Материал: Енергозбереження засобами електроприводу

Енергозбереження засобами електроприводу

Енергозбереження засобами електроприводу

РЕФЕРАТ

Пояснювальна записка до курсової роботи: сторінок, 3 рисунки, 14 джерел.

Об’єкт розробки - електричний привід.

Мета роботи - аргументування необхідності застосування напівпровідникових систем та доведення їх досконалості в порівнянні з іншими способами керування.

Метод дослідження та засоби - теоретичний аналіз за допомогою мережі інтернету та науково - технічної літератури і довідників.

Проведенно дослідження в системі частотного керування та вибору частотного перетворювача частоти.

Результати роботи можуть бути основою для побудови реальної системи, електричного приводу, на основі частотного керування. Проведений повний аналіз факторів впливаючих на собівартість модернізації, якість регулювання параметрами електродвигуна, а також відсоток економії електричної енергії.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ПРИВІД, АСИНХРОННІ ДВИГУНИ ЗМІННОГО СТРУМУ, ТИРИСТОРНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЧАСТОТИ, СИСТЕМА КЕРУВАННЯ, ЕКОНОМІЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ, ПЕРЕТВОРЮВАЧИ ЧАСТОТИ З ПОДВІЙНИМ ПЕРЕТВОРЕННЯМ ЕНЕРГІЇ.

ЗМІСТ

ВСТУП

. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА

.1 Характеристика об’єкта дослідження

.2 Обґрунтування мети роботи

. ОСНОВНА ЧАСТИНА

.1 Загальні заходи щодо впровадження енергозберігаючих технологій у електроприводі

.2 Обґрунтування заходів з енергозбереження

.2.1 Особливості економії електроенергії в частотному електроприводi

.2.2 Принцип роботи перетворювача частоти та залежність економії від схеми перетворювача

.2.3 Вплив систем керування ТПЧ на властивості електроприводу

.2.4 Особливості застосування тиристорних перетворювачів

.2.5 Тенденція розвитку частотно - регульованого привода

ВИСНОВКИ

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

ДОДАТОК

енергозберігаючий електропривод перетворювач тиристорний

ВСТУП

На сьогодення енергозбереження посідає важливе місце в кожній родині та в кожному промисловому комплексі або підприємстві. Напротязі цієї роботи я зверну увагу на проблему застарілої промисловості, оскільки вона потребує модернізації для заощадження коштів та підвищення конкурентоздатності і якості виробленого товару. Відповідно до більшості статистичних данних 60 % втрат електроенергії якраз припадає на електричні двигуни, тому найбільшу увагу треба приділити якраз цій сфері промисловості - модернізація структури електричних приводів.

Мета цієї роботи - довести необхідність і актуальність заміни старих систем електричного привода на нові, які за основу беруть напівпровідникові модулі та електростатичні перетворювачі енергії засновані на цих модулях. Напівпровідникові технології постійно розвиваються, але особливу увагу приділяють розвитку частотних перетворювачів енергії, оскільки за допомогою саме їх можна здійснювати якісне і економічне регулювання параметри асинхронного двигуна змінного струму. Проте перетворювачі, як і їх системи керування поділяються на групи. Тому в ході виконання цієї роботи я приділю увагу актуальності вибору тієї чи іншої системи керування або типу перетворювача частоти, оскільки кожна з них має свої переваги і недоліки. Тому правильність вибору залежить конкретно від ситуації і від індивідуальності технологічного процесу в якому буде брати участь модернізований електричний привід.

На данний час модернізація приводів з встановленням частотних перетворювачів стає майже необхідністю, саме в останньому розділі я приділю увагу розвитку напівпровідникових перетворювачів, а саме системи керування. Постійно спостерігається зменшення ціни на силові модулі IGBT. Саме через це з плином часу собівартість перетворювачів частоти зменшується, як і період окупності, тобто актуальність модернізації с кожним днем зростає і зростатиме надалі.

