محرك كهربائي متغير كوسيلة لتوفير الطاقة

يعد الانتقال من محرك كهربائي غير منظم إلى محرك منظم أحد الطرق الرئيسية لتوفير الطاقة في المحرك الكهربائي وفي المجال التكنولوجي عن طريق محرك كهربائي.

كقاعدة عامة ، فإن الحاجة إلى التحكم في سرعة أو عزم المحركات الكهربائية لآليات الإنتاج تمليه متطلبات العملية التكنولوجية. على سبيل المثال ، يحدد معدل تغذية القاطع نظافة معالجة قطعة العمل على مخرطة ، ويكون تقليل سرعة المصعد ضروريًا لتحديد موضع السيارة بدقة قبل التوقف ، والحاجة إلى ضبط عزم دوران عمود اللف تمليه بواسطة شروط الحفاظ على قوة توتر ثابتة للمادة المصابة ، إلخ.

ومع ذلك ، هناك عدد من الآليات التي لا تتطلب تغيير السرعة وفقًا للظروف التكنولوجية ، أو يتم استخدام طرق أخرى (غير كهربائية) للتأثير على معلمات العملية التكنولوجية للتنظيم.

بادئ ذي بدء ، تشمل آليات النقل المستمر لنقل المنتجات الصلبة والسائلة والغازية: الناقلات ، والمراوح ، والمراوح ، ووحدات المضخات. بالنسبة لهذه الآليات ، حاليًا ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام محركات كهربائية غير متزامنة غير منظمة ، والتي تحدد أجسام العمل في حالة حركة بسرعة ثابتة ، بغض النظر عن الحمل على الآليات. تحت حملها الجزئي ، تتميز أوضاع التشغيل بسرعة ثابتة بالزيادة استهلاك الطاقة المحدد مقارنة بالوضع الاسمي.

تقليل أداء NSC ، تقل كفاءة الناقل ، حيث تتغلب الحصة النسبية للطاقة المستهلكة على لحظة الخمول. الوضع الأكثر اقتصادا هو وضع السرعة المتغيرة ، والذي يوفر نفس الأداء ، ولكن مع عنصر ثابت لجهد السحب.

في التين. يوضح الشكل 1 تبعيات الطاقة لعمود المحرك للناقل مع لحظة خمول Mx = 0 ، ЗМв للثابت (v - const) وسرعات حركة الأحمال القابلة للتعديل (Fg = const). تمثل المنطقة المظللة في الشكل وفورات الطاقة التي تم الحصول عليها من خلال التحكم في السرعة.

أرز. 1. اعتماد قوة عمود المحرك الكهربائي على أداء الناقل

لذلك إذا تم تقليل سرعة الناقل إلى 60٪ من القيمة الاسمية ، فإن قوة عمود المحرك ستنخفض بنسبة 10٪ مقارنة بالقيمة الاسمية. يكون تأثير تنظيم السرعة أعلى ، وكلما زاد عزم التباطؤ ، وكلما قلل من أداء الناقل بشكل أكبر.

يتيح لك تقليل سرعة آليات النقل المستمر مع التحميل الناقص أداء المقدار المطلوب من العمل باستهلاك أقل للطاقة ، أي لحل مشكلة اقتصادية بحتة تتمثل في تقليل استهلاك الطاقة في العملية التكنولوجية لنقل المنتجات.

عادة ، مع انخفاض سرعة هذه الآليات ، يظهر تأثير اقتصادي أيضًا بسبب تحسين الخصائص التشغيلية للمعدات التكنولوجية. لذلك ، عندما تنخفض السرعة ، يقل تآكل جسم الناقل ، ويزداد عمر خدمة خطوط الأنابيب والتجهيزات بسبب انخفاض الضغط الذي طورته الآلات لتزويد السوائل والغازات ، كما يتم التخلص من الاستهلاك الزائد لهذه المنتجات.

