УДК 621.833
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВ ПЛАВНОГО ПУСКА В КОМПРЕССОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ
№25,
Технические науки
Гараев Инсаф Зуфарович
Ключевые слова: ЧАСТОТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ; УСТРОЙСТВА ПЛАВНОГО ПУСКА; УПРАВЛЕНИЕ; ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ; КОМПРЕССОРНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; FREQUENCY CONVERTERS; SMART START DEVICES; CONTROL; ENERGY SAVING; THRUSHING; COMPRESSOR EQUIPMENT.
Компрессоры, как и многое другое оборудование, выбираются с некоторым запасом по производительности исходя из пиковых потребностей в сжатом воздухе и снижением производительности по мере износа компрессора. В реальных же условиях загрузка компрессора составляет в среднем от 50 до 70% от номинальной. Эти цифры справедливы для всех типов компрессоров. Избыточная производительность устраняется одним из следующих способов:
— периодический сброс избыточного давления через предохранительный клапан;
— отключение двигателя компрессора;
— отключение муфты, передающей момент от двигателя к компрессору (переход в режим «холостой ход»).
Такие способы регулирования производительности не являются экономически эффективными. Так, в случае работы по циклу «нагрузка»-«разгрузка» не происходит снижения потребляемой двигателем мощности.
В случае работы компрессора по циклу «нагрузка»-«холостой ход» или «нагрузка»-«холостой ход»-«остановка» происходит периодический нагрев и охлаждение воздуха в компрессоре, вызывающие адиабатические процессы и снижение КПД компрессора. При пуске компрессора возникают большие пусковые токи, что приводит к ограничению допустимых пусков компрессора в течение часа.
Для решения этих и многих других проблем компрессоры оснащаются преобразователями частоты или устройствами плавного пуска.
Главными задачами, решаемыми путем применения частотных преобразователей, являются [1, c.42]:
— оптимизация и стабилизация технологических параметров, которые зависят от работы электропривода;
— использование регулируемого асинхронного привода вместо нерегулируемого привода постоянного тока;
— плавное увеличение и уменьшение нагрузки привода, а так же остановка в необходимом положении с возможностью циклического процесса, стабильная скорость движения при изменяющейся нагрузке;
— экономия электрической энергии путем снижения потребляемой мощности, которая достигает 50 %;
— унифицированное управление электроприводом без необходимости значительных затрат на нужды автоматизации и обучения персонала;
— автоматизация технологических процессов, которые используют электрический привод.
Рассмотрим применение устройств частного преобразования и плавного пуска на компрессорном оборудовании.
Применение данных устройств позволяет достичь следующих результатов [2, c.323]:
— экономия электрической энергии при переменной нагрузке, в случаях. когда загрузка электродвигателя является неполной;
— возможность плавного пуска электродвигателя, заметно уменьшающего его износ;
— снижение расхода воздуха, за счёт снижения доли утечек при увеличении давления в магистрали, при низком потреблении энергоносителя;
— увеличение давления сверх обычного при необходимости;
— возможность оперативного диагностирования привода компрессора;
— выявление выпадения фаз для входной и выходной цепей;
— упрощения оценки наработанных моточасов;
-возможность контроля торможением и в автоматическом режиме повторно запускать привод при отключении и подключении сетевого напряжения соответственно;
-возможность адаптирования привода под имеющиеся обороты компрессора;
— возможность целиком автоматизировать систему возухоснабжения, снижая тем самым влияние человеческого фактора на надежность работы системы.
