Енергозбереження може здійснюватися як в самому ЕП, так і в обслуговуваних їм технологічних процесах, де вико-ється виробляється їм механічна енергія. При цьому примі-ня регульованого ЕП дозволяє забезпечити енергозбереження при реалізації багатьох технологічних процесів, іноді у багато разів перевершує економію енергії в самому ЕП.
Енергозбереження в ЕП може бути досягнуто як на стадії його проектування і конструювання, так і при експлуата-ції ЕП.
Проектування і конструювання ЕП має со-відповідати сучасному рівню розвитку теорії та практики ЕП і суміжних областей науки і техніки: електромеханіки, електро-тронік, автоматики, механіки та обчислювальної техніки. Енер-госбереженіе при цьому може здійснюватися наступними мето-дами і засобами.
1. Обґрунтований розрахунок необхідної потужності двигуна викон-нительного органу робочої машини або виробничого ме-ханізм з урахуванням всіх умов його роботи. Таким чином, двигун завищеною потужності має низькі енер-гетіческіе показники роботи і при цьому також має місце не-Довикористання закладених в нього матеріальних ресурсів. З іншого боку, застосування двигуна недостатньою мощ-ності знижує продуктивність технологічного обладнання-ня, призводить до перевантаження двигуна і передчасного вихо-ду його з ладу.
2. Вибір силових елементів ЕП, що характеризуються при сво-їй роботі мінімальними втратами енергії. Це відноситься до вибору двигунів, щодо яких можна назвати наступні можливості енергозберігаючих рішень: застосування енергозберігаючих двигунів, в яких за рахунок збільшених обсягів активних матеріалів (міді і сталі) поті-ри потужності знижені не менш ніж на 15. 20%. У російських каталогах такі двигуни мають в позначенні букву «е»; застосування двигунів з зменшеним моментом інерції ротора (якоря), в яких відповідно до формули
име-ет місце знижений рівень втрати енергії в перехідних про- процесах. До таких двигунів відносяться двигуни з подовженим ротором (наприклад, асинхронні двигуни краново-металургійної серії 4МТ і 4МТК) і двигуни з порожнистим ротором (яко-рем). Зниження моменту інерції ЕП можна отримати при ис-користуванні замість одного двигуна двох двигунів половин-ної потужності на ту ж швидкість обертання. Завдання енергозбереження вирішують за допомогою мають висо-кий ККД напівпровідникових перетворювачів і механічних передач з невеликими втратами потужності.
3. Орієнтування на застосування регульованого ЕП по систе-ме «перетворювач - двигун», що дозволяє реалізовувати економічні методи регулювання змінних ЕП в устано-вившись і перехідних режимах.
4. Вибір раціональних способів і технічних засобів регу-воджується змінних ЕП, використання яких не викликає додаткових втрат енергії при його роботі. До таких способів відноситься, наприклад, регулювання швидкості двигунів пере-ного струму за допомогою напівпровідникових перетворювачів частоти.
При експлуатації електроприводів енергозбереження мо-же бути досягнуто за рахунок правильного технічного обслугову-вання і проведення заходів щодо їх модернізації.
Технічне обслуговування ЕП має проводитися персона-лом відповідно до правил улаштування та експлуатації елект-роустановок і передбачати періодичні огляди і профі-лактіческіе заходи по елементах ЕП - мастило підшипників-ков та інших рухомих механічних частин двигуна і меха-нічної передачі, очистку колекторів і контактних кілець двигунів і контактів електричної апаратури, затягування болтів-вих електричних з'єднань і т.д.
Енергозбереження в експлуатованих ЕП може досягатися їх модернізацією.
Найбільші можливості по енерго- і ресурсозбереження як при проектуванні нових, так і при модернізації дійства-чих електроприводів надають регульовані Електроприв-води. Розглянемо можливості енерго- і ресурсозбереження при використанні електроприводів змінного струму за системою «тиристорний регулятор напруги - асинхронний двигун» і «перетворювач частоти - асинхронний двигун».
В системі «тиристорний регулятор напруги - асинхронний двигун» можливість енергозбереження при використанні тиристорних регуляторів напруги ілюструють графіки на рис. 9.7, а, що представляють собою залежності струму статора асинхрон-Хроні двигуна I1. від напруги U1 при різних моментах навантаження Мс. При кожній навантаженні є таке напруга, при якому споживаний двигуном струм мінімальний.
При цьому важливо відзначити дві обставини: точка мінімуму відповідає напруженням, менше номінального, а мінімі-зація струму відбувається за рахунок зниження реактивної составля-нього струму.
Штрихова лінія на рис. 9.7, а, проведена через точки мі-нимума струму для кожної навантаження, визначає закон регулиро-вання напруги в функції струму, при реалізації якого при будь-якому Мс з мережі споживається мінімальний струм.
Схема ЕП з мінімізацією споживаного двигуном струму приведена на рис. 9.7, б. До його складу входять асинхронний двига-тель АТ. тиристорний регулятор напруги ТРН з системою управління СУ ТРН. датчики струму ДТ і напруги ДН. функ-ціональний перетворювач ФП і інерційну ланку ІЗ.
Необхідний закон управління ЕП реалізується за допомогою по-ложітельной зворотного зв'язку по струму. Датчик струму виробляє пропорційний току сигнал, що надходить на вхід функціонально-онального перетворювача, який забезпечує необхідну за-лежність між подається на двигун напругою і мо-ментом навантаження на його валу (див. Штриховую лінію на рис. 9.7, а). В системі використовується інерційний ланка, за допомогою кото-рого забезпечується необхідну якість перехідних процес-сов.