Зокрема окрім економії електричної енергії, тобто коштів, частотні перетворювачі роблять можливим високу точність регулювання частоти обертання валу електродвигуна, а отже і підвищують якість технологічного процесу і одночасно знижують собівартість виробленого товару. Окрім цього частотні перетворювачі зменшують шкідливий вплив перехідних процесів до мінімуму і через це може йти мова про зменшення годин на профілактично- ремонті роботи, тобто зменшиться кількість коштів на експлуатацію електродвигуна.

1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА

.1 Характеристика об’єкта дослідження

Об’єктом мого дослідження являється вдосконалення електричного приводу за допомогою введення напівпровідникових пристроїв для керування електродвигуном. Вході цієї роботи основною метою буде аргументування необхідності введення напівпровідникової продукції, а також доведення їх досконалості в порівнянні з іншими способами керування електродвигунами.

Сучасна проблема енергоспоживання електроприводу загалом полягає у застарілому способі керування електродвигуна або взагалі відсутності впливу на частоту обертання двигуна, а отже і на кількість використовуваної енергії. Електричний привід, який використовується у сучасній промисловості застарілий і найчастіше має досить низький коефіцієнт корисної дії. Тому постає необхідність у модернізації структури електроприводу.

Більшість технологічних процесів потребують необхідності зміни швидкості зупинки, подачі, пересування тощо. Тому постає гостра необхідність в регулюванні частоти обертання. Для вирішення цієї проблеми було знайдено досить багато способів, як для двигунів постійного струму, так і для асинхронних, і синхронних двигунів. Я проведу аналіз способів керування, які є на даний момент вже не актуальними, проте до сих пір використовуються на підприємстві. Аналізуватиму способи керування для асинхронного двигуна та двигуна постійного струму з паралельним збудженням, так як саме ці двигуни найчастіше зустрічаються на практиці.

Способи регулювання швидкості обертання валу двигунів постійного струму послідовного збудження:

введення додаткового опору у коло якорю. Цей спосіб забезпечує плавне регулювання в широких межах, проте не відзначається економічністю. Втрати електроенергії прямо пропорційні квадрату струму якоря помноженого на опір регулюючого реостату. Тобто можна побачити, що при збільшенні потужності електродвигуна збільшується струм якоря, тобто збільшуються втрати при керуванні швидкістю саме таким способом;

зміна основного магнітного потоку. Цей спосіб регулювання реалізується за допомогою введення реостату у коло збудження. Недоліки пов’язані також з втратою на нагрів реостату, а також невеликий діапазон регулювання.

Способи регулювання швидкості обертання валу асинхронних двигунів:

регулювання за допомогою зміни напруги поданої на обмотку статора. Цей спосіб реалізується за допомогою автотрансформаторів, реакторів. Недоліками є вузький діапазон регулювання и неекономічність ( необхідність у додаткових пристроях);

регулювання за допомогою порушення симетрії підведеної напруги. При порушенні симетрії поле статор приймає еліптичну форму, через що частота обертання зменшується. Недоліками являється вузький діапазон регулювання і зменшення коефіцієнту корисної дії. Втрати електричної енергії при регулюванні даним способом прямо пропорційно залежать від потужності двигуна. Тому цей спосіб однозначно недосконалий для двигунів середньої і великої потужності;

регулювання за допомоги змінення активного опору у колі ротора. Недоліки цього способу керування полягає у втраті енергії на нагрів реостатів. Регулювання відбувається у відносно вузьких межах. Не має плавності регулювання;

зміною кількості пар полюсів. Недоліки цього способу керування це у першу чергу конструктивна складність виконання двигунів. А по друге вузький діапазон регулювання.

Тобто можна побачити, що всі перераховані методи керування, як двигунів постійного струму, так і асинхронних двигунів мають свої недоліки. Одним з недоліків старих способів керування також є використання електромашинних перетворювачів.