Как уже отмечено, применение частотных преобразователей дает возможность экономить электрическую энергию, классическим способом управления расходом компрессорных установок предполагает, что преобразователь частоты контролирует давление в пневмосети и скорость вращения электродвигателя, при этом повышает ее, если наблюдается снижении давления ниже необходимого, и снижает если имеется превышение давления. В случае если увеличение скорости вращения двигателя до максимальной не дает прирост давления, то компрессор
по-прежнему продолжает работать на максимальную мощность, такая ситуация возникает в случае, когда потребление сжатого воздуха выше производительности компрессора. И наоборот, при увеличении давления сверх требуемого и неэффективности снижения скорости электродвигателя на 75%, то система управления переводит компрессор в режим холостого хода и закрывает клапан всасывания. При падении давления до нормального система управления вновь включает режим нагрузки и управление передается преобразователю частоты.
Однако, основной эффект внедрения частотных преобразователей кроме всего прочего достигается за счет существенного уменьшения затрат на ремонт воздухопровода.
Устройство плавного пуска не играет значимой роли в вопросе экономии электроэнергии, однако его применение может дать некоторые преимущества, такие как [3, c.53]:
— увеличение ресурса оборудования;
— снижение сопротивления трубопровода за счет ликвидации регулирующего клапана;
— уменьшение расхода средств на профилактический и капитальный ремонт системы, так как ресурс в среднем повышается в 1,5 раза.
Множество производителей производит готовое решение в виде шкафов управления с использованием частотных преобразователей и устройств плавного пуска. Главными функциями шкафа управления выступают защита электродвигателя от короткого замыкания, обрыва фаз, перекоса фаз, неверного чередования фаз, а так же выполнение функционала частотного регулятора и плавного пуска, кроме того в его функции входит регулирование работы компрессорного оборудования согласно заданному графику.
Примерная стоимость шкафов управления с использованием частотного преобразователя оценивается исходя из мощности оборудования и составляет порядка 10 тыс. руб. за 1 кВт мощности компрессорного оборудования, и порядка 5 тыс. руб. за 1 кВт мощности компрессорного оборудования при использовании устройств плавного пуска.
Согласно многочисленным данным усредненный срок окупаемости проекта интеграции преобразователей частоты и устройств плавного пуска не превышает 2 лет [4, c.143].
Таким образом, очевидно, что применение узлов частотного преобразования и плавного пуска для приводов компрессорного оборудования является актуальным, эффективным и перспективным направлением развития техники и технологий. Кроме того, мероприятия по их внедрению на компрессорных станциях представляется возможным в виду приемлемого срока окупаемости.
Список литературы
- Яковенко М. С. и др. Активное подавление гармоник во входном токе силового преобразователя электропривода компрессора //Электричество. – 2018. – №. 12. – С. 41-46.
- Чернышов А. К., Усачева Т. В. Анализ энергетических характеристик асинхронного двигателя компрессора в зависимости от законов частотного регулирования //Энергетика и энергосбережение: теория и практика. – 2017. – С. 323-323.
- Наумов А. В., Газизова О. В. Анализ экономической эффективности и работы приводов дутьевых вентиляторов при использовании частотных регуляторов //Редколлегия: Председатель редколлегии. – 2018. – С. 53.
- Григорьева А. М., Федоров О. В. Автоматизация режимов работы компрессорных установок //Международный студенческий научный вестник. – 2017. – №. 4-2. – С. 141-144.
- Иванова В.Р. Исследование работоспособности асинхронных электродвигателей совместно с преобразователем частоты / В.Р. Иванова, И.З. Гараев // Материалы I Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития электроэнергетики и электротехники», 2019. С. 283 – 286.
- Иванова В.Р., Фетисов Л.В. Разработка учебного стенда для эффективной и безопасной эксплуатации резервного электроснабжения на промышленных предприятиях Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. № 9-10. С. 120 -128.
- Иванова В.Р., Киселев И.Н. Частотно-регулируемый электропривод для энергосбережения и оптимизации технологических процессов в электротехнических комплексах Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21. № 5. С. 59-70.
- Иванова В.Р., Иванов И.Ю., Новокрещенов В.В. Структурный и параметрический синтез алгоритмов противоаварийного управления для реализации адаптивной частотной делительной автоматики электротехнических систем Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21. № 4. С. 66-76.