У загальному випадку за рахунок регулювання напруги на статорі двигуна при малих навантаженнях або холостому ході можуть бути сни-дружини струм, споживана з мережі потужність, втрати потужності або підвищені його ККД і cos # 966 ;. На рис. 9.8 для прикладу показані по-строєні для двигуна типу 4А180М4 потужністю 30 кВт зави-ності ККД # 951 ;, cos # 966 ;, відносних струму статора I1 * = I1 / I1ном і втрат потужності # 916; Р * = # 916; Р / # 916; Рном, від відносного напруги на статорі U1 * = U1 / U1ном при моменті навантаження, що становить 20% від номінального. З наведених кривих видно, що най-більших значень ці змінні досягають при напружених 60. 80% від номінального, причому точки екстремуму в загальному випадку не збігаються.
Екстремальні значення змінних досягаються при роботі двигуна з певними оптимальними ковзаннями. Так, для забезпечення мінімуму споживаного струму за будь-яких на-навантаженнях асинхронного двигуна його ковзання має підтрим-живатися на рівні
Підтримка ковзання на необхідному оптимальному рівні може бути отримано в системі з негативним зворотним зв'язком за швидкістю (див. Рис. 5.39, а).
Тиристорні регулятори напруги широко використовуються в якості так званих «м'яких» пускачів або «м'яких» стар-теров. За рахунок поступового підвищення подається на двигун напруги вони забезпечують обмеження пускових струмів і моментів асинхронних і синхронних двигунів. При цьому не відбувається зниження втрат енергії в електроприводі, оскільки не змінюється швидкість обертання магнітного поля, але внаслідок обмеження струму і моменту істотно знижуються зусилля, дей-ціалу на провідники обмоток двигунів, їх підшипники і на елементи механічної передачі і виконавчого органу робочих машин. За рахунок цього підвищується надійність роботи електро-тропрівода і технологічного обладнання, зменшується ко-личество ремонтів, що в кінцевому підсумку веде до економії енер-гетіческіх і матеріальних ресурсів.
Раніше вже зазначалося, що регулювання швидкості асинхронні-них двигунів при використанні перетворювачів частоти не супроводжується додатковими втратами потужності, а при-трансформаційних змін частотно-керованих пуску і гальмування двигунів забезпечує зниження втрат енергії в перехідних процесах і можливість її рекуперації в мережу при гальмуванні. Розглянемо тепер ефект енергозбереження в сфері технології на прикладі частотно-регульованого ЕП відцентрового насоса.
Особливістю роботи багатьох насосних установок є зміна кількості (витрати) подається ними споживачеві рідини (води). Наприклад, споживання води в житлових будинках змінюється протягом доби, що ілюструє (рис. 9.9) характер-ний для них добовий графік витрати води Q (t), що має два максимуми: ранковий і вечірній.
Основною характеристикою насоса є залежність ство-ваемого їм напору (тиску) Н від розходу води Q. На рис. 9.10. показані ці характеристики для двох швидкостей приводного дві-гатель: номінальної # 969; ном і зниженою # 969; 1. Розглянемо з їх по-міццю можливості енергозбереження при використанні регу-ліруемого ЕП насосних установок, що працюють зі змінною витратою Q.
Припустимо, що в початковому положенні насос працював на харак-теристик I з номінальними витратою Qном і напором ному в точці 1. При зниженні витрати води до значення Q2 при нез-тимчасової швидкості ЕП натиск насоса відповідно до характери-стики зросте до значення Н2. Для створення цих напору і рас-ходу ЕП буде споживати з мережі потужність
де # 961; - щільність води, # 961; = 1 000 кг / м 3; g - прискорення вільного падіння, g = 9,81 м / с 2; # 951; н. # 951; еп - відповідно ККД насоса і ЕП. Той же витрата води може бути забезпечений при меншому напо-ре Н1. якщо за допомогою ЕП знизити швидкість насоса до рівня # 969; 1. У цьому випадку насос буде працювати в точці 3 на характеристиці II і з мережі буде споживатися (при тих же ККД насоса і ЕП) менша потужність
Економія електроенергії ЕЕ за час роботи Тр насоса з рас-ходом Q2 при тих же значеннях ККД насоса і ЕП при цьому соста-вит
Приклади реалізації регульованого ЕП насосів показують, що економія електроенергії в системах водопостачання може доходити до 50% і більше в залежності від виду і режимів роботи насосних установок.
Крім того, робота мереж з меншими напорами буде харак-терізоваться і меншими витоками води в мережах і арматурі, що досягають іноді 15. 20% і більше. Застосування регульо-ного ЕП дозволяє також за рахунок частотно-керованих пуску і гальмування насосного агрегату усунути таке небажане явище, як гідравлічні удари в гідравлічній системі.
На основі перетворювачів частоти може бути при необ-хідності реалізована замкнута система регулювання (підтрим-жания) напору рідини в заданій точці гідравлічної сі-стеми. З цією метою випускаються для насосних установок преоб-разователей частоти мають вбудований регулятор і задатчик тиску і вхід для підключення датчика тиску. Приклад реалізації такої системи показаний на рис. 9.11.
Схема призначена для підтримки в магістралі тиску води, що переміщується насосом. Вона включає в себе асинхронний двигун АД, перетворювач частоти ПЧ з регулятором тиску РД, задатчик ЗД і датчик ДД тиску, що забезпечує негативний зворотний зв'язок по тиску в магістралі.
Схема працює в такий спосіб. При змінах тиску-ня в магістралі, викликаних зміною витрати води, від-ходить зміна в потрібному напрямку сигналу управління Uу = UЗД / UДД. частоти напруги, що подається U1 на АД і його швидкості # 969 ;, за рахунок чого відбувається відновлення заданого рівня тиску (характеристика IIIна рис. 9.10). При вико-вання ПІ-регулятора тиск у магістралі в статичному режи-ме буде підтримуватися на постійному рівні.