Електромашинні перетворювачі - це електромеханічні перетворювачі енергії, які здатні змінювати величину, частоту, фази струму. Недоліки електромашинних перетворювачі очевидні, оскільки це як масо габаритність так і зменшення коефіцієнту корисної дії (сумарний коефіцієнт корисної дії системи буде дорівнювати добутку окремих коефіцієнтів електричних двигунів). Окрім цього кожен тип електромашинних перетворювачів має свої власні типові недоліки. Наприклад, електромашинний перетворювач частоти збільшує використання електричної енергії при збільшенні вихідної частоти, що призводить до зменшення коефіцієнту корисної дії електромашинного перетворювача і системи електроприводу загалом.

Недоліки використання застарілих способів регулювання очевидні і потребують модернізації способів керування, що призвело б до зменшення енерговитрат.

.2 Обґрунтування мети роботи

Споживання енергії завдає шкоду довкіллю. Зрозуміло, що людство не в змозі відмовитись від сучасних технічних досягнень. Але ми можемо не витрачати енергію даремно і цим зменшувати наш негативний вплив на довкілля.

Розвиток України у великій мірі залежить від розвитку енергоефективності промисловості. Сучасний етап розвитку України характеризується гострим енергодефіцитом, оскільки потреба у використанні паливо - енергетичних ресурсів за рахунок їх видобутку задовольняється менше, ніж на 50%. Проте не зважаючи на те, що Україна відноситься до енергодефіцитних країн вона має діючий, потужний, високо розвинутий електроенергетичний комплекс із повним технологічним циклом вироблення, розподілу і збуту електричної енергії. Україна повністю може задовольняти свої потреби в електроенергії, але необхідність електрозбереження не зникає, оскільки, як і кожна система, система електроенергетики має свої проблеми і недоліки.

Технічна база більшості підприємств, що виробляють електроенергію, характеризуються застарілим і зношеним устаткуванням. Ступінь зносу обладнання в електроенергетиці України перевищує 50 відсотків. Також однією з проблем енергосистеми України є відсутність маневрових потужностей, які б дозволили покривати попит на електричну енергію під час пікових навантажень. Тому питання впровадження енергозберігаючих технологій актуальне і впровадження цих технологій може призвести до економії великої суми коштів.

Мета цієї роботи - це модернізація структури керування електричним приводом, з метою заощадження електричної енергії. Підвищення енергоефективності зараз є, поряд з інформатизацією й комп’ютерізацією, одним з основних напрямків технічної політики у всіх розвинених країнах світу. Істотною складовою цієї проблеми є енергозбереження електричної енергії. Енергозбереження зводиться до зниження марних витрат енергії.

Енергозбереження - це комплекс заходів, спрямованих на раціональне використання енергетичних ресурсів. У результаті проведення цих заходів знижується потреба в паливо - енергетичних ресурсах на одиницю кінцевого продукту і зменшується шкідливий вплив на навколишнє середовище. Аналіз структури втрат у сфері виробництва, розподілу й споживання електроенергії показує, що визначальна частка втрат, а саме до 90 відсотків, доводиться на сферу енергоспоживання, тоді як втрати при передачі електричної енергії становлять лише 9 - 10 відсотків. Тому основні зусилля по енергозбереженню повинні бути сконцентровані саме в сфері споживання електроенергії.

Основним споживачем електроенергії є електропривод. Саме електропривод споживає більше ніж 60 відсотків від усієї споживаної енергії. Тому саме на нього звернена головна увага світової технічної громадськості, що працює в сфері енергозбереження.

