Accionamiento eléctrico variable como medio de ahorro de energía

La transición de accionamiento eléctrico no regulado a regulado es una de las principales formas de ahorrar energía en el accionamiento eléctrico y en el campo tecnológico por medio del accionamiento eléctrico.

Como regla general, la necesidad de controlar la velocidad o el par de los accionamientos eléctricos de los mecanismos de producción está dictada por los requisitos del proceso tecnológico. Por ejemplo, la velocidad de avance del cortador determina la limpieza del procesamiento de una pieza de trabajo en un torno, la reducción de la velocidad del elevador es necesaria para un posicionamiento preciso del carro antes de detenerse, la necesidad de ajustar el par del eje de bobinado está dictada por las condiciones para mantener una fuerza constante de tensión del material herido, etc.

Sin embargo, hay una serie de mecanismos que no requieren un cambio en la velocidad de acuerdo con las condiciones tecnológicas, u otros métodos (no eléctricos) para influir en los parámetros del proceso tecnológico que se utilizan para la regulación.

En primer lugar, incluyen mecanismos de transporte continuo para mover productos sólidos, líquidos y gaseosos: transportadores, ventiladores, ventiladores, unidades de bombeo. Para estos mecanismos, actualmente, por regla general, se utilizan accionamientos eléctricos asíncronos no regulados, que ponen en movimiento los cuerpos de trabajo a una velocidad constante, independientemente de la carga en los mecanismos. Bajo su carga parcial, los modos de funcionamiento a velocidad constante se caracterizan por un aumento consumo de energía específico en comparación con el modo nominal.

Reducción del rendimiento de NSC, la eficiencia del transportador disminuye, ya que la parte relativa de la energía consumida supera el momento de inactividad. Más económico es el modo de velocidad variable, que proporciona el mismo rendimiento, pero con un componente constante de esfuerzo de tracción.

En la Fig. 1 muestra las dependencias de potencia del eje del motor para un transportador con un momento de inactividad Mx = 0, ЗМв para velocidades constantes (v - const) y ajustables (Fg = const) de movimiento de cargas. El área sombreada de la figura representa el ahorro de energía obtenido por el control de velocidad.

Arroz. 1. Dependencia de la potencia del eje del motor eléctrico en el rendimiento del transportador

Entonces, si la velocidad del transportador se reduce al 60 % del valor nominal, la potencia del eje del motor disminuirá en un 10 % en comparación con el valor nominal. El efecto de la regulación de la velocidad es mayor cuanto mayor es el par inactivo y más significativamente reduce el rendimiento del transportador.

Reducir la velocidad de los mecanismos de transporte continuo con subcarga le permite realizar la cantidad de trabajo requerida con un menor consumo de energía específico, es decir, resolver un problema puramente económico de reducir el consumo de energía en el proceso tecnológico de mover productos.

Por lo general, con una reducción en la velocidad de tales mecanismos, también aparece un efecto económico debido a la mejora de las características operativas del equipo tecnológico. Entonces, cuando la velocidad disminuye, el desgaste del cuerpo del transportador disminuye, la vida útil de las tuberías y accesorios aumenta debido a la disminución de la presión desarrollada por las máquinas para suministrar líquidos y gases, y también se elimina el exceso de consumo de estos productos.

El efecto en el campo de la tecnología a menudo resulta ser significativamente mayor que debido al ahorro de energía, por lo que es fundamentalmente erróneo decidir sobre la conveniencia de utilizar un accionamiento eléctrico controlado para tales mecanismos evaluando solo el aspecto energético.

Control de velocidad de máquinas pala.

Los mecanismos centrífugos para el suministro de líquidos y gases (ventiladores, bombas, ventiladores, compresores) son los principales mecanismos industriales generales con mayor potencial en todo el país para reducir significativamente el consumo específico de energía. La posición especial de los mecanismos centrífugos se explica por su masividad, alta potencia, por regla general, con un modo de funcionamiento prolongado.

Estas circunstancias determinan la participación significativa de estos mecanismos en el balance energético del país.La capacidad instalada total de motores impulsores para bombas, ventiladores y compresores es aproximadamente el 20 % de la capacidad de todas las centrales eléctricas, mientras que los ventiladores por sí solos consumen alrededor del 10 % de toda la electricidad producida en el país.

Las propiedades operativas de los mecanismos centrífugos se presentan en forma de dependencias de la cabeza H sobre el caudal Q y la potencia P sobre el caudal Q. En un modo de funcionamiento estacionario, la altura creada por el mecanismo centrífugo está equilibrada por la presión de la red hidrodinámica o aerodinámica en la que entrega líquido o gas.