غالبًا ما يكون التأثير في مجال التكنولوجيا أعلى بكثير من تأثير توفير الطاقة ، وهذا هو السبب في أنه من الخطأ بشكل أساسي اتخاذ قرار بشأن مدى استصواب استخدام محرك كهربائي متحكم فيه لمثل هذه الآليات من خلال تقييم جانب الطاقة فقط.

التحكم في سرعة ماكينات المجرفة.

آليات الطرد المركزي لتزويد السوائل والغازات (المراوح ، المضخات ، المراوح ، الضواغط) هي الآليات الصناعية العامة الرئيسية ذات الإمكانات الأكبر في جميع أنحاء البلاد للحد بشكل كبير من استهلاك الطاقة المحدد. يفسر الوضع الخاص لآليات الطرد المركزي بقدرتها الهائلة وقوتها العالية ، كقاعدة عامة ، مع وضع التشغيل الطويل.

تحدد هذه الظروف الحصة الكبيرة لهذه الآليات في ميزان الطاقة في البلاد.تبلغ السعة الإجمالية المركبة لمحركات الدفع للمضخات والمراوح والضواغط حوالي 20٪ من قدرة جميع محطات توليد الطاقة ، بينما تستهلك المراوح وحدها حوالي 10٪ من إجمالي الكهرباء المنتجة في الدولة.

يتم تقديم خصائص التشغيل لآليات الطرد المركزي في شكل تبعيات الرأس H على معدل التدفق Q والطاقة P على معدل التدفق Q. في وضع التشغيل الثابت ، تتم موازنة الرأس الذي تم إنشاؤه بواسطة آلية الطرد المركزي بواسطة ضغط الشبكة المائية أو الديناميكية الهوائية التي تنقل فيها السائل أو الغاز.

يتم تحديد المكون الساكن للضغط للمضخات - من خلال الاختلاف الجيوديسي بين مستويات المستخدم والمضخة ؛ للجماهير - جاذبية طبيعية ؛ للمراوح والضواغط - من ضغط الغاز المضغوط في الشبكة (الخزان).

تحدد نقطة تقاطع خصائص Q-H للمضخة والشبكة المعلمات H-Hn و Q - Qn. عادة ما يتم تنظيم معدل التدفق Q لمضخة تعمل بسرعة ثابتة بواسطة صمام عند المخرج ويؤدي إلى تغيير في خصائص الشبكة ، ونتيجة لذلك يتوافق معدل التدفق QA * <1 مع نقطة التقاطع مع خاصية المضخة.

أرز. 2. Q-H- خصائص وحدة الضخ

بالتشابه مع الدوائر الكهربائية ، فإن تنظيم التدفق عبر الصمام يشبه التحكم في التيار عن طريق زيادة المقاومة الكهربائية للدائرة. من الواضح أن طريقة التحكم هذه ليست فعالة من وجهة نظر الطاقة ، لأنها مصحوبة بخسائر غير منتجة للطاقة في العناصر المنظمة (المقاوم ، الصمام). يتميز فقدان الصمام بالمنطقة المظللة في الشكل. 1.

كما هو الحال في الدائرة الكهربائية ، من الأكثر اقتصادا تنظيم مصدر الطاقة بدلاً من المستخدم. في هذه الحالة ، ينخفض ​​تيار الحمل في الدوائر الكهربائية بسبب انخفاض جهد المنبع. في الشبكات الهيدروليكية والديناميكية الهوائية ، يتم الحصول على تأثير مماثل عن طريق تقليل الضغط الناتج عن الآلية ، والذي يتحقق من خلال تقليل سرعة دافعها.

