Acionamento elétrico variável como meio de economizar energia

A transição de acionamento elétrico não regulado para regulado é uma das principais formas de economizar energia no acionamento elétrico e no campo tecnológico por meio do acionamento elétrico.

Via de regra, a necessidade de controlar a velocidade ou o torque dos acionamentos elétricos dos mecanismos de produção é ditada pelos requisitos do processo tecnológico. Por exemplo, a taxa de avanço do cortador determina a limpeza do processamento de uma peça de trabalho em um torno, a redução da velocidade do elevador é necessária para o posicionamento preciso do carro antes de parar, a necessidade de ajustar o torque do eixo de enrolamento é ditada por as condições para manter uma força de tensão constante do material ferido, etc.

No entanto, existem vários mecanismos que não requerem uma alteração na velocidade de acordo com as condições tecnológicas, ou outros métodos (não elétricos) de influenciar os parâmetros do processo tecnológico são usados ​​​​para regulação.

Em primeiro lugar, eles incluem mecanismos de transporte contínuo para mover produtos sólidos, líquidos e gasosos: transportadores, ventiladores, ventiladores, unidades de bombeamento. Para esses mecanismos, atualmente, via de regra, são utilizados acionamentos elétricos assíncronos não regulados, que colocam os corpos de trabalho em movimento a uma velocidade constante, independentemente da carga nos mecanismos. Sob sua carga parcial, os modos de operação em velocidade constante são caracterizados por aumento consumo específico de energia comparado ao modo nominal.

Redução do desempenho do NSC, a eficiência do transportador diminui, pois a parcela relativa da energia consumida supera o momento ocioso. Mais econômico é o modo de velocidade variável, que oferece o mesmo desempenho, mas com um componente constante de esforço de tração.

Na fig. 1 mostra as dependências de potência do eixo do motor para um transportador com um momento ocioso Mx = 0, ЗМв para velocidades constantes (v — const) e ajustáveis ​​(Fg = const) de movimentação de cargas. A área sombreada na figura representa a economia de energia obtida pelo controle de velocidade.

Arroz. 1. Dependência da potência do eixo do motor elétrico no desempenho do transportador

Portanto, se a velocidade do transportador for reduzida para 60% do valor nominal, a potência do eixo do motor diminuirá em 10% em relação ao valor nominal. O efeito da regulação da velocidade é maior, quanto maior o torque de marcha lenta e mais significativamente reduz o desempenho do transportador.

A redução da velocidade dos mecanismos de transporte contínuo com subcarga permite realizar a quantidade de trabalho necessária com menor consumo específico de energia, ou seja, resolver um problema puramente econômico de redução do consumo de energia no processo tecnológico de movimentação de produtos.

Normalmente, com a redução da velocidade de tais mecanismos, surge também um efeito econômico devido à melhoria das características operacionais dos equipamentos tecnológicos. Assim, quando a velocidade diminui, o desgaste do corpo do transportador diminui, a vida útil das tubulações e conexões aumenta devido à diminuição da pressão desenvolvida pelas máquinas de fornecimento de líquidos e gases, além de eliminar o consumo excessivo desses produtos.

O efeito no campo da tecnologia costuma ser significativamente maior do que devido à economia de energia, por isso é fundamentalmente errado decidir sobre a conveniência de usar um acionamento elétrico controlado para tais mecanismos avaliando apenas o aspecto energético.

Controle de velocidade de máquinas escavadeiras.

Os mecanismos centrífugos para abastecimento de líquidos e gases (ventiladores, bombas, ventiladores, compressores) são os principais mecanismos industriais gerais com maior potencial em todo o país para reduzir significativamente o consumo específico de energia. A posição especial dos mecanismos centrífugos é explicada por sua solidez, alta potência, via de regra, com um longo modo de operação.

Essas circunstâncias determinam a participação significativa desses mecanismos no balanço energético do país.A capacidade total instalada de motores de acionamento para bombas, ventiladores e compressores é de cerca de 20% da capacidade de todas as usinas, enquanto ventiladores sozinhos consomem cerca de 10% de toda a eletricidade produzida no país.

As propriedades operacionais dos mecanismos centrífugos são apresentadas na forma de dependências da carga H na vazão Q e da potência P na vazão Q. Em um modo de operação estacionário, a carga criada pelo mecanismo centrífugo é balanceada por a pressão da rede hidro ou aerodinâmica na qual entrega líquido ou gás.