El componente estático de la presión se determina para las bombas: por la diferencia geodésica entre los niveles del usuario y la bomba; para los fanáticos: atracción natural; para ventiladores y compresores — de la presión del gas comprimido en la red (depósito).

El punto de intersección de las características Q-H de la bomba y la red determina los parámetros H-Hn y Q — Qn. La regulación del caudal Q de una bomba que funciona a una velocidad constante generalmente se realiza mediante una válvula en la salida y conduce a un cambio en la característica de la red, como resultado de lo cual el caudal QA * <1 corresponde a el punto de intersección con la característica de la bomba.

Arroz. 2. Características Q-H de la unidad de bombeo

Por analogía con los circuitos eléctricos, regular el flujo a través de una válvula es similar a controlar la corriente aumentando la resistencia eléctrica del circuito. Obviamente, este método de control no es eficiente desde el punto de vista energético, ya que va acompañado de pérdidas de energía improductivas en los elementos de regulación (resistencia, válvula). La pérdida de válvula se caracteriza por el área sombreada en la Fig. 1.

Al igual que en el circuito eléctrico, es más económico regular la fuente de energía que su usuario. En este caso, la corriente de carga disminuye en los circuitos eléctricos debido a una disminución en el voltaje de la fuente. En redes hidráulicas y aerodinámicas, se obtiene un efecto similar al reducir la presión creada por el mecanismo, lo que se logra al reducir la velocidad de su impulsor.

Cuando cambia la velocidad, las características de funcionamiento de los mecanismos centrífugos cambian de acuerdo con las leyes de similitud, que tienen la forma: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

La velocidad del impulsor de la bomba a la que su característica pasará por el punto A:

La expresión de la potencia consumida por la bomba durante la regulación de velocidad es:

La dependencia cuadrática del momento con la velocidad es característica principalmente de los ventiladores, ya que la componente estática de la cabeza determinada por el empuje natural es significativamente menor que Hx. En la literatura técnica, a veces se utiliza una dependencia aproximada del momento de la velocidad, que tiene en cuenta esta propiedad del mecanismo centrífugo:

M* = ω*n

donde n = 2 en Hc = 0 y nHc> 0. Los cálculos y experimentos muestran que n=2 — 5, y sus grandes valores son característicos de los compresores que funcionan en una red con una contrapresión significativa.

El análisis de los modos de funcionamiento de la bomba a velocidad constante y variable muestra que el exceso de consumo de energía a ω= const resulta muy significativo. Por ejemplo, los resultados del cálculo de los modos de funcionamiento de la bomba con parámetros se muestran a continuación Hx * = 1,2; Px*= 0.3 en una red con diferente contrapresión Зс:

Los datos proporcionados muestran que el accionamiento eléctrico controlado puede reducir significativamente el consumo de electricidad consumida: hasta un 66% en el primer caso y hasta un 41% en el segundo caso. En la práctica, este efecto puede llegar a ser aún mayor, ya que por diversas razones (ausencia o mal funcionamiento de las válvulas, accionamiento manual), no se aplica en absoluto la regulación por válvulas, lo que provoca no sólo un aumento del consumo eléctrico, sino también a excesivos esfuerzos y costes en la red hidráulica.

Los problemas de energía de los mecanismos centrífugos de simple efecto en una red con parámetros constantes se han discutido anteriormente. En la práctica, hay una operación paralela de mecanismos centrífugos y la red a menudo tiene parámetros variables. Por ejemplo, la resistencia aerodinámica de la red minera cambia con un cambio en la longitud de las paredes, la resistencia hidrodinámica de las redes de suministro de agua está determinada por el modo de consumo de agua, que cambia durante el día, etc.

Con el funcionamiento en paralelo de mecanismos centrífugos, son posibles dos casos:

1) la velocidad de todos los mecanismos se regula simultáneamente y sincrónicamente;

2) se regula la velocidad de un mecanismo o parte de los mecanismos.

Si los parámetros de la red son constantes, en el primer caso todos los mecanismos pueden considerarse como un equivalente para el cual todas las relaciones anteriores son válidas. En el segundo caso, la presión de la parte no regulada de los mecanismos tiene el mismo efecto sobre la parte regulada que la contrapresión y es muy significativa, por lo que el ahorro de energía eléctrica aquí no supera el 10-15% de la potencia nominal. de la máquina.

Los parámetros de red variables complican enormemente el análisis de la cooperación de los mecanismos centrífugos con la red. En este caso, la eficiencia energética de un accionamiento eléctrico controlado se puede determinar en forma de un área cuyos límites corresponden a los valores límite de los parámetros de la red y la velocidad del mecanismo centrífugo.

Ver también sobre este tema: Convertidores de frecuencia VLT AQUA Drive para unidades de bomba