Меню

570 прямой привод экономит электроэнергию одну минуту

Экономия электроэнергии с помощью частотного преобразователя

Эффективность работы предприятий водоснабжения, отопления, городов и сельских районов может быть существенно повышена за счет автоматизации и внедрения частотно регулируемых электроприводов (ЧРП).

Экономия электроэнергии будет рассмотрена на примере насосного агрегата с ЧП.

При правильном выборе насосного агрегата его расходная характеристика и мощность электродвигателя рассчитаны на обеспечение необходимого давления в системе при максимальном потреблении воды, которое, как известно, приходится на утренние и вечерние часы. Отсюда мы имеем на оставшуюся часть времени избыточное давление в системе.

Регулировать расход можно при полной скорости двигателя, изменяя гидравлическое сопротивление тракта с помощью клапанов или заслонок, однако, дополнительное оборудование, необходимое в этом случае, часто оказывается ненадежным, трудно регулируемым и потребляющим много энергии.

Поэтому наиболее рациональным способом регулирования является снижение частоты вращения приводного двигателя насоса при сохранении неизменной характеристики нагрузки. Динамическое изменение оборотов двигателя становится возможным при использовании датчика давления (датчика обратной связи) и частотного преобразователя (ЧП).

На представленном графике изображены кривые зависимости расхода и энергопотребления. Но для лучшей наглядности можно рассмотреть график тока электродвигателя, на котором представлены кривые тока при использовании ЧРП и при регулировании заслонками (график1).

Они соответствуют кривым расхода воды потребителями в различные периоды времени (график 2).

Понимая, что в разное время суток расход воды, и как следствие — энергопотребление, различаются, мы можем рассчитать экономический эффект от применения ЧРП (см. таблицы).

Расчет эффективности от внедрения системы управления насосами на насосной станции «Сосновская»

Наименование Значение Размерность
Насосный агрегат
Тип насоса К 80–50–200
Номинальный напор 50 М
Номинальная подача 50 М3/ч
Частота вращения 2840 Об./мин.
Потребляемая мощность 15 кВт
Мощность электродвигателя 15 кВт
Ном.ток эл/дв 30 А
Оценка экономии
Стоимость 1 кВт/час 2,28 руб.

Расчет окупаемости

Наименование Кол-во Ед. измерения
Экономия расчетная по сравнению с дросселированием 42 %
Потребление при дросселирование 360 кВт/ч
Экономия при частотном регулировании 151 кВт/ч
Срок окупаемости 0,83 лет
Стоимость шкафа управления с ЧП 120 000 руб.

Взяв данные на момент расчета кВт/ч = 2, 28 руб. и замерив величины энергопотребления с использованием ЧРП и при использовании дроссельной заслонки, мы получим экономию электроэнергии в 42 % при применении преобразователя по сравнению с регулированием заслонкой.

Таким образом, ЧП стоит 31700 руб., и окупается менее чем за 3 месяца, а система (шкаф управления) на основе частотного преобразователя ориентировочной стоимостью в 120 000 руб. окупается менее чем за год и далее работает только на экономию энергии и, как следствие — на экономию денежных средств предприятия.

Помимо прямой экономии мы получим:

  • экономию электроэнергии до 60%;
  • снижение расхода воды до 60% за счет стабилизации давления магистрали;
  • уменьшение износа и увеличение срока службы технологического оборудования, исключение гидравлических ударов;
  • снижение затрат на ремонт.

Для получения всех перечисленных плюсов от использования частотного преобразователя, необходимо правильно выбрать сам преобразователь. Для примера возьмем частотные преобразователи марки HYUNDAI.

Основными критериями выбора являются тип преобразователя частоты и его основные параметры — номинальный ток и мощность. Выбор типа преобразователя частоты зависит от требуемых параметров диапазона регулирования и точности регулирования количества оборотов двигателя.

Исходя из прочих функциональных возможностей — дополнительные протоколы связи, дополнительные входы и выходы – подбирается конкретная модель преобразователя.

Рекомендуемые модели для «насосно-вентиляторной» нагрузки: №50, №100, №700Е (векторное или векторное «бездатчиковое») и №300Р, №500Р (U/F-управление).

Этап первый. Выясняем характер нагрузки и технологический процесс. В нашем случае это насосная нагрузка. Исходя из требований к точности и диапазону регулирования, выбирается тип частотного преобразователя. Для нашего типа нагрузки наиболее подходят два типа управления: векторное без датчика и U/F-управление.

В таблице представлены варианты (типы) управления, использующиеся в частотных преобразователях.

