הנעה חשמלית משתנה כאמצעי לחיסכון באנרגיה

המעבר מהנעה חשמלית לא מווסתת למווסת היא אחת הדרכים העיקריות לחסכון באנרגיה בכונן החשמלי ובתחום הטכנולוגי באמצעות הנעה חשמלית.

ככלל, הצורך לשלוט במהירות או במומנט של הכוננים החשמליים של מנגנוני הייצור מוכתב על ידי דרישות התהליך הטכנולוגי. לדוגמה, קצב ההזנה של החותך קובע את הניקיון של עיבוד חומר עבודה על מחרטה, הפחתת מהירות המעלית נחוצה למיקום מדויק של המכונית לפני עצירה, הצורך להתאים את המומנט של הפיר המתפתל מוכתב על ידי התנאים לשמירה על כוח מתח קבוע של החומר הפצוע וכו'.

עם זאת, ישנם מספר מנגנונים שאינם מצריכים שינוי מהירות בהתאם לתנאים הטכנולוגיים, או שיטות אחרות (לא חשמליות) להשפעה על הפרמטרים של התהליך הטכנולוגי משמשות לרגולציה.

קודם כל, הם כוללים מנגנוני הובלה רציפים להעברת מוצרים מוצקים, נוזליים וגזים: מסועים, מאווררים, מאווררים, יחידות משאבה. עבור מנגנונים אלה, כיום, ככלל, נעשה שימוש בכוננים חשמליים אסינכרוניים בלתי מוסדרים, אשר מפעילים את גופי העבודה במהירות קבועה, ללא קשר לעומס על המנגנונים. תחת העומס החלקי שלו, מצבי הפעלה במהירות קבועה מאופיינים בהגברה צריכת אנרגיה ספציפית בהשוואה למצב הנומינלי.

הפחתת ביצועי NSC, היעילות של המסוע יורדת, כאשר החלק היחסי של הכוח הנצרך מתגבר על רגע הסרק. חסכוני יותר הוא מצב המהירות המשתנה, המספק את אותם ביצועים, אך עם מרכיב קבוע של מאמץ משיכה.

באיור. 1 מציג את תלות ההספק של ציר המנוע עבור מסוע עם מומנט סרק Mx = 0, ЗМв עבור מהירויות תנועה קבועות (v - const) ומתכווננות (Fg = const). האזור המוצל באיור מייצג את החיסכון באנרגיה המתקבל על ידי בקרת מהירות.

אורז. 1. תלות בכוח ציר המנוע החשמלי בביצועי המסוע

אז אם מהירות המסוע מופחתת ל-60% מהערך הנומינלי, אזי הספק גל המנועים יקטן ב-10% בהשוואה לערך הנומינלי. ההשפעה של ויסות מהירות גבוהה יותר, ככל שמומנט הסרק גדול יותר, וככל שהוא מפחית באופן משמעותי את ביצועי המסוע.

הפחתת המהירות של מנגנוני הובלה רציפה עם תת עומס מאפשרת לך לבצע את כמות העבודה הנדרשת עם צריכת אנרגיה ספציפית נמוכה יותר, כלומר לפתור בעיה כלכלית גרידא של הפחתת צריכת האנרגיה בתהליך הטכנולוגי של העברת מוצרים.

בדרך כלל, עם הפחתה במהירות של מנגנונים כאלה, מופיעה גם השפעה כלכלית עקב שיפור המאפיינים התפעוליים של הציוד הטכנולוגי. לכן, כאשר המהירות יורדת, הבלאי של גוף המסוע פוחת, חיי השירות של צינורות ואביזרים גדלים עקב ירידה בלחץ שפותחו על ידי מכונות לאספקת נוזלים וגזים, וגם הצריכה העודפת של מוצרים אלה מתבטלת.

ההשפעה בתחום הטכנולוגיה מתבררת פעמים רבות כגבוהה משמעותית מאשר בשל חיסכון באנרגיה, ולכן זה שגוי מיסודו להחליט על כדאיות השימוש בכונן חשמלי מבוקר למנגנונים כאלה על ידי הערכת היבט האנרגיה בלבד.

בקרת מהירות של מכונות חפירה.

מנגנונים צנטריפוגליים לאספקת נוזלים וגזים (מאווררים, משאבות, מאווררים, מדחסים) הם המנגנונים התעשייתיים הכלליים העיקריים בעלי הפוטנציאל הגדול ביותר בכל הארץ להפחתת משמעותית של צריכת אנרגיה ספציפית. המיקום המיוחד של מנגנונים צנטריפוגליים מוסבר על ידי המסיביות שלהם, כוח גבוה, ככלל, עם מצב פעולה ארוך.

נסיבות אלו קובעות את חלקם המשמעותי של מנגנונים אלו במאזן האנרגיה של המדינה.סך הקיבולת המותקנת של מנועי הנעה למשאבות, מאווררים ומדחסים עומדת על כ-20% מהקיבולת של כלל תחנות הכוח, כאשר מאווררים לבדם צורכים כ-10% מכלל החשמל המיוצר בארץ.

מאפייני הפעולה של המנגנונים הצנטריפוגליים מוצגים בצורה של תלות של הראש H בקצב הזרימה Q והכוח P בקצב הזרימה Q. במצב פעולה נייח, הראש שנוצר על ידי המנגנון הצנטריפוגלי מאוזן על ידי הלחץ של הרשת ההידרו-אוירודינמית שבה היא מספקת נוזל או גז.

