ПИД-регулирование и опции подключения к сети обмена данными.
Экономия энергии свыше 60% благодаря технологии OEC.
Большой срок службы при упрощенном техобслуживании.
Мощность и конкретную модель преобразователя выберем после определения мощности двигателя.
Паспортные данные котла.
Сопротивление воздушного тракта Δhк = 60 кгс/мм2.
Температура уходящих газов tдг = 160оС.
Расход топлива Qт = 3690 м3/ч.
Геометрические данные газоходов.
Суммарная длина металлического газохода ℓгм = 65 м.
Ширина металлического газохода хгм = 2 м.
Высота металлического газохода угм = 1,3 м.
Суммарная длина кирпичного газохода ℓгк = 55 м.
Ширина кирпичного газохода хгк = 3,2 м.
Высота кирпичного газохода угк = 2,5 м.
Высота кирпичной трубы котельной Нт = 110 м.
Внутренний диаметр трубы Dт = 3,6 м.
Местные сопротивления, препятствующие прохождению газового потока.
Поворот на 45о х1 = 2 шт.
Шибер х2 = 1 шт.
Резкое расширение (переход металлического дымохода в боров) х3 = 1 шт.
Дополнительные данные для расчета.
Низшая теплота сгорания природного газа Qпг = 7500 ккал/нм3.
Плотность дымовых газов приведенная к 0о С ρ0дг = 1,25 кг/м3.
Плотность воздуха приведенная к 0о С ρ0в = 1,293 кг/м3.
Температура помещения в котором установлен двигатель tк = 30о С.
Максимальная температура изоляции двигателя tи.дв = 150о С.
Расчет мощности на валу дымососа.
Для определения мощности произведем расчет сопротивлений при движении дымовых газов по газоходам.
При выполнении гидравлических расчетов газовый тракт от котла до дымовой трубы разбивается на отдельные участки с неизменными размерами поперечного сечения и определенными расходами уходящих газов. По каждому из участков определяем величину гидравлических сопротивлений.
Расход объема дымовых газов за котлом.
Расход дымовых газов, приведенный к 0о С.
Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1м3 газа.
V0 = 9,5 м3/м3.
Коэффициент избытка воздуха α = 1,15.
Qп.дг = Qт·(1 + V0 + α) = 3690·(1 + 9,05 + 1,15) = 44 003 (м3/ч).
Расход дымовых газов, приведенный к tдг = 160оС.
Qдг = Qп.дг ·(1 + tдг / 273) = 44 003·(1 + 160 / 273) = 69 792 (м3/ч).