Типы управления в частотных преобразователях

1:100 (при векторном управлении) 1:1000 (с использованием импульсного датчика вращения)

Параметры Векторное без датчика: №50,№100,№700Е U/F-управление (насос): №300Р, №500Р Полное векторное управление с датчиком 700V
Точность поддержания скорости вращения без датчика скорости ± 2-3% ± 0,1% (векторный режим)
Точность поддержания скорости вращения с датчиком скорости ± 0,01% (импульсный датчик, векторный режим)
Диапазон регулирования 1:40 (при управлении U/F) 1:100 (при векторном управлении) 1:40
Возможность управления моментом Нет Нет Есть
Читайте также:  Скальперский привод для квика

Этап второй. После выбора типа частотного преобразователя, нам необходимо выбрать конкретный частотный преобразователь. Для этого необходимо определить выходную мощность и выходной ток частотного преобразователя.

Для стандартных асинхронных электродвигателей, которые работают с полной номинальной нагрузкой:

Для электродвигателей, которые работают с неполной номинальной нагрузкой и для электродвигателей с малыми значениями коэффициента мощности:

Р эд — номинальная мощность электродвигателя, кВт;

Рчп — мощность частотного преобразовател, кВт;

Iном эд — номинальная мощность электродвигателя,А

I раб эд — рабочая мощность электродвигателя, А

U эд — напряжение питания двигателя, В.

Пример. Выбор преобразователя частоты для консольного насоса К 80-50-200.

Тип электродвигателя — низковольтный трехфазный асинхронный, с короткозамкнутым ротором 5АИ 160S2.

Напряжение питания — 380 В.

Коэффициент мощности — 0,89.

В процессе работы насоса двигатель работает с полной номинальной нагрузкой.

Для группы «насосы» целесообразно применение простого векторного и U/F-управления. Нецелесообразно использование ЧП с полным векторным управлением датчиком.

Двигатель работает с полной номинальной нагрузкой, коэффициент мощности двигателя – в рамках стандартного ряда. Поэтому при выборе модели необходимо соблюсти два неравенства:

Таким образом, из линейки преобразователей HYUNDAI, на примере которых мы рассматривали использование ЧРП, наиболее подходящими для данной задачи будут модели №700Е и №300Р.

Г. А. ШУВАЛОВ, менеджер отдела автоматики ГК «Элком»

Источник

Частотно-регулируемый привод на страже экономии электроэнергии

Экология потребления.Усадьба:Статья расскажет о том, как снизить расход электроэнергии уже установленного или еще только планируемого к установке скважинного насоса, объяснит, что такое частотно-регулируемый электропривод, назовет его основные характеристики, преимущества и сферы применения.

Чем больше благ появляется у нас в доме, тем большая нагрузка ложится на плечи энергосистемы. Как следствие, растут платежи за электроэнергию, и многие хозяева стараются любыми способами сократить эту статью расходов, прибегая к различным энергосберегающим технологиям. Бытовая техника с классом энергопотребления не ниже «А», экономичные осветительные приборы и многое другое можно увидеть практически в каждом доме. Однако для загородного жилья с автономным водоснабжением помимо названных способов можно предложить и еще один довольно выгодный метод энергосбережения.

Немалая часть электричества расходуется на перемещение воды и газов в таких устройствах как насосы, вентиляторы, компрессоры. Такое оборудование используют для работы системы теплоснабжения, снабжения питьевой водой (причем не только централизованного, но и индивидуального), функционирования канализации, промышленного перемещения жидкостей и газов.

В большинстве случаев энергия здесь расходуется нерационально. Обусловлено это тем, что потребление в этих системах неравномерно. Оно имеет пики с максимальной нагрузкой, занимающие очень малую часть от времени работы и редко превышающие пару часов за сутки. Именно на эти пики и рассчитано такое оборудование, как насос или нагнетатель. В основном требуется не 100% подача жидкости или газа, а в районе 30–40% от максимально возможной нагрузки. Это легко увидеть на примере пиков водоразбора систем центрального питьевого водоснабжения: утренний и вечерний максимум противопоставлен ночному минимуму. Однако насос продолжает все это время работать на полную мощность и потреблять 100% энергии.

На сегодняшний день уже существует решение этой проблемы — частотно-регулируемый электропривод (ЧРЭП), о нем будет рассказано ниже.

Принципы регулирования потока жидкости без применения ЧРЭП

Для того чтобы оценить пользу от внедрения частотного регулирования, вспомним о повсеместно применяемых методах традиционного снижения подачи жидкости или газа. Для простоты примеры будем приводить на обычном водопроводе со стандартным насосом, оставив в стороне перемещение воздуха, нефти, газов и всевозможных промышленных жидкостей. К слову, принципы будут во многом схожи.

Одним из первых можно рассмотреть регулирование при помощи байпаса. Это обводная линия, представляющая собой ответвление от основного трубопровода, которая возвращает часть уже перекачанной насосом жидкости обратно на подачу того же насоса. Не смотря на возможность довольно точной подстройки системы под заданные параметры расхода воды, КПД у нее невероятно низкий.

Читайте также:  Сальник переднего левого привода сузуки гранд витара

Следующим в этом списке можно рассмотреть регулирование при помощи клапанов и прочих устройств, установленных за насосом и ограничивающих полезное сечение трубопровода. Этот вариант также можно рассматривать, как растрачивающий немалую часть электроэнергии впустую, так как созданный большой напор срезается этими устройствами до необходимого уровня.

Еще один вариант регулирования — периодическая работа насосов. Она предполагает включение оборудования лишь для наполнения резервуаров-аккумуляторов водой, после которого происходит автоматическая остановка. Из описанных выше он имеет, пожалуй, наилучший КПД, однако не лишен и недостатков:

  • постоянные пуски/остановы снижают ресурс оборудования;
  • существует риск гидроудара во время очередного запуска, который может вывести из строя трубопровод;
  • неравномерное давление в сети.

Более надежный вариант — одновременная работа группы насосов. Этот метод предполагает включение резервного агрегата при увеличении водоразбора. Однако и он обладает кучей недостатков. К примеру, при использовании насосов разной мощности и параметров работа всей системы будет нестабильна. Да и стоимость такого метода регулирования достаточно велика, так как предполагает покупку не одной, а сразу нескольких единиц оборудования.

Принцип регулирования потока жидкости с применением ЧРЭП

Регулирование потока жидкости при помощи частотно-регулируемого электропривода призвано снизить процент впустую растраченной энергии во всех сферах где используются электродвигатели, а также имеет место переменная нагрузка.

В состав такого оборудования входит не только рабочий механизм насоса и электродвигатель. Здесь основную роль играет так называемый «частотник», он же преобразователь частоты. Посредством установленных в сети датчиков он реагирует на все изменения и управляет подачей: на его выходе образуется заданное напряжение с определенной амплитудой, которое, в свою очередь, заставляет мотор и, соответственно, рабочий механизм насоса вращаться с определенной (замедленной) скоростью. Так при увеличении расхода до пикового насос заработает с полной отдачей, но сразу же при снижении водоразбора — отреагирует снижением скорости вращения рабочего механизма. И, соответственно, сниженным потреблением энергии.

Следовательно, тот же объем жидкости, доставленный до нужного крана насосом с ЧРЭП, потребует меньше средств, чем израсходует аналогичная схема с постоянной скоростью вращения рабочего механизма оборудования. Это позволяет отказаться от таких малоэффективных методов регулирования как дросселирование или использование байпасов.

Применение ЧРЭП для скважинных насосов

Как уже упоминалось выше, в обычном загородном доме можно также применить технологию частотного регулирования. Есть возможность реализовать ее на системе горячего водоснабжения, отопления или на скважинном насосе. Последний вариант рассмотрим более подробно, так как именно там существует наиболее выраженная и понятная для обычного человека периодичность нагрузки:

  • ночь — минимум, в рассматриваемой ситуации зачастую равный нулю;
  • утро — максимум (умывание, душ, готовка завтрака и тому подобное);
  • день — средняя (стирка, готовка, уборка);
  • вечер — максимум (душ, ванна, приготовление пищи и так далее);
  • ночь — очередной минимум.

Разделение, конечно, условное, однако обладатели загородного жилья иногда очень отчетливо ощущают пики, когда из-за снижения давления в сети вода из крана течет со слабым напором. Чего не наблюдается в другое время суток.

На сегодняшний день возможна не только покупка готового насоса с регулируемым приводом, но и дооснащение уже установленного преобразователем частоты. Последний при использовании совместно со скважинным погружным насосом должен обладать следующим набором функций:

  1. Встроенный ПИД (иногда ПИ, но такие встречаются в продаже реже) регулятор.
  2. Возможность оптимизации энергопотребления, позволяющая нормально снижать напряжение при незначительной нагрузке на привод.
  3. Возможность повторного запуска привода после какого-либо сбоя или ошибки автоматики без участия человека.
  4. Защита двигателя от перегрузки.
  5. Защита двигателя от перегрева.
  6. Защита от короткого замыкания.
  7. Защита насоса от сухого хода, т. е. от работы без воды при падении уровня в скважине ниже всасывающего патрубка. Перекачиваемая жидкость является для агрегата охлаждением и смазкой, поэтому ее отсутствие в работающем насосе приводит к перегреву и быстрому выходу из строя.
  8. «Спящий» режим при использовании преобразователя совместно с насосом, имеющим ограничение на работу при очень низких скоростях.
  9. Архив аварий. Эта опция незаменима при уточнении особенностей работы устройства в конкретных обстоятельствах при неоднократных (периодических) выходах из строя.
  10. Скалярное (вольт-герцовое U/f) или векторное управление для более точной подстройки привода, обеспечивающей нормальную плавную (без рывков) работу механизма.
Читайте также:  Насос привод от колеса

Что касается выбора оборудования, то можно выделить следующие моменты:

  1. При выборе «частотника» следует большее внимание уделять не мощности, а номинальному току, причем должен предусматриваться некоторый запас. Обусловлено это тем, что у погружных электродвигателей номинальный ток несколько выше, нежели у стандартных моделей моторов.
  2. Перегрузочная способность устанавливаемого «частотника» должна быть достаточно большой (свыше 120%), в противном случае этот недостаток необходимо компенсировать мощностью двигателя, которая будет несколько повышена.
  3. В тех случаях, когда преобразователь планируется разместить в неотапливаемом помещении, он должен иметь подходящий рабочий диапазон температур и соответствующий класс защиты.

Помимо основного оборудования следует обратить внимание и на кабель — он должен быть большого сечения для того, чтобы предотвратить потерю напряжения по длине. В качестве дополнительной защиты можно установить моторный дроссель, он дополнительно защитит от больших утечек тока и от срабатывания защиты от перегрузки. Перед инвертором (преобразователем) можно также установить сетевой дроссель, он, в свою очередь, избавит от неполадок при работе от распределительного трансформатора.

Преимущества ЧРЭП помимо экономии энергии

Помимо экономии электроэнергии оснащение насосов регулируемым электроприводом имеет и другие положительные стороны.

Во-первых, значительно, практически вдвое, увеличивается ресурс оборудования, так как снижается количество пусков и остановов.

Во-вторых, можно существенно уменьшить емкость бака-аккумулятора, так как при увеличении расхода насос автоматически начинает работать с большей отдачей. Для того чтобы любой максимум потребления не привел к снижению давления в сети, к установке можно предусматривать и насос с заведомо большей мощностью — расход электроэнергии вырастет незначительно.

Еще один положительный фактор — плавные пуски и остановы, которые сводят на нет вероятность возникновения гидроудара в сети. Как следствие, не только оборудование, но и сам водопровод прослужит дольше обычного.

Фирмы производители и срок окупаемости

На рынке представлены различные производители частотно-регулируемых приводов. Можно увидеть разнообразие продукции именитых фирм мирового класса типа АВВ и SIMENS, и образцы отечественного производства. Стоимость у именитых брендов будет соответствующая, а вот что касается качества, то его вполне реально встретить и у российских фирм.

Что касается сроков окупаемости, то в каждом случае он будет рассчитываться индивидуально. Обычно средства полностью покрываются экономией за срок от полугода до двух лет, но могут быть единичные исключения.

Можно выделить следующую закономерность — чем больше мощность у насоса, тем дороже он будет стоить, соответственно, и частотно регулируемый электропривод к нему будет дороже менее мощного аналога. Но такой насос и электроэнергии потребляет больше — следовательно, экономия при использовании «частотника» будет более значительна и он окупит себя раньше.

Еще один факт: установка частотно-регулируемого электропривода оправдает себя раньше в сети, у которой неравномерность работы более выражена, а пики (максимальная нагрузка) происходят редко и кратковременны.

В заключение хочется отметить, что хорошо было бы применять такой способ регулирования не только в домашних условиях. Для многих предприятий это мероприятие по энергосбережению помогло бы снизить энергоемкость производства продукции. Коммунальное хозяйство тратило бы меньше средств на транспортировку воды в системах отопления и водоснабжения.

К тому же, технология частотного регулирования применима не только на насосах. Она с успехом может использоваться в любых сферах, где применяются электродвигатели: лифты, подъемники, любые гидравлические составляющие механизмов и прочие. Переходя на рациональное расходование электроэнергии, мы снижаем нагрузку на ТЭЦ и АЭС, что в конечном итоге положительно сказывается не только на материальном состоянии государства, но и на экологии региона. опубликовано econet.ru

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:

Источник

Adblock
detector