Azionamento elettrico variabile come mezzo per risparmiare energia

Il passaggio dall'azionamento elettrico non regolato a quello regolato è uno dei modi principali per risparmiare energia nell'azionamento elettrico e in campo tecnologico mediante l'azionamento elettrico.

Di norma, la necessità di controllare la velocità o la coppia degli azionamenti elettrici dei meccanismi di produzione è dettata dai requisiti del processo tecnologico. Ad esempio, la velocità di avanzamento della fresa determina la pulizia della lavorazione di un pezzo su un tornio, la riduzione della velocità dell'ascensore è necessaria per un posizionamento accurato della cabina prima dell'arresto, la necessità di regolare la coppia dell'albero di avvolgimento è dettata da le condizioni per mantenere costante la forza di tensione del materiale ferito, ecc.

Tuttavia, esistono numerosi meccanismi che non richiedono un cambiamento di velocità in base alle condizioni tecnologiche, oppure per la regolazione vengono utilizzati altri metodi (non elettrici) per influenzare i parametri del processo tecnologico.

Innanzitutto comprendono meccanismi di trasporto continuo per la movimentazione di prodotti solidi, liquidi e gassosi: nastri trasportatori, ventilatori, ventilatori, gruppi pompa. Per questi meccanismi, attualmente vengono utilizzati, di norma, azionamenti elettrici asincroni non regolati, che mettono in movimento gli organi di lavoro a una velocità costante, indipendentemente dal carico sui meccanismi. Sotto il suo carico parziale, le modalità operative a velocità costante sono caratterizzate da un aumento consumo specifico di energia rispetto alla modalità nominale.

Riduzione delle prestazioni NSC, l'efficienza del trasportatore diminuisce, poiché la quota relativa di energia consumata supera il momento di inattività. Più economica è la modalità a velocità variabile, che fornisce le stesse prestazioni, ma con una componente costante dello sforzo di trazione.

Nella fig. 1 mostra le dipendenze di potenza dell'albero motore per un trasportatore con un momento di inattività Mx = 0, ЗМв per velocità di movimento dei carichi costanti (v - const) e regolabili (Fg = const). L'area ombreggiata nella figura rappresenta il risparmio energetico ottenuto dal controllo della velocità.

Riso. 1. Dipendenza della potenza dell'albero del motore elettrico dalle prestazioni del trasportatore

Quindi se la velocità del trasportatore viene ridotta al 60% del valore nominale, allora la potenza all'albero dei motori diminuirà del 10% rispetto al valore nominale. L'effetto della regolazione della velocità è tanto maggiore quanto maggiore è la coppia a vuoto e tanto più significativamente riduce le prestazioni del trasportatore.

Ridurre la velocità dei meccanismi di trasporto continuo con sottocarico consente di eseguire la quantità di lavoro richiesta con un consumo energetico specifico inferiore, ad es. risolvere un problema puramente economico di riduzione del consumo energetico nel processo tecnologico di spostamento dei prodotti.

Di solito, con una riduzione della velocità di tali meccanismi, appare anche un effetto economico dovuto al miglioramento delle caratteristiche operative delle apparecchiature tecnologiche. Pertanto, quando la velocità diminuisce, l'usura del corpo del trasportatore diminuisce, la durata di tubazioni e raccordi aumenta a causa di una diminuzione della pressione sviluppata dalle macchine per l'alimentazione di liquidi e gas e viene eliminato anche il consumo in eccesso di questi prodotti.

L'effetto nel campo della tecnologia risulta spesso essere significativamente superiore a quello dovuto al risparmio energetico, motivo per cui è fondamentalmente sbagliato decidere sull'opportunità di utilizzare un azionamento elettrico controllato per tali meccanismi valutando solo l'aspetto energetico.

Controllo della velocità delle macchine a pala.

I meccanismi centrifughi per l'alimentazione di liquidi e gas (ventilatori, pompe, ventilatori, compressori) sono i principali meccanismi industriali generali con il maggior potenziale su tutto il territorio nazionale per ridurre significativamente il consumo specifico di energia. La posizione speciale dei meccanismi centrifughi è spiegata dalla loro massa, alta potenza, di regola, con una lunga modalità operativa.

Queste circostanze determinano la quota significativa di questi meccanismi nel bilancio energetico del Paese.La capacità totale installata di motori di azionamento per pompe, ventilatori e compressori è circa il 20% della capacità di tutte le centrali elettriche, mentre i ventilatori da soli consumano circa il 10% di tutta l'energia elettrica prodotta nel Paese.

Le proprietà operative dei meccanismi centrifughi sono presentate sotto forma di dipendenze della prevalenza H dalla portata Q e della potenza P dalla portata Q. In una modalità di funzionamento stazionaria, la prevalenza creata dal meccanismo centrifugo è bilanciata da la pressione della rete idro o aerodinamica in cui eroga liquido o gas.

