Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 62-83                                          

На сегодняшний день в развитых странах основными потребителями всей вырабатываемой электроэнергии являются электроприводы. При огромном расходе электричества, темпы которого постоянно возрастают ввиду роста производственной и иной деятельности человека, становится актуальной задача минимизации их энергопотребления. Энергосбережение представляет собой в первую очередь снижение непроизводительных потерь энергии. Применение энергосберегающих методов в рабочих циклах приводов не только способствует эффективному использованию энергетических ресурсов страны и их значительной экономии, но и является одним из возможных направлений решения экологических проблем, связанных с производством электроэнергии [1].

В существующей технической практике широкое распространение получила система электронный преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Единственным рациональным способом плавно регулировать скорость такого двигателя является изменение частоты приложенного к его обмоткам напряжения [2].

Важные свойства частотного регулирования: практическое постоянство потерь при изменении скорости и одинаковой нагрузке; управление динамическими режимами с нужной мерой сокращения потерь при пусках и торможениях. Потери энергии при пуске — площадь фигуры, заключенной между кривыми электромагнитной мощности Р эм =Мω 0 и мощности на валу Р 2 =Мω (Рисунок 1).

Рисунок 1. Потери энергии при прямом (а) и частотном (б) пуске

При прямом пуске (торможении) электромагнитная мощность возникает практически мгновенно, а мощность на валу, пропорциональная скорости, нарастает в неуправляемом темпе переходного процесса. Потери энергии определяются площадью треугольника. Потери энергии при частотном пуске (торможении) — заштрихованная область — будут зависеть от управляемого времени переходного процесса t пп [3].

На Рисунке 2 представлен сравнительный график мощности, потребляемой насосом, в зависимости от расхода при регулировании дросселированием и частотном регулировании. Разность между значениями этими кривыми при заданном расходе позволяет определить экономию энергии при частотном регулировании по сравнению с регулированием дроссельной заслонкой. Значительное снижение момента нагрузки при снижении скорости вращения приводного двигателя, характерное для рассматриваемых механизмов, обеспечивает существенную экономию электроэнергии при использовании регулируемого электропривода и позволяет создать принципиально новую технологию транспортировки воды, воздуха и т. д., обеспечивающую эффективное регулирование производительности агрегата .

Рисунок 2. Зависимость потребляемой мощности от расхода

Был проведен патентный анализ энергосбережения частотно регулируемым асинхронным электроприводом. Результаты поиска занесены в Таблицу. Глубина патентного поиска составила 17 лет.

Таблица

ПАТЕНТНЫЙ АНАЛИЗ

№ п/п ^

ss

st

Суть изобретения

5          Изобретение относится к области электротехники и силовой

£ “          промышленной электроники, а именно — к мощным

3 5    S    высоковольтным частотно-регулируемым при-водам (ЧРП).

^    S Й  Сущность изобретения состоит в том, что в частотно

°    £ s  регулируемом электроприводе (ЧРП), содержащем силовой

= S s  5 S  вторичными обмотками, группу выпрямительно- ft £ “   У I   инверторных преобразователей частоты и приводной t § у  ,bs   электродвигатель с 2Р числом полюсов, соединенных о £ ч   5 §   последовательно, согласно данному изобретению, обмотка

• 2 ^  ^ “  приводного электродвигателя выполнена из 2Р идентичных

5     ^2  катушечных групп, каждая из которых подключена к

• 5      о  отдельному трехфазному выпрямительно-инверторному

• § R    S ^H   преобразователю частоты, каждый из которых, в свою

• 5 §    ffi    очередь, подключен к соответствующим вторичным

S S          обмоткам силового трансформатора с коэффициентом

• 2          трансформации, равным 2Р.

  №

  п/п ^

  
  

  s
  
  s

  st

  
  
  
  
  
  

  S ж

  s

  si

  
  

  Суть изобретения

  
  
  
  

  40 04

  OO 04

  
  
  
  
  
  

  ir>

  
  

  Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах управления электроприводами общепромышленного применения. Технический результат — снижение энергопотребления частотно-регулируемого асинхронного электропривода при снижении нагрузок двигателя ниже номинальных. Энергосберегающая система правления асинхронным электроприводом содержит блок ввода заданной частоты вращения асинхронного двигателя, регулятор напряжения, блок драйверов, автономный инвертор напряжения, вычислитель проекций вектора тока статора, вычислитель активного тока статора, умножители, согласующий усилитель, фильтр, интегратор, вычислители синуса и косинуса угла поворота вектора напряжения, блок переключений режимов работы электропривода, блок широтно-импульсной модуляции и датчик тока, связанные между собой так, как указано в материалах заявки. Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе распределения и преобразования электроэнергии в качестве регулируемого электрического привода насосов кустