Федеральное
государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего
профессионального образования
«Уфимский
государственный нефтяной технический
университет»
Кафедра
«Промышленная теплоэнергетика»
Реферат на
тему:
«Использование
ЧРП для насосов.
Экономический
эффект»
Выполнил
студент гр. ТЭ-10-01
Курбанаев А.А.
Проверил
доцент
Хафизов Ф.М.
2013
Содержание
- Введение
- Структура
частотного преобразователя. Принцип действия
- Применение
преобразователей частоты на насосных
станциях
- Экономический
эффект
- Вывод
- Список
литературы
Введение.
Одним из источников уменьшения экономических
затрат и установки оптимальных режимов
работы системы водоснабжения в многоэтажных
домах для управляющих компаний в ЖКХ
является внедрение автоматизированных
систем подкачки воды с использованием
частотных преобразователей. Практика
использования частотных преобразователей
показывает, что срок окупаемости их внедрения
составляет менее одного года. Реализация
данного проекта позволяет достичь двух
основных целей: снизить расход электроэнергии,
воды и тепла и значительно снизить вероятность
аварий в системах холодной и горячей
воды у потребителей, а также на сетях.
Наибольший эффект от внедрения данного
мероприятия прослеживается при установке
ЧРП на насосы горячего и холодного водоснабжения
ТП, поскольку их режимы работы отличаются
наибольшей нерегулярностью.
В качестве причин, согласно которым
предлагаемое мероприятие до сих пор не
реализуется на объектах ЖКХ России в
массовом масштабе во всех регионах, можно
назвать следующие:
- сокращение и низкий уровень
заработной платы работников
ЖКХ привело к тому, что эксплуатация
систем теплоснабжения свелась
только к поддержанию их жизнедеятельности.
- повсеместно наблюдается отсутствие
средств для оптимизации режимов теплоснабжения;
все имеющиеся средства, как правило, направляются
на оплату долгов, топлива и электроэнергии,
а остаток на крайне необходимые
ремонтные работы.
На сегодняшний день единственной эффективной
мерой для развития данного мероприятия
и других энергосберегающих мероприятий
в масштабах страны остается распространение
информации рекламного характера. Источниками
являются, как правило, энергоаудиторские
фирмы и производители ЧРП.
Так как установка ЧРП является мероприятием
с малым сроком окупаемости, внедрение
данного мероприятия не требует во многих
случаях бюджетного финансирования со
стороны администраций городов.
Структура частотного преобразователя
Большинство современных преобразователей
частоты построено по схеме двойного преобразования.
Они состоят из следующих основных частей:
звена постоянного тока (неуправляемого
выпрямителя), силового импульсного инвертора
и системы управления.
Звено постоянного тока состоит из неуправляемого
выпрямителя и фильтра. Переменное напряжение
питающей сети преобразуется в нем в напряжение
постоянного тока.
Силовой трехфазный импульсный инвертор
состоит из шести транзисторных ключей.
Каждая обмотка электродвигателя подключается
через соответствующий ключ к положительному
и отрицательному выводам выпрямителя.
Инвертор осуществляет преобразование
выпрямленного напряжения в трехфазное
переменное напряжение нужной частоты
и амплитуды, которое прикладывается к
обмоткам статора электродвигателя.
В выходных каскадах инвертора в качестве
ключей используются силовые IGBT-транзисторы.
По сравнению с тиристорами они имеют
более высокую частоту переключения, что
позволяет вырабатывать выходной сигнал
синусоидальной формы с минимальными
искажениями.
Принцип работы преобразователя частоты
Преобразователь частоты состоит из неуправляемого
диодного силового выпрямителя В, автономного
инвертора , системы управления ШИМ, системы
автоматического регулирования, дросселя
Lв и конденсатора фильтра Cв (рис.1). Регулирование
выходной частоты fвых. и напряжения Uвых
осуществляется в инверторе за счет высокочастотного
широтно-импульсного управления.
Широтно-импульсное
управление характеризуется периодом
модуляции, внутри которого обмотка
статора электродвигателя подключается
поочередно к положительному
и отрицательному полюсам выпрямителя.
Длительность этих состояний внутри периода
ШИМ модулируется по синусоидальному
закону. При высоких (обычно 2…15 кГц) тактовых
частотах ШИМ, в обмотках электродвигателя,
вследствие их фильтрующих свойств, текут
синусоидальные токи.
Таким образом, форма кривой выходного
напряжения представляет собой высокочастотную
двухполярную последовательность прямоугольных
импульсов (рис. 2). Частота импульсов определяется
частотой ШИМ, длительность (ширина) импульсов
в течение периода выходной частоты АИН
промодулирована по синусоидальному закону.
Форма кривой выходного тока (тока в обмотках
асинхронного электродвигателя) практически
синусоидальна.
Регулирование выходного напряжения инвертора
можно осуществить двумя способами: амплитудным
(АР) за счет изменения входного напряжения
Uв и широтно-импульсным (ШИМ) за счет изменения
программы переключения вентилей V1-V6 при
Uв = const.
Второй способ
получил распространение в современных
преобразователях частоты благодаря
развитию современной элементной
базы (микропроцессоры, IBGT-транзисторы).
При широтно-импульсной модуляции
форма токов в обмотках статора
асинхронного двигателя получается
близкой к синусоидальной благодаря
фильтрующим свойствам самих обмоток.
Такое управление позволяет
получить высокий КПД преобразователя
и эквивалентно аналоговому управлению
с помощью частоты и амплитуды напряжения.
Современные инверторы выполняются на
основе полностью управляемых силовых
полупроводниковых приборов – запираемых
GTO – тиристоров, либо биполярных IGBT-транзисторов
с изолированным затвором. На рис. 3 представлена
3-х фазная мостовая схема автономного
инвертора на IGBT-транзисторах.
Она состоит из входного емкостного фильтра
Cф и шести IGBT-транзисторов V1-V6 включенными
встречно-параллельно диодами обратного
тока D1-D6.
За счет поочередного переключения вентилей
V1-V6 по алгоритму, заданному системой управления,
постоянное входной напряжение Uв преобразуется
в переменное прямоугольно-импульсное
выходное напряжение. Через управляемые
ключи V1-V6 протекает активная составляющая
тока асинхронного электродвигателя,
через диоды D1-D6 – реактивная составляющая
тока.
И
– трехфазный мостовой инвертор;
В – трехфазный мостовой выпрямитель;
Сф
– конденсатор фильтра;
Применение
преобразователей частоты на насосных
станциях
Классический метод управления подачей
насосных установок предполагает дросселирование напорных
линий и регулирование количества работающих
агрегатов по какому-либо техническому
параметру (например, давлению в трубопроводе).
Насосные агрегаты в этом случае выбираются
исходя из неких расчётных характеристик
(как правило, с запасом по производительности)
и постоянно функционируют с постоянной
частотой вращения, без учета изменяющихся
расходов, вызванных переменным водопотреблением.
При минимальном расходе насосы продолжают
работу с постоянной частотой вращения,
создавая избыточное давление в сети (причина
аварий), при этом бесполезно расходуется
значительное количество электроэнергии.
Так, к примеру, происходит в ночное время
суток, когда потребление воды резко падает.
Основной эффект достигается не за счет
экономии электроэнергии, а благодаря
существенному уменьшению расходов на
ремонт водопроводных сетей.
Появление регулируемого электропривода
позволило поддерживать постоянное давление
непосредственно у потребителя. Широкое
применение в мировой практике получил
частотно регулируемый электропривод
с асинхронным
электродвигателем общепромышленного
назначения. В результате адаптации общепромышленных
асинхронных двигателей к их условиям
эксплуатации в управляемых электроприводах
создаются специальные
регулируемые асинхронные двигатели с
более высокими энергетическими и массогабаритностоимостными
показателями по сравнению с неадаптированными.
