VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Ключевые слова: частотно-регулируемый привод, преобразователь частоты, насосная станция.

Применение частотно-регулируемых приводов (ЧРП) на основе асинхронных короткозамкнутых электродвигателей и полупроводниковых преобразователей частоты – это одно из направлений в области энергосберегающих технологий последних лет. На данном этапе развития технологий становится все более актуально применение ЧРП, так как это снижает потребление электрической энергии, повышает степень автоматизации, увеличивается удобство эксплуатации оборудования и качество технологических процессов. Они используются в качестве приводов вспомогательных устройств, обслуживающих основное технологические оборудование и производственные процессы, в основном это вентиляторы и насосы. Частотно-регулируемый привод – система управления частотой вращения ротора асинхронного (синхронного) электродвигателя. Состоит из электродвигателя и частотного преобразователя.

Преобразователь частоты (ПЧ) – устройство, состоящее из инвертора (преобразователя, иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемой частоты и амплитуды и выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный. Преобразователи частоты применяются в:судовом электроприводе большой мощности, прокатных станах (синхронная работа клетей), высокооборотном приводе вакуумных турбомолекулярных насосов (до 100.000 об/мин.), конвейерных системах, резательных автоматах, автоматически открывающихся дверях, городском электротранспорте, особенно в троллейбусах. Наибольший экономический эффект даёт применение ЧРП в системах вентиляции, кондиционирования и водоснабжения [8].

Преобразователи частоты рекомендуют использовать совместно с опциональными устройствами (дополнительными). Опциональные устройства, в зависимости от их назначения, устанавливаются как в силовые цепи преобразователя, так и в цепи управления. К устройствам, устанавливаемым в силовую цепь, относятся: реакторы переменного и постоянного тока, входные и выходные фильтры, тормозные резисторы. ПЧ имеет ряд встроенных защитных функций для работы с насосами – обнаружение утечек, защита от сухого хода и др. Их использование позволяет добиться увеличения надежности работы всей системы. Снижение риска порыва трубопроводной сети достигается за счёт автоматического поддержания давления в заданных пределах [6].

Внедрение ЧРП на насосные станции позволит существенно снизить потребляемую электроприводом электроэнергию. Также технико-экономические показатели ЧРП, такие как: плавный пуск насосов (отсутствие гидравлических ударов в трубопроводе, снижение напора), высокая надежность работы насосных агрегатов, автоматизация и диспетчерское управление, полная электрическая защита электродвигателя, и т.д., что в отдельных случаях имеет особое значение по отношению к прямой экономии. Частотно-регулируемый электропривод позволяет оптимизировать характеристики трубопроводной сети (давление, расход или температура) в соответствие с текущими требованиями, экономию тепла в системах горячего водоснабжения за счет снижения потерь и постоянной циркуляции воды, продлить ресурс теплофикационного и электротехнического оборудования, уменьшить затраты на ремонтные работы [4].

У ЧРП есть два свойства, которые определяют преимущества его использования: возможность регулирования в широких пределах скорости

двигателя и снижение пускового тока практически до номинального. Применение регулируемого электропривода позволяет получить экономию энергии от 35 до 65%. Одновременно экономится вода до 15% [2].

Сбережение энергии происходит путем устранения непроизводительных затрат в заслонах, дросселях и других регулирующих устройствах. При замене нерегулируемого привода, работающего в режиме периодических пусков/остановок, на регулируемый, исключаются потери на высокие пусковые токи за счет плавного пуска электродвигателя. Обороты электродвигателя могут плавно изменяться для обеспечения поддержания производительности насосного агрегата, требуемой в данный момент. Использование регулируемого электропривода в системах водоснабжения позволяет изменять производительность насосов в соответствии с графиком водоразбора, что в свою очередь позволяет получить значительную экономию электроэнергии и воды, уменьшить количество аварий из-за разрывов трубопровода [5].

Следующей отличительной чертой ПЧ является развитая система взаимодействия с другими устройствами автоматики и выполнение большого количества дополнительных функций. Кроме функции регулирования большинство современных ПЧ обеспечивают: комплексную электрическую защиту электродвигателей; управление работой по сигналам от внешних устройств автоматики; сигнализацию режимов работы и возникновения аварий; передачу данных по цифровому интерфейсу; управление работой нескольких двигателей (специальные серии ПЧ).

Главный недостаток специализированных ЧРП заключается в том, что они не генерируют сигнал аварии, при аварийном отключении электродвигателей, запитанных от преобразователя и о выводе их из автоматического режима. Выходные реле для сигнализации аварии каждого насоса попросту отсутствуют. Имеющиеся реле используются для управления коммутационными аппаратами, а по общему сигналу аварии нет возможности идентифицировать вышедший из строя насосный агрегат, кроме того данный сигнал снимается автоматически при переключении на другой насос [1].