Багато фахівців вважають, що економічний потенціал енергозбереження в електроприводі практично вичерпний, якщо розглядати індивідуальні компоненти електропривода, то вони вже досить досконалі. Разом з тим залишається величезний потенціал по вдосконаленню проектування систем і оптимізацію їхніх параметрів у цілому. Радикальний спосіб енергозбереження в електроприводі - це перехід від нерегульованого електропривода до регульованого. Проте більшість способів мають досить невеликий коефіцієнт корисної дії, розгляд цих способів керування приводиться у пункті 1.1. Тому потенцій спосіб енергозбереження технічно може бути реалізований за допомогою напівпровідникової продукції, та пристроїв побудованих на напівпровідникових елементах, а саме регуляторами напруги та перетворювачами частоти.

2. ОСНОВНА ЧАСТИНА

.1 Загальні заходи щодо впровадження енергозберігаючих технологій у електроприводі

Енергозберігаючі технології - це досить перспективний напрям розвитку енергозбереження. Економія енерговитрат може досягатися різними способами, такими як:

досконалість вибору двигуна в нерегульованому електричному приводі для окремого технологічного процесу. Економія очевидна, оскільки при виборі двигуна заниженої потужності він дуже швидко вийде із строю, а при виборі двигуна із завищеною потужністю перетворювання енергії буде неефективним, тобто з високими втратами и низькими коефіцієнтом корисної дії, до того ми будемо занижувати  при використанні асинхронних двигунів;

перехід на енергозберігаючі двигуни. Економія досягається за допомогою збільшення маси активних матеріалів, тобто за допомогою більш досконалої конструкції електродвигуна. Збільшення коефіцієнта корисної дії досягає приблизно 5 відсотків. Залежність збільшення коефіцієнта корисної дії,  від збільшення потужності і типу електродвигуна наведена на рисунку 2.1;

Рисунок 2.1 - Залежність збільшення коефіцієнта корисної дії,  від збільшення потужності і типу електродвигуна

усунення проміжних передач. Економія досягатиметься за рахунок усунення механічних регуляторів, таких як: варіатор, муфта, редуктор і так далі. Оскільки коефіцієнт корисної дії системи дорівнює добутку коефіцієнтів кожного елементу. Тобто чи менше елементів має система тим більше її коефіцієнт корисної дії;

вибір раціональних режимів роботи і експлуатації електроприводу. Сюди відноситься також використання синхронних компенсаторів, для компенсації реактивної енергії. Також відноситься і введення систем регулювання електричним приводом, оскільки при можливості регулювання частотою обертання електричного двигуна стає можливим підтримування коефіцієнту корисної дії на високому рівні при зміні навантаження;

вибір досконалого способу керування електричним приводом. Аналіз технологічного процесу і визначення необхідності регулювання та межі регулювання дозволяють обрати спосіб, який матиме найбільшу економічну ефективність, тобто мінімальну вартість встановлення і максимально великий коефіцієнт корисної дії. Компроміс досягається при виборі способів керування на підставі напівпровідникової продукції. Використання перетворювачів частоти та регуляторів напруги дає можливість максимально точного регулювання швидкості у широких межах і забезпечує найбільший коефіцієнт корисної дії в порівнянні з іншими способами керування та електромашинними перетворювачами.

Тобто можна побачити, що актуальним напрямом по енергозбереженню є саме розвиток перетворювачів частоти, саме через це постійно зростає відсоток асинхронних двигунів у порівнянні з двигунами постійного струму. Розвиток напівпровідникової продукції доводить досконалість частотного керування асинхронного електродвигуна.

2.2 Обґрунтування заходів з енергозбереження

.2.1 Особливості економії електроенергії в частотному електроприводі

Асинхронний двигун з короткозамкненим ротором є сьогодні наймасовішим і одним із найбільш надійних пристроїв для приводів різних машин і механізмів. Але у кожної медалі є й зворотній бік. Два основних недоліки асинхронного двигуна - це неможливість простого регулювання швидкості обертання ротора, дуже великий пусковий струм - у п’ять разів перевищуючий номінальний. Якщо використовувати тільки механічні пристрої регулювання, то зазначені недоліки призводять до великих енергетичних втрат і до ударних механічних навантажень. Це вкрай негативно позначається на терміні служби устаткування.