La componente statica della pressione è determinata per le pompe — dalla differenza geodetica tra i livelli dell'utenza e della pompa; per i fan — attrazione naturale; per ventilatori e compressori — dalla pressione del gas compresso nella rete (serbatoio).

Il punto di intersezione delle caratteristiche Q-H della pompa e della rete determina i parametri H-Hn e Q — Qn. La regolazione della portata Q di una pompa funzionante a velocità costante viene solitamente effettuata da una valvola in uscita e comporta un cambiamento nella caratteristica della rete, per cui la portata QA * <1 corrisponde a il punto di intersezione con la caratteristica della pompa.

Riso. 2. Caratteristiche Q-H dell'unità di pompaggio

Per analogia con i circuiti elettrici, la regolazione del flusso attraverso una valvola è simile al controllo della corrente aumentando la resistenza elettrica del circuito. Ovviamente, questo metodo di controllo non è efficiente dal punto di vista energetico, in quanto è accompagnato da improduttive perdite di energia negli elementi di regolazione (resistenza, valvola). La perdita della valvola è caratterizzata dall'area ombreggiata in Fig. 1.

Come nel circuito elettrico, è più economico regolare la fonte di energia piuttosto che il suo utilizzatore. In questo caso, la corrente di carico diminuisce nei circuiti elettrici a causa di una diminuzione della tensione della sorgente. Nelle reti idrauliche e aerodinamiche, un effetto simile si ottiene riducendo la pressione creata dal meccanismo, che si realizza riducendo la velocità della sua girante.

Quando la velocità cambia, le caratteristiche di funzionamento dei meccanismi centrifughi cambiano secondo le leggi di similitudine, che hanno la forma: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

La velocità della girante della pompa alla quale la sua caratteristica passerà attraverso il punto A:

L'espressione della potenza assorbita dalla pompa durante la regolazione della velocità è:

La dipendenza quadratica del momento dalla velocità è caratteristica principalmente per i ventilatori, poiché la componente statica della prevalenza determinata dalla spinta naturale è significativamente inferiore a Hx. Nella letteratura tecnica viene talvolta utilizzata una dipendenza approssimativa del momento dalla velocità, che tiene conto di questa proprietà del meccanismo centrifugo:

M* = ω *n

dove n = 2 a a Hc = 0 e nHc> 0. Calcoli ed esperimenti mostrano che n=2 — 5 e i suoi valori elevati sono caratteristici dei compressori che operano in una rete con una contropressione significativa.

L'analisi delle modalità di funzionamento della pompa a velocità costante e variabile mostra che l'eccesso di consumo energetico a ω= cost risulta essere molto significativo. Ad esempio, di seguito sono riportati i risultati del calcolo delle modalità di funzionamento della pompa con parametri Hx * = 1,2; Px*= 0.3 su una rete con diverse contropressioni Зс:

I dati forniti mostrano che l'azionamento elettrico controllato può ridurre significativamente il consumo di elettricità consumata: fino al 66% nel primo caso e fino al 41% nel secondo caso. In pratica, questo effetto può rivelarsi ancora più elevato, poiché per vari motivi (assenza o malfunzionamento delle valvole, azionamento manuale), la regolazione tramite valvole non viene affatto applicata, il che comporta non solo un aumento del consumo di elettricità, ma anche a sforzi e costi eccessivi nella rete idraulica.

Le questioni energetiche dei meccanismi centrifughi a semplice effetto in una rete con parametri costanti sono state discusse sopra. In pratica vi è un funzionamento parallelo di meccanismi centrifughi e la rete ha spesso parametri variabili. Ad esempio, la resistenza aerodinamica della rete mineraria cambia al variare della lunghezza delle pareti, la resistenza idrodinamica delle reti di approvvigionamento idrico è determinata dalla modalità di consumo dell'acqua, che cambia durante il giorno, ecc.

Con il funzionamento parallelo dei meccanismi centrifughi, sono possibili due casi:

1) la velocità di tutti i meccanismi è regolata simultaneamente e in modo sincrono;

2) la velocità di un meccanismo o parte dei meccanismi è regolata.

Se i parametri di rete sono costanti, nel primo caso tutti i meccanismi possono essere considerati come un equivalente per il quale sono valide tutte le relazioni di cui sopra. Nel secondo caso, la pressione della parte non regolata dei meccanismi ha lo stesso effetto sulla parte regolata della contropressione ed è molto significativa, motivo per cui il risparmio di energia elettrica qui non supera il 10-15% della potenza nominale della macchina.

I parametri di rete variabili complicano notevolmente l'analisi della cooperazione dei meccanismi centrifughi con la rete. In questo caso, l'efficienza energetica di un azionamento elettrico controllato può essere determinata sotto forma di un'area i cui confini corrispondono ai valori limite dei parametri di rete e alla velocità del meccanismo centrifugo.

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