Основные принципы энергосбережения

Выбор электрооборудования Важным и еще очень мало использованным резервом энергосбережения служит правильный выбор основного электрооборудования в простейшем, самом массовом и энергоемком нерегулируемом электроприводе (системах электропривода)

Европейские эксперты считают, что средний коэффициент использования двигателей (отношение средней мощности за цикл к номинальной) составляет 0,6

Как показывает опыт, в отечественных условиях этот коэффициент иногда существенно ниже Нередко доля энергетических затрат на производимую продукцию непомерно возрастает, что делает производство нерентабельным

Существенный эффект в подобных случаях может дать простая замена оборудования (двигателей) или внедрении систем автоматизации, однако корректное решение подобной задачи предполагает достаточно высокую квалификацию персонала Здесь весьма эффективны прикладные компьютерные программы, ориентированные на широкий круг специалистов, связанных с электроприводом, и поддерживающие принятие рациональных решений Опыт создания таких программ показал, что несмотря на большие затраты, эффективность такого подхода : в руках специалистов оказывается мощный, удобный, очень легко осваиваемый инструмент, позволяющий быстро решать весьма непростые задачи Уменьшение потерь в двигателях В мировой практике с середины 1970-х годов активно пропагандируется использование энергосберегающих двигателей Идея очень проста: в асинхронный двигатель проектируют так что закладывают  в них на 2530 % больше активных материалов (алюминия, железа, меди ),при этом на 30 % снижаются энерго-потери и возрастает КПД - до 5 %  в небольших двигателях (единицы кВт) и до 1 % в двигателях мощностями около 70 100 кВт   Существует множество восторженных публикаций, относящихся к ЕЕМ В частности, считается, что если бы все двигатели в Европе были заменены на ЕЕМ, то экономия электроэнергии была бы эквивалентна закрытию шести электростанций по 500 МВт Однако это направление энергосбережения содержит ряд спорных и неочевидных обстоятельств

Во-первых, речь идет о нерегулируемом электроприводе, те сэкономив несколько процентов на потерях в двигателе, в самых массовых и энергоемких применениях (насосы, вентиляторы и тд) можно продолжать терять в десятки раз больше в агрегатах, обслуживаемых электроприводом

Во-вторых, расчетная экономия будет достигаться лишь при мало меняющейся и близкой к номинальной нагрузке При резко переменной нагрузке, например при значительной доле холостого хода в цикле, экономия будет существенно меньше расчетной

В-третьих, экономия может быть заметной (рекламируемые 45%), если все элементы силового канала правильно выбраны и настроены Так, потери в ременной передаче, часто используемой, например, в электроприводе вентиляторов, могут варьироваться от 5 до 10 12 % только за счет нерационального выбора параметров передачи и могут резко возрастать при неверно выбранном натяжении ремней

Уменьшение потерь в питающих сетях Проблема потерь мощ­ности возникает за счет низкого коэфициента мощности Проблема компенсации реактивной мощности традиционно пользуется большим (иногда избыточно большим) вниманием в отечественной практике Найдены и применяются различные технические решения (переключаемые конденсаторные батареи, синхронные компенсаторы, фильтрокомпенсирующие устройства и тд)

Как мы видим  большинство этих приемов ориентированы на нерегулируемый электропривод, а иногда и сильно недогруженный электропривод с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором

К другим способам энергосбережения в нерегулируемом электроприводе можно отнести:

1. снижение времени холостого хода;
2. переключение обмоток по схемам на время холостого хода или малых нагрузок;
3. изменение типа торможения в электроприводах с частыми пусками и торможениями

Переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому Этот переход является генеральным направлением энергосбережения, принятым во всем мире и дающим наибольший эффект как в части экономии электроэнергии, так и в других показателях технологического процесса Для этого в силовой канал включается дополнительный элемент преобразователь электрической энергии, подающий к асинхронному двигателю напряжение с регулируемыми амплитудой и частотой (использование частотных преобразователей) В результате обеспечивается подача конечному потребителю необходимой (или оптимальной) мощности и исключаются большие потери в задвижке Одна из величин - расход воды - изменяется неуправляемо, поскольку она определяется открытыми в данный момент кранами, а вторая задается насосом и, следовательно, может управляться

В других технологических процессах свободны для управления обе образующие мощность величины Так, при пилке бревен, обработке металлов резанием существуют оптимальные режимы, определяемые наилучшим в частных случаях сочетанием скорости и силы резания: Следует подчеркнуть, что в рассматриваемом случае наряду с главным эффектом существенным снижением потерь в техно­логической машине, обслуживаемой электроприводом, и в других элементах силового канала достигается ряд дополнительных, часто не менее важных эффектов: рационализируется весь техно­логический процесс, экономятся другие ресурсы, увеличивается срок службы основного оборудования, снижается шум и тд Здесь особенно существенен выбор рационального с технической и экономической точек зрения способа управления величиной (величинами), образующей потребляемую технологическими машинами мощность

До середины 1980-х годов единственным доступным решением был электропривод постоянного тока Его общеизвестные недостатки - дорогая машина и необходимость в обслуживании - ограничивали использование случаями, когда без регулируемого электропривода обойтись было нельзя (станки, металлургические агрегаты, мощные экскаваторы и тд)д), там абсолютно преобладал нерегулируемый электропривод с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором Сейчас ситуация радикально изменилась: на широком рынке появились совершенные и доступные электронные преобразователи частоты Они выпускаются десятками зарубежных и отечественных фирм, имеют практически одинаковую структуру (неуправляемый выпрямитель-фильтр-автономный широтно-амплитудный модуля­тор (ШИМ-инвертор)) и развитую систему микропроцессорного управления, обеспечивающую широкие функциональные возможности, надежную защиту привода и другие важные пользовательские функции Именно эти устройства произвели переворот в современном электроприводе: резко (до 15 %) снизили долю электроприводов постоянного тока в общем парке регулируемых электроприводов, стали основным (и пока практически единственным) средством, реализующим высококачественный регулируемый асинхронный электропривод в массовых применениях

Вместе с тем предпринимались попытки использовать для регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в продолжительном режиме (насосы и пр) более простые тиристорные регуляторы напряжения Эти устройства, широко и успешно применяемые для плавного пуска и останова электропривода («мягкие» пускатели), за редкими исключениями не могут сколько-нибудь эффективно использоваться для непрерывного продолжительного регулирования скорости

Они требуют, даже при самой благоприятной вентиляторной нагрузке, увеличения мощности двигателя в 2-3 раза, специального исполнения ротора (повышенное скольжение), интенсивного независимого охлаждения и при этом имеют низкую надежность и низкие энергетические показатели Столь же неэффективны и другие способы регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, снованные на изменении напряжения при неизменной часто­те (специальные «хитрые» асинхронные двигатели, муфты скольжения и пр)

Становятся малоэффективными и многоскоростные асинхронные двигатели Они тяжелы, дороги, требуют много контактной аппаратуры, стоимость привода соизмерима со стоимостью системы преобра­зователь частоты — серийный двигатель Выход на широкий рынок электронных преобразователей частоты ставит новую задачу — создание асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Здесь, по-видимому, удастся существенно сэкономить активные материалы, снизить себестоимость и тд Итак, система электронный преобразователь частоты—асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором становится главным на ближайшие годы техническим решением массового регулируемого электропривода Она особенно привлекательна на стадии модернизации, так как сохраняется все существующее оборудование, но между сетью и двигателем включается новый элемент — преобразователь частоты, радикально меняющий весь технический и экономический облик системы