Энергосбережение в электроприводе

DOI: 10.32743/UniTech.2021.84.3-4.5-7

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведены проблемы энергосбережения в электроприводе, рассмотрены пути достижения энергосбережения в электроприводе, освещены возможности автоматизированного электропривода в области энергосбережения, дан анализ энергосбережения на примере работы насосной установки. В статье даны пути сокращения непроизводительных затрат мощности. Применением регулируемого электропривода насоса, возможности экономии электроэнергии переходом к регулируемому электроприводу.

ABSTRACT

This article presents the problems of energy saving in an electric drive, discusses ways to achieve energy saving in an electric drive, highlights the capabilities of an automated electric drive in the field of energy saving, analyzes energy saving on the example of a pumping unit. The article provides ways to reduce overhead power consumption. The use of an adjustable electric drive of the pump, the possibility of saving electricity by switching to a variable electric drive.

Ключевые cлова: Энергосбережение в электроприводе, кпд, коэффициент мощности, потери мощности, потери энергии, полупроводниковые преобразователи, автоматизированный регулируемый электропривод, фильтро-компенсирующие устройства, регулирование производительности, дросселирование, непроизводительные затраты мощности, регулирование изменением скорости, экономия электроэнергии.

Keywords: Energy saving in the electric drive, efficiency, power factor, power losses, energy losses, semiconductor converters, automated variable speed drive, filter-compensating devices, capacity control, throttling, power overhead, variable speed control, energy saving.

Электропривод является главным потребителем электроэнергии, более 65 - 70% электрической энергии, вырабатываемая во всём мире, преобразуется в механическую энергию в асинхронных двигателях. Поэтому проблема энергосбережения в электроприводе на сегодняшний день является одним из основных. Различают энергосбережение собственно в электроприводе и создание энергосберегающих технологий на базе автоматизированного регулируемого электропривода.

Энергосбережение в электроприводе необходимо для сокращения потерь на преобразование электрической энергии в механическую и повышения энергетических показателей электропривода.

Энергосбережение в электроприводе достигается следующими путями:

• Правильный выбор электродвигателя по мощности. Часто практика выбора двигателя с завышенной мощностью приводит к снижению КПД и коэффициента мощности cosφ;
• Применение в силовой цепи электропривода силовых полупроводниковых преобразователей, которые позволяют преобразовывать электрическую энергию в нужном виде для достижения требуемых результатов с меньшими потерями;
•  Сокращение до минимума использования реостатных способов регулирования скорости электродвигателей;
• В целях повышения коэффициента мощности cosφ и уменьшения влияния высших гармоник тока применение в питающих цепях электропривода фильтро-компенсирующих устройств. [1]

 С точки зрения оптимизации технологических процессов при энергосбережении гораздо важнее использовать возможности автоматизированного электропривода. Протекание технологического процесса в требуемом автоматическом режиме сокращает непроизводительные затраты электроэнергии. В установках, осуществляющих подачу воды, воздуха, сыпучих материалов, имеются возможности экономии электроэнергии путём выбора того производственного механизма, который соответствует условиям технологического режима в данный момент.

Так как номинальную производительность машин, подающих воду, воздух, сырьё, выбирают с большим запасом, то возникает необходимость регулирования режима их работы. Наиболее экономичным способом регулирования производительности является изменение скорости движения рабочего органа, для этого нужен регулируемый электропривод.

Возможности энергосбережения рассмотрим на примере работы насосной установки (рис.1)

Рисунок 1. Схема насосной установки

Причины необходимости регулирования напора и расхода воды насосных установок следующие:

• Необходимость согласования характеристики центробежного насоса с характеристикой гидравлической сети;
• Требуемое количество воды меняется в зависимости от времени года и суток. [2]

В большинстве случаев используются гидравлические способы регулирования: дросселирование или перепуск с нагнетания на всасывание. При дросселировании с помощью задвижки 1 увеличивают гидравлическое сопротивление сети водоснабжения (рис.1).

Процесс регулирования производительности рассмотрим на характеристиках насосной установки (рис.2). Это характеристики зависимости напора Н от расхода воды Q. Гидравлическая сеть имеет характеристику Н_г – А, при которой у насоса будет расход Q₂. Если требуется меньший расход, то с помощью задвижки увеличивают гидравлическое сопротивление, получая характеристику сети Н_г – В, которой соответствует требуемый расход Q₁. Однако при этом значительная часть мощности, пропорциональная площади Н_D – Н_B – B – D, будет расходоваться на преодоление сопротивления задвижки, тюею будет тратиться бесполезно. Непроизводительные потери мощности будут ещё больше рои регулировании перепуском с нагнетания на всасывание. В этом случае задвижку 2 открывают неполностью, уменьшая общее гидравлическое сопротивление – характеристика Н_г – С. [3]

Рисунок 2. Характеристики насосной установки:

Н_D – B – А – С – центробежного насоса; Н_Г – D – А – гидравлической сети

Общий расход при этом возрастёт до расхода Q₃, который представляет собой сумму требуемого расхода сети Q₁ и расхода на рециркуляцию (Q₃ – Q₁). В этом случае возникают непроизводительные затраты мощности, пропорциональные площади Q₁ – D – С – Q₃.  

Непроизводительных затрат мощности можно избежать, применяя регулируемый электропривод насоса. Снизив скорость, получим характеристику насоса Н₀₂ – D, проходящую через точку D, при этом не используя задвижки, получаем требуемый расход Q_1. Дополнительные потери, связанные с регулированием производительности насоса, при этом не возникнут.

Если регулирование насосной установки будет проводиться изменением скорости насоса посредством регулируемого привода, то потери энергии, связанные с гашением части напора на задвижках, будет отсутствовать. Ориентировочно можно считать, что при регулировании изменением скорости рабочего колеса расход насоса пропорционален скорости, напор – скорости в квадрате, а мощность на валу насоса – скорости в кубе. [4]

Переход к регулируемому электроприводу насосов даёт до 30% экономии электроэнергии.

Список литературы:

1. Г.Б. Онищенко, Электрический привод. – М. Академия, 2006.
2. Р.Ф.Бекишев, Ю.Н.Дементьев, Общий курс электропривода. Томск: 2010.
3. A.A. Khashimov, I.K. Pampias, Energy saving Solid State Drives. Asynchronous Motors for Technological Machines and Installations; Athens, 2011.
4. M.M. Khamudkhanov, I.A. Abdullabekov. Optimization of pump unit operation modes with respect to minimum of specific energy consumption; International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology, 2019. P. 9928-9935.
5. D.D.Alijanov, U.A.Axmadaliyev. (2020). The Pecularities Of Automatic Headlights. The American Journal of Engineering and Technology, 13-16.
6. D. D. Alijanov, U.A. Axmadaliyev. (2021). APV Receiver In Automated Systems. The American Journal of Applied sciences, 78-83.
7. М.Абдуллаев. У.А.Ахмадалиев (2019) Повышение коэффициента мощности электроприводов переменного тока.