Контролери-оптимізатори з функцією плавного пуску.

Асинхронні електродвигуни є найбільш поширеними пристроями для приводу промислових і побутових машин і механізмів. Основними проблемами, які супроводжують експлуатацію таких двигунів, є неможливість узгодження створюваного ними крутного моменту з моментом навантаження, як під час пуску, так і під час роботи, а також високий пусковий струм.

Під час пуску крутний момент зазвичай досягає 150-200%, і прискорює навантаження до досягнення номінальної швидкості обертання за частки секунди, що призводить до підвищеного зносу і в кінцевому підсумку виходу з ладу механічної системи приводу. У той же самий час пусковий струм може в 7-10 разів перевищувати номінальний, породжуючи проблеми зі стабільністю мережі живлення і приводячи до підвищеного зносу обмоток двигуна.

Коли двигун працює зі зниженою навантаженням, його ККД знижується внаслідок того, що створюваний обмотками магнітний потік занадто великий по відношенню до значення, достатнього для створення крутного моменту, необхідного для подолання моменту навантаження.

Типовий трифазний асинхронний електродвигун, що працює з повним навантаженням, володіє відносно високим ККД, що досягає 80-96%. Однак, як показано на малюнку 8, його ККД знижується при зменшенні навантаження. Зниження ККД особливо помітно, коли навантаження зменшується до значень менше 50% від номінальної. Переважна більшість електродвигунів працюють з навантаженнями нижче номінальних, оскільки при проектуванні електропривода були обрані з конструктивним запасом, а так само через природних коливань навантаження в умовах різних технологічних процесів.

навантаження

ККД асинхронного двигуна

При знижених навантаженнях і повній напрузі асинхронні електродвигуни отримують надлишковий струм намагнічування, витрати, в тому числі, на перемагнічування створеного ним же в попередній момент часу надлишкового магнітного поля. На відміну від традиційних пристроїв плавного пуску, що використовують амплітудні методи управління, і зберігають повну електропровідність після закінчення програми розгону, або шунтуючі обхідними контакторами, які підключають електродвигун безпосередньо до мережі живлення, контролер - оптимізатор шляхом безперервного контролю навантаження і зміни напруги на обмотках електродвигуна за певним алгоритмом , здатні економити частину енергії збудження і знижувати втрати, а також покращувати коефіцієнт потужності. Крутний момент, створюваний двигуном, залежить як від прикладеної напруги, так і від ковзання (показник «запізнювання» ротора щодо поля статора). Чим менший момент навантаження прикладений до ротора, тим більше ротор «доганяє» поле статора, і тим в менш економічний режим переходить двигун. Якщо відповідним чином знизити напругу живлення, що подається на двигун, ковзання повернеться до номінального значення. При цьому знизиться струм, що протікає через обмотки двигуна, і, отже, знизиться споживана потужність, втрати зменшаться, ККД двигуна зросте. Описаний процес на прикладі механічних характеристик двигуна при різних значеннях напруги, прикладеного до обмоток.

Механічні характеристики двигуна при різних значеннях напруги харчування

Для управління напругою на обмотках електродвигуна в контролері використовується зустрічно-паралельно включені тиристорні пари, що дозволяють шляхом поступової зміни кута відкриття тиристорів плавно збільшувати або зменшувати напругу на обмотках двигуна.

тиристорна пара

Обмотки двигуна являють собою активно-індуктивне навантаження. Активна складова опору залежить тільки від температури обмотки. Реактивна (індуктивна) складова опору залежить від моменту навантаження, прикладеного до ротора двигуна. Його величина тим більше, чим менший момент навантаження прикладений. Величина реактивного опору впливає на фазовий зсув між напругою і струмом в ланцюзі.

Фазовий зсув між напругою і струмом

Вимірюючи цей фазовий зсув, можна однозначно судити про величину навантаження по відношенню до її номінального значення. Зниження напруги пропорційно зменшенню величини навантаження призводить до зменшення індуктивної частини опору. Зменшення реактивної складової струму знижує втрати, рівні добутку квадрата струму на активний опір обмоток. Оскільки реактивний струм, як і активний, гріє провідники, його зменшення призводить до зниження активного опору обмоток двигуна і живильних кабелів, що забезпечує додаткову економію активної енергії. Крім того, зменшення реактивної складової опору знижує негативний вплив реактивного навантаження на мережу живлення, зменшуючи реактивну потужність і покращуючи, таким чином, коефіцієнт потужності.

Використовуючи потужний процесор, контролер здатний миттєво оцінити навантаження на валу двигуна, порівняти її з номінальним значенням, відповідним чином змінити напругу, що подається на двигун, забезпечуючи тим самим розрахункове ковзання двигуна і, як наслідок, максимальний ККД. При цьому частота обертання двигуна не змінюється. Час реакції контролера на зміну навантаження становить одну соту частку секунди, що дозволяє підтримувати режим максимального ККД навіть при швидко змінюються навантаженнях. Завдяки тому, що контролер розрахований на серйозні теплові режими, а його програмне забезпечення використовує високоефективні ноу-хау, на відміну від звичайних пристроїв плавного пуску, вони здатні забезпечити запуск обладнання, що характеризується важкими пусковими режимами, «номінал в номінал», а так само не вимагають шунтування обхідними контакторами.

У технологічних процесах, змінювати швидкість обертання двигунів в яких неможливо або не обов'язково, контролер - оптимізатор ідеально підходить для вирішення завдань плавного запуску обладнання та енергозбереження.
Акт випробувань.

застосування:
Впровадження ОПМ дозволяє вирішити такі завдання:
- зменшити споживання активної потужності, при незмінних характеристиках роботи споживача
- істотно знизити витрату електроенергії
- знизити оплату за спожиту електроенергію (з обліку активної і реактивної енер гії)
- забезпечити подачу електроенергії по кабелю з меншим перетином
- уникнути глибокої просадки напруги споживачів на лініях живлення, віддалених від ТП
- за рахунок часткової струмового розвантаження силових трансформаторів і живильних кабелів підключити додаткове навантаження
- економити вуглеводневе паливо (дизель, бензин, газ) при виробництві електроене гии
- усунути перекіс фаз
Моделі ОПМ:
В даний час проводиться ОПМ потужністю: до 120 А на фазу
Випускається ОПМ для:
1 індивідуальної навантаження (насоси, вентилятори, компресори і т.д.)
2 індивідуального навантаження з декількома режимами роботи (насоси, вентилятори, компресори і т.д. з кількома режимами роботи)
3 підключення групи споживачів (розподільний щит)
ОПМ підключається послідовно, перед навантаженням!
Фазні дроти підключаються на вхід ОПМ, а з виходу проводу підключаються до клем споживача. Нульовий провід підключається безпосередньо до 0 споживача.

При застосуванні ОПМ на підприємствах, в залежності від режиму роботи обладнання (8,12,24 години на добу), приблизний термін окупності становить 4-12 місяців.

приклад:

Насос оборотної води - споживана потужність = 10 кВт, коефіцієнт потужності = 0,75, режим роботи 24 год. Вартість 1 кВт / год = 0,83 грн. Для спрощення розрахунків реактивну потужність не вважаємо.
10 * 0,75 = 7,5 кВт активної потужності
7,5 * 24 * 30 * 0,83 = 4482,0 грн на місяць
При зниженні витрати активної енергії на 20% економія складе
4482 * 0,2 = 896,4 грн. у місяць.