A componente estática da pressão é determinada para bombas — pela diferença geodésica entre os níveis do usuário e da bomba; para fãs — atração natural; para ventiladores e compressores — da pressão do gás comprimido na rede (reservatório).

O ponto de interseção das características Q-H da bomba e da rede determina os parâmetros H-Hn e Q — Qn. A regulação da vazão Q de uma bomba operando em velocidade constante é geralmente realizada por uma válvula na saída e leva a uma mudança na característica da rede, como resultado da vazão QA * <1 corresponde a o ponto de interseção com a característica da bomba.

Arroz. 2. Q-H-características da unidade de bombeamento

Por analogia com os circuitos elétricos, regular o fluxo através de uma válvula é semelhante a controlar a corrente aumentando a resistência elétrica do circuito. Obviamente, este método de controle não é eficiente do ponto de vista energético, pois é acompanhado por perdas improdutivas de energia nos elementos reguladores (resistor, válvula). A perda da válvula é caracterizada pela área sombreada na Fig. 1.

Assim como no circuito elétrico, é mais econômico regular a fonte de energia do que seu usuário. Nesse caso, a corrente de carga diminui nos circuitos elétricos devido à diminuição da tensão da fonte. Em redes hidráulicas e aerodinâmicas, um efeito semelhante é obtido reduzindo a pressão criada pelo mecanismo, o que é obtido reduzindo a velocidade de seu impulsor.

Quando a velocidade muda, as características operacionais dos mecanismos centrífugos mudam de acordo com as leis de similaridade, que têm a forma: Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

A velocidade do impulsor da bomba na qual sua característica passará pelo ponto A:

A expressão para a potência consumida pela bomba durante a regulação da velocidade é:

A dependência quadrática do momento com a velocidade é característica principalmente dos torcedores, pois a componente estática da carga determinada pelo empuxo natural é significativamente menor que Hx. Na literatura técnica, às vezes é usada uma dependência aproximada do momento com a velocidade, que leva em consideração essa propriedade do mecanismo centrífugo:

M* = ω *n

onde n = 2 em Hc = 0 e nHc> 0. Cálculos e experimentos mostram que n = 2 - 5, e seus grandes valores são característicos de compressores operando em uma rede com contrapressão significativa.

A análise dos modos de operação da bomba em velocidade constante e variável mostra que o excesso de consumo de energia em ω= const acaba sendo muito significativo. Por exemplo, os resultados do cálculo dos modos de operação da bomba com parâmetros são mostrados abaixo Hx * = 1,2; Px*= 0,3 em uma rede com diferentes contrapressões Зс:

Os dados fornecidos mostram que o acionamento elétrico controlado pode reduzir significativamente o consumo de eletricidade consumida: até 66% no primeiro caso e até 41% no segundo caso. Na prática, este efeito pode revelar-se ainda maior, pois por motivos diversos (ausência ou mau funcionamento das válvulas, acionamento manual) não se aplica de todo a regulação por válvulas, o que leva não só a um aumento do consumo de eletricidade, mas também a esforços e custos excessivos na rede hidráulica.

As questões de energia dos mecanismos centrífugos de ação simples em uma rede com parâmetros constantes foram discutidas acima. Na prática, há operação paralela de mecanismos centrífugos e a rede geralmente possui parâmetros variáveis. Por exemplo, a resistência aerodinâmica da rede de mineração muda com a mudança no comprimento das paredes, a resistência hidrodinâmica das redes de abastecimento de água é determinada pelo modo de consumo de água, que muda durante o dia, etc.

Com operação paralela de mecanismos centrífugos, dois casos são possíveis:

1) a velocidade de todos os mecanismos é regulada simultaneamente e de forma síncrona;

2) a velocidade de um mecanismo ou parte dos mecanismos é regulada.

Se os parâmetros de rede forem constantes, então, no primeiro caso, todos os mecanismos podem ser considerados como um equivalente para o qual todas as relações acima são válidas. No segundo caso, a pressão da parte não regulada dos mecanismos tem o mesmo efeito na parte regulada que a contrapressão e é muito significativa, razão pela qual a economia de eletricidade aqui não ultrapassa 10-15% da potência nominal da máquina.

Parâmetros de rede variáveis ​​complicam muito a análise da cooperação de mecanismos centrífugos com a rede. Nesse caso, a eficiência energética de um acionamento elétrico controlado pode ser determinada na forma de uma área cujos limites correspondem aos valores limite dos parâmetros da rede e à velocidade do mecanismo centrífugo.

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