המרכיב הסטטי של הלחץ נקבע עבור משאבות - לפי ההבדל הגיאודזי בין רמות המשתמש והמשאבה; למעריצים - משיכה טבעית; עבור מאווררים ומדחסים - מלחץ הגז הדחוס ברשת (מאגר).

נקודת החיתוך של מאפייני ה-Q-H של המשאבה והרשת קובעת את הפרמטרים H-Hn ו-Q - Qn. ויסות קצב הזרימה Q של משאבה הפועלת במהירות קבועה מתבצע בדרך כלל על ידי שסתום ביציאה ומוביל לשינוי בתכונת הרשת, וכתוצאה מכך קצב הזרימה QA * <1 תואם ל. נקודת החיתוך עם המאפיין של המשאבה.

אורז. 2. מאפייני Q-H של יחידת השאיבה

באנלוגיה למעגלים חשמליים, ויסות הזרימה דרך שסתום דומה לשליטה בזרם על ידי הגדלת ההתנגדות החשמלית של המעגל. ברור ששיטת בקרה זו אינה יעילה מנקודת מבט אנרגטית, שכן היא מלווה בהפסדי אנרגיה לא פרודוקטיביים באלמנטים המווסתים (נגד, שסתום). אובדן שסתום מאופיין באזור המוצל באיור. 1.

כמו במעגל החשמלי, חסכוני יותר לווסת את מקור האנרגיה ולא את המשתמש בו. במקרה זה, זרם העומס יורד במעגלים החשמליים עקב ירידה במתח המקור. ברשתות הידראוליות ואווירודינמיות, אפקט דומה מתקבל על ידי הפחתת הלחץ שנוצר על ידי המנגנון, שמתממש על ידי הפחתת מהירות האימפלר שלו.

כאשר המהירות משתנה, מאפייני הפעולה של מנגנונים צנטריפוגליים משתנים בהתאם לחוקי הדמיון, בעלי הצורה: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

מהירות אימפלר המשאבה שבה המאפיין שלה יעבור דרך נקודה A:

הביטוי להספק שצורכת המשאבה במהלך ויסות המהירות הוא:

התלות הריבועית של הרגע במהירות אופיינית בעיקר למאווררים, שכן המרכיב הסטטי של הראש שנקבע על ידי הדחף הטבעי קטן משמעותית מ-Hx. בספרות הטכנית, לעתים משתמשים בתלות משוערת של הרגע במהירות, הלוקחת בחשבון תכונה זו של המנגנון הצנטריפוגלי:

M* = ω *n

כאשר n = 2 ב-Hc = 0 ו-nHc> 0. חישובים וניסויים מראים כי n=2 - 5, והערכים הגדולים שלו אופייניים למדחסים הפועלים ברשת עם לחץ אחורי משמעותי.

ניתוח מצבי הפעולה של המשאבה במהירות קבועה ומשתנה מראה שצריכת האנרגיה העודפת ב-ω= const מתבררת כמשמעותית מאוד. לדוגמה, תוצאות החישוב של מצבי ההפעלה של המשאבה עם פרמטרים מוצגות להלן Hx * = 1.2; Px*= 0.3 ברשת עם לחץ אחורי שונה Зс:

הנתונים המפורטים מראים שהכונן החשמלי המבוקר יכול להפחית משמעותית את צריכת החשמל הנצרך: עד 66% במקרה הראשון ועד 41% במקרה השני. בפועל, השפעה זו יכולה להתברר כגבוהה עוד יותר, שכן מסיבות שונות (היעדר או תקלה של שסתומים, הפעלה ידנית), וויסות שסתומים אינו מיושם כלל, מה שמוביל לא רק לעלייה בצריכת החשמל, אלא גם למאמצים ועלויות מוגזמות ברשת ההידראולית.

סוגיות האנרגיה של מנגנונים צנטריפוגליים חד-פעמיים ברשת עם פרמטרים קבועים נדונו לעיל. בפועל, ישנה פעולה מקבילה של מנגנונים צנטריפוגליים ולרשת יש לרוב פרמטרים משתנים. לדוגמה, ההתנגדות האווירודינמית של רשת הכרייה משתנה עם שינוי באורך הקירות, ההתנגדות ההידרודינמית של רשתות אספקת המים נקבעת לפי אופן צריכת המים המשתנה במהלך היום וכו'.

עם פעולה מקבילה של מנגנונים צנטריפוגליים, שני מקרים אפשריים:

1) המהירות של כל המנגנונים מווסתת בו זמנית וסינכרונית;

2) המהירות של מנגנון אחד או חלק מהמנגנונים מווסתת.

אם פרמטרי הרשת קבועים, אז במקרה הראשון כל המנגנונים יכולים להיחשב כמקבילה אחת שעבורה כל היחסים לעיל תקפים. במקרה השני, ללחץ של החלק הבלתי מווסת של המנגנונים יש השפעה זהה על החלק המווסת כמו הלחץ האחורי והוא משמעותי מאוד, ולכן החיסכון בחשמל כאן אינו עולה על 10-15% מההספק הנומינלי של המכונה.

פרמטרי רשת משתנים מסבכים מאוד את ניתוח שיתוף הפעולה של מנגנונים צנטריפוגליים עם הרשת. במקרה זה, ניתן לקבוע את יעילות האנרגיה של כונן חשמלי מבוקר בצורה של אזור שגבולותיו תואמים את ערכי הגבול של פרמטרי הרשת ומהירות המנגנון הצנטריפוגלי.

ראה גם בנושא זה: ממירי תדר VLT AQUA Drive ליחידות משאבה