Заключение. В условиях сложившейся ситуации энергодефицита следует уделять большее внимание мерам принудительного характера в отношении энергоснабжающих компаний в плане внедрения ЧРП и других энергосберегающих мероприятий. Выделение бюджетных средств для проведения энергетических обследований объектов ЖКХ и надзор за их проведением позволит более успешно проводить массовое внедрение энергосберегающих мероприятий [9-17]. Внедрение ЧРП, обычно, окупается в течение 2-5 лет, но в зависимости от задачи и мощности оборудования, сроки могут значительно колебаться в разные стороны.

Список литературы:

1. Барутсков И.Б., Вдовенко С.А., Цыганков Е.В. Гармонические искажения при работе преобразователей частоты // Главный энергетик, 06.2011, С.5-15

2. Беспалов В. Я. Перспективы создания отечественных электродвигателей нового поколения для частотно-регулируемого электропривода // АЭП-2004, Магнитогорск,14-17 сентября 2004 г., С.24-31

3. Виноградов А.Б., Сибирцев А.Н., Колодин И.Ю.: Автоматизация насосной станции с применением частотно-регулируемого электропривода // Силовая электроника №2'2006

4. Карелин В.Я., Минаев А.В. Насосы и насосные станции - Учебник. Издание второе, переработанное и дополненное - Стройиздат, 1986

5. Лезнов Б. С.Частотно-регулируемый электропривод насосных установок. — М.: Машиностроение, 2013. - 176 с., ил..

6. Лиходедов А.Д., Портнягин Н.Н. Применение модальных регуляторов в промышленных объектах водоснабжения // Природные ресурсы, их современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование. II Всероссийская научно-практическая конференция (15-18 марта 2011 г.)/ Отв. за вып. Н.Г. Клочкова. – Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2011. – 282 с., С. 47-53.

7. Лобачев П. В. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат. 1990

8. Коротко о частотно-регулируемом приводе [Электронный ресурс]; URL:http://energosberezhenie.ru/product_9.html

9. Саввинов П.В., Семёнов А.С. Модификация электроприводов насосов малой мощности на горных предприятиях // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 232.

10. Саввинов П.В., Семёнов А.С. Модификация электроприводов насосов малой мощности на горных предприятиях // В сборнике: Студенческий научный форум материалы VI Международной студенческой электронной научной конференции: электронный ресурс, 2014. URL: http://www.scienceforum.ru/2014/422/4147 (дата обращения: 03.03.2014).

11. Саввинов П.В., Семёнов А.С. Обзор вентильно-реактивных двигателей // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 342-344.

12. Саввинов П.В., Семёнов А.С. Обзор вентильно-реактивных двигателей // В сборнике: Студенческий научный форум Материалы V Международной студенческой электронной научной конференции: электронная научная конференция (электронный сборник). Российская Академия Естествознания, 2013. URL: http://www.scienceforum.ru/2013/210/2632 (дата обращения: 12.02.2013).

13. Семёнов А.С. Сравнение нефтяных насосов и их электроприводов // В сборнике: Студенческий научный форум - 2015 Электронное издание, 2015. URL: http://www.scienceforum.ru/2015/902/16183 (дата обращения: 08.03.2015).

14. Семёнов А.С. Применение системы электропривода с преобразователем частоты и автономным инвертором напряжения на проходческом комбайне // Технические науки - от теории к практике. 2013. № 18. С. 71-77.

15. Семёнов А.С. Перспективы внедрения вентильных электроприводов в горной промышленности // В сборнике: Научная дискуссия: вопросы технических наук материалы II Международной заочной научно-практической конференции. Международный центр науки и образования. 2012. С. 52-56.

16. Семёнов А.С., Саввинов П.В., Рушкин Е.И. Внедрение частотно-регулируемых электроприводов как метод энергосбережения на горных предприятиях // В сборнике: Достижения и перспективы естественных и технических наук Сборник материалов II Международной научно-практической конференции. Центр научного знания Логос. 2012. С. 60-63.

17. Семёнов А.С., Шипулин В.С. Электропривод – многофункциональное, высокопроизводительное, энергоэффективное устройство // В сборнике: Наука XXI века: новый подход материалы II молодежной международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 28 сентября 2012 года, г. Санкт-Петербург. Науч.-изд. центр "Открытие". Петрозаводск, 2012. С. 63-65.