Частотное регулирование скорости вращения
вала асинхронного двигателя осуществляется
с помощью электронного устройства, которое
принято называть частотным преобразователем.
Вышеуказанный эффект достигается путём
изменения частоты и амплитуды трёхфазного
напряжения, поступающего на электродвигатель.
Таким образом, меняя параметры питающего
напряжения (частотное управление), можно
делать скорость вращения двигателя как
ниже, так и выше номинальной. Во второй
зоне (частота выше номинальной) максимальный
момент на валу обратно пропорционален
скорости вращения.
Метод преобразования частоты основывается
на следующем принципе. Как правило, частота
промышленной сети составляет 50 Гц. Для
примера возьмём насос с двухполюсным
электродвигателем. С учетом скольжения
скорость вращения двигателя составляет
около 2800 (зависит от мощности) оборотов
в минуту и даёт на выходе насосного агрегата
номинальный напор и производительность
(так как это его номинальные параметры,
согласно паспорту). Если с помощью частотного
преобразователя понизить частоту и амплитуду
подаваемого на него переменного напряжения,
то соответственно понизятся скорость
вращения двигателя, и, следовательно,
изменится производительность насосного
агрегата. Информация о давлении в сети
поступает в блок частотного преобразователя
от специального датчика
давления, установленного у потребителя,
на основании этих данных
преобразователь соответствующим
образом меняет частоту, подаваемую на
двигатель.
Современный преобразователь
частоты имеет компактное исполнение,
пыле- и влагозащищённый корпус, удобный
интерфейс, что позволяет применять его
в самых сложных условиях и проблемных
средах. Диапазон мощности весьма широк
и составляет от 0,18 до 630 кВт и более при
стандартном питании 220/380 В и 50-60 Гц. Практика
показывает, что применение частотных
преобразователей на насосных станциях
позволяет:
экономить
электроэнергию (при существенных изменениях
расхода), регулируя мощность электропривода в
зависимости от реального водопотребления
(эффект экономии 20-50 %);
снизить
расход воды, за счёт сокращения утечек
при превышении давления в магистрали,
когда расход водопотребления в действительности
мал (в среднем на 5 %);
уменьшить
расходы (основной экономический эффект)
на аварийные ремонты оборудования (всей
инфраструктуры подачи воды за счет резкого
уменьшения числа аварийных ситуаций,
вызванных в частности гидравлическим
ударом, который нередко случается в
случае использования нерегулируемого
электропривода (доказано, что ресурс
службы оборудования повышается минимум
в 1,5 раза);
достичь
определённой экономии тепла в системах
горячего водоснабжения за счёт снижения
потерь воды, несущей тепло;
увеличить
напор выше обычного в случае необходимости;
комплексно
автоматизировать систему водоснабжения,
тем самым снижая фонд заработной платы
обслуживающего и дежурного персонала,
и исключить влияние «человеческого фактора»
на работу системы, что тоже немаловажно.
По имеющимся данным срок окупаемости
проекта по внедрению преобразователей
частоты составляет от 3 месяцев до 1 года.
Экономический
эффект
Применение регулируемого электропривода
обеспечивает энергосбережение и позволяет
получать новые качества систем и объектов.
Значительная экономия электроэнергии
обеспечивается за счет регулирования
какого-либо технологического параметра.
Если это транспортер или конвейер, то
можно регулировать скорость его движения.
Если это насос или вентилятор – можно
поддерживать давление или регулировать
производительность. Если это станок,
то можно плавно регулировать скорость
подачи или главного движения.
Особый экономический эффект от использования
преобразователей частоты дает применение
частотного регулирования на объектах,
обеспечивающих транспортировку жидкостей.
До сих пор самым распространённым способом
регулирования производительности таких
объектов является использование задвижек
или регулирующих клапанов, но сегодня
доступным становится частотное регулирование
асинхронного двигателя, приводящего
в движение, например, рабочее колесо насосного
агрегата или вентилятора.
Перспективность частотного регулирования наглядно
видна из рисунка 4