Оптимізація керування енергоспоживанням електроприводів

Підвищення енергоефективності зараз сотоїть, поряд з інформатизацією й ком п'ютеризацією, одним з основних напрямків технічної політики у всіх розвинених країнах світу. Істотною складовою цієї проблеми є енергозбереження електричної енергії. Енергозбереження зводиться до зниження марних втрат енергії.

Аналіз структури втрат у сфері виробництва, розподілу й споживання електроенергії показує, що визначна частка втрат - до 90% - припадає на сферу енергоспоживання, тоді як втрати при передачі електроенергії становлять лише 9...10 %. Тому основні зусилля по енергозбереженню повинні бути сконцентровані саме в сфері споживання електроенергії. Основним споживачем електроенергії є електропривод (більше 60 %), і саме на нього звернена головна увага.

Всі електроприводи за винятком малопотужних (частки кіловатів) електроприводів побутової техніки можна умовно розділити на дві великі групи.

Перша використовується в агрегатах, що обслуговують технологічні процеси, здійсненні без точного керування технологічними координатами, наприклад прокатні стани, металообробні верстати, роботи й т.д. До цієї групивідносяться не більше 10 % всіх електроприводів, вона завжди користувалася увагою фахівців, і в ній, як правило, уже здійснені сучасні ефективні технічні рішення.

Друга группа (близько 90 % всіх електроприводів) використовується впростих агрегатах - насосах, вентиляторах, транспортерах, конвеєрах верстатах і т.д. Цій групі донедавна приділялося мало уваги, тому що в подібних агрегатах звичайно використовуються найпростіші електроприводи з не завжди правильно обраними двигунами, але саме в цій групі існує основний резерв енерго і ресурсозбереження.

Це пов'язано головним чином з об'єктивно існуючим протиріччям: переважна більшість таких електроприводів (більше 95%) нерегульовані з короткозамкненими АД, а технологічні процеси, що обслуговуються ними, як правило,мають потребу в керуванні технологічними координатами: швидкістю, тиском, витратою, температурою й т.п. Тому керування здійснюється енергетично неефективно й приводить до великих втрат енергії, породжує недосконалість самого технологічного процесу.

Характерним прикладом може служити широко використовуваний нерегульований асинхронний електропривод насосних станцій водопостачання будинків. У більшості випадків він створює надлишковий у даний момент напір, тобто підводить до гідравлічної системи зайву потужність. За цю витрачену енергію платить споживач, крім того, надлишковий напір приводить за рахуноки зростання витоків до більших втрат води (7-9% на кожну зайву атмосферу), гідравлічним ударам при пуску системи, розривам труб, зайвому шуму й т.д.

Багато фахівців вважають, що економічний потенціал енергозбереження в лектроприводі практично вичерпаний, якщо розглядати індивідуальні компоненти електропривода, то вони вже досить досконалі. Разом з тим залишається великий потенціал по вдосконалюванню проектування систем і оптимізації їхніх параметрів у цілому.

Радикальний спосіб енергозбереження в електроприводах цеху – перехід від нерегульованого електропривода до регульованого, тобто подача до робочого органа технологічної установки тієї потужності, що вимагається в даний момент, при мінімальних втратах у всіх елементах силового каналу.

Технічно це може бути реалізовано включенням між мережею й двигуном керованого електричного перетворювача ПЧ (рис. 1), що впливає на швидкість обертання двигуна.

Вище сказане дозволяє сформулювати наступні способи підвищення енергоефективності електроприводів з короткозамкненим АД об'єктами цеху:

- проведення аналізу передачі потужності від джерела до споживача як взаємозалежної системи з урахуванням особливостей всіх елементів силового каналу;

- синтез узагальненого критерію ефективності процесом енергоспоживання;

- вибір сучасної перспективної системи керування короткозамкненим АД, що дозволяє проводити модернізацію зі збереженням існуючого устаткування;

- складання відповідного математичного опису енергетичних процесів у системі й реалізація його програмним забезпеченням;

- розробка ефективних енергозберігаючих алгоритмів керування.