عندما تتغير السرعة ، تتغير خصائص تشغيل آليات الطرد المركزي وفقًا لقوانين التشابه ، والتي لها الشكل: Q * = ω * ، H * = ω * 2 ، P * = ω * 3

سرعة المكره للمضخة التي تمر عندها خصائصها عبر النقطة أ:

التعبير عن الطاقة التي تستهلكها المضخة أثناء تنظيم السرعة هو:

إن الاعتماد التربيعي للحظة على السرعة هو سمة خاصة بالمراوح ، لأن المكون الثابت للرأس الذي يحدده الدفع الطبيعي أصغر بكثير من Hx. في الأدبيات الفنية ، يتم أحيانًا استخدام اعتماد تقريبي للحظة على السرعة ، والذي يأخذ في الاعتبار خاصية آلية الطرد المركزي هذه:

م * = ω * ن

حيث n = 2 عند Hc = 0 و nHc> 0. تظهر الحسابات والتجارب أن n = 2 - 5 ، وقيمها الكبيرة مميزة للضواغط التي تعمل في شبكة ذات ضغط خلفي كبير.

يوضح تحليل أوضاع تشغيل المضخة بسرعة ثابتة ومتغيرة أن استهلاك الطاقة الزائد عند ω = const أصبح مهمًا للغاية. على سبيل المثال ، تظهر نتائج حساب أوضاع تشغيل المضخة مع المعلمات أدناه Hx * = 1.2 ؛ Px * = 0.3 على شبكة ذات ضغط خلفي مختلف Зс:

تُظهر البيانات المقدمة أن المحرك الكهربائي المتحكم فيه يمكن أن يقلل بشكل كبير من استهلاك الكهرباء المستهلكة: تصل إلى 66٪ في الحالة الأولى وتصل إلى 41٪ في الحالة الثانية. من الناحية العملية ، يمكن أن يكون هذا التأثير أعلى ، لأنه لأسباب مختلفة (غياب الصمامات أو عطلها ، التشغيل اليدوي) ، لا يتم تطبيق التنظيم بواسطة الصمامات على الإطلاق ، مما يؤدي ليس فقط إلى زيادة استهلاك الكهرباء ، ولكن أيضًا للجهود والتكاليف المفرطة في الشبكة الهيدروليكية.

تمت مناقشة قضايا الطاقة لآليات الطرد المركزي أحادية الفعل في شبكة ذات معلمات ثابتة أعلاه. في الممارسة العملية ، هناك عملية موازية لآليات الطرد المركزي وغالبًا ما تحتوي الشبكة على معلمات متغيرة. على سبيل المثال ، تتغير المقاومة الديناميكية الهوائية لشبكة التعدين مع تغير طول الجدران ، ويتم تحديد المقاومة الديناميكية المائية لشبكات إمدادات المياه من خلال طريقة استهلاك المياه ، والتي تتغير خلال اليوم ، وما إلى ذلك.

مع التشغيل المتوازي لآليات الطرد المركزي ، هناك حالتان ممكنتان:

1) يتم تنظيم سرعة جميع الآليات بشكل متزامن ومتزامن ؛

2) يتم تنظيم سرعة آلية واحدة أو جزء من الآليات.

إذا كانت معلمات الشبكة ثابتة ، ففي الحالة الأولى يمكن اعتبار جميع الآليات بمثابة مكافئ واحد تكون فيه جميع العلاقات المذكورة أعلاه صالحة. في الحالة الثانية ، يكون لضغط الجزء غير المنظم من الآليات نفس التأثير على الجزء المنظم مثل الضغط الخلفي وهو مهم جدًا ، ولهذا السبب لا يتجاوز توفير الكهرباء هنا 10-15٪ من الطاقة الاسمية من الجهاز.

تعمل معلمات الشبكة المتغيرة على تعقيد تحليل تعاون آليات الطرد المركزي مع الشبكة بشكل كبير. في هذه الحالة ، يمكن تحديد كفاءة الطاقة لمحرك كهربائي متحكم فيه في شكل منطقة تتوافق حدودها مع القيم الحدية لمعلمات الشبكة وسرعة آلية الطرد المركزي.

راجع أيضًا حول هذا الموضوع: محولات تردد محرك VLT AQUA لوحدات المضخات