Неувязка сбережения энергии в насосах
Электроприводы потребляют до 65% электроэнергии и производят фактически все технологические процессы, связанные с движением. Считается, что сейчас сберечь единицу энергетических ресурсов, к примеру 1 т горючего в условном исчислении, в два раза дешевле, чем ее добыть.
Если в нерегулируемом электроприводе доминировал и продолжает доминировать асинхронный движок, то в регулируемом приводе до недавнешнего времени применялся практически только движок неизменного тока. В последние годы, в связи с возникновением надежных и применимых по стоимости преобразователей частоты, ситуация кардинально поменялась. В Европе к 2000 году только 15% регулируемых электроприводов укомплектовано движками неизменного тока. Потому животрепещуще рассматривать делему сбережения энергии приемущественно применительно к асинхронному электроприводу, в том числе частотно-регулируемому. В мировой практике сложилось несколько главных направлений решения обозначенной трудности.
Энергоэффективные движки (ЭД) — это асинхронные ЭД с короткозамкнутым ротором, в каких за счет роста массы активных материалов, их свойства, также за счет особых приемов проектирования удается поднять на 1-2% (массивные движки) либо на 4-5% (маленькие движки) номинальный КПД при неком увеличении цены мотора. Этот подход может приносить пользу, если нагрузка изменяется не достаточно, регулирование скорости не требуется и движок верно избран.
Верный выбор мотора по мощности для определенного технологического процесса. Понятно, что средняя загрузка электродвигателя (отношение мощности, потребляемой рабочим органом машины к номинальной мощности электродвигателя) в российскей индустрии составляет 0,3-0,4 (в европейской практике данная величина составляет 0,6) . Это означает, что движок работает с КПД существенно ниже номинального. Завышенная «на всякий случай» мощность мотора нередко приводит к неприметным на 1-ый взор, но очень значимым отрицательным последствиям в обслуживаемой электроприводом технологической сфере, к примеру, к лишнему напору в гидравлических сетях, связанному с ростом утрат, понижению надежности и т.п. Применение фильтрокомпенсирующих устройств в цепи питания электропривода с целью увеличения коэффициента мощности и фильтрации высших гармоник тока. В нерегулируемом электроприводе с асинхронным движком, работающем часть цикла вхолостую, — понижение напряжения при уменьшении нагрузки.
Вышеуказанные направления касаются сбережения энергии фактически в приводе и преследуют цель уменьшить утраты на преобразование электронной энергии в механическую и повысить энерго характеристики электропривода. Автоматический электропривод дает более широкие способности по сбережению энергии прямо до сотворения новых энергосберегающих технологий.
Потому основной путь сбережения энергии средствами электропривода — это подача в каждый момент времени конечному потребителю нужной мощности как раз тогда. Это может быть достигнуто средством управления координатами (т.е. скоростью и моментом) электропривода в регулируемом электроприводе. Этот процесс стал в последние годы главным в развитии электропривода, и ожидается, что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому в разработках, где это требуется, позволит уменьшить до 30% электроэнергии.
Остановимся подробнее на неких направлениях.
Энергоэффективные движки — это, быстрее, чисто западное явление. В Рф пока такие движки не пользуются спросом. Но работы в этом направлении ведутся, а именно по понижению утрат на остывание и в подшипниках. Верный выбор мотора по мощности связан сначала с тем, что ранее при проектировании стремились «подстраховаться», и нередко установленная мощность мотора превосходила требуемую, так как задачки экономии энергоресурсов не было. В текущее время эта задачка имеется, и может быть два похода к ее решению.
Повышение нагрузки рабочих машин.
Повышение средней нагрузки рабочих машин понижает удельные расходы электроэнергии.
На рисунке видно, что при уменьшении нагрузки понижается КПД электродвигателя и в особенности рабочей машины.
Специально разглядим выбор мотора для насоса, так как эта одна из категорий массового внедрения асинхронных движков и одна из категорий массового несоответствия установленной мощности требуемой. Как понятно, мощность электродвигателя для насоса рассчитывается по формуле, кВт:
где Q — подача насоса, м /ч;
η — коэффициент припаса мощности ( при Q≤100 м/ч, η=1,2-1,3; при Q <100 м3/ч, η=1,1-1,5);
Н — полный напор с учетом высоты всасывания, м;
η н — КПД насоса, %;
η п — КПД передачи, %;
ϒ — плотность воды, кг/м3.
Удельный расход электроэнергии для хоть какого режима работы насоса, кВт·ч/м3:
где
Н — действительный напор, развиваемый насосом при данном режиме, м. вод. ст.,
η dη н — КПД э/дв. и насоса при данном режиме.
Лучший выбор электродвигателя считается в этом случае, когда при наименьшем удельном расходе электроэнергии на подачу воды достигается требуемая подача и напор насоса. Подача и напор зависят от черт системы водоснабжения, где установлен насос, потому паспортные данные избранного насоса должны очень совпадать с сопротивлением трубопроводов системы водоснабжения.
Остановимся подробнее на сопоставлении с другими методами сбережения энергии.
Изменение (регулирование) режима работы насоса осуществляется:
— напорной либо приемной задвижкой;
— конфигурацией числа работающих насосов;
— конфигурацией частоты вращения электродвигателя (при помощи ПЧ).
Анализ:
— при регулировании задвижкой с уменьшением расхода воды КПД насоса миниатюризируется, а значение напора вырастает. Как следует, с уменьшением расхода воды удельный расход электроэнергии стремительно растет;
— если числом насосов, то КПД мотора и насоса постоянно. Напор из-за уменьшения расхода и утрат в сети понижается; удельные расходы электроэнергии также понижаются; при частотном регулировании электродвигателя КПД насоса и электродвигателя с уменьшением расхода понижаются, напор также понижается.
Удельные расходы электроэнергии меняются некординально.
Т.о. более экономно — изменение числа работающих насосов; дальше — частотное регулирование насосов.
При всем этом в системах с преобразованием резкопеременных расходов рациональнее регулировать частотой.
В системах с неизменным расходом более правильно — числом насосов.
Внедрение задвижек — для маленьких насосов, также когда регулирование делается в течение маленького числа часов в году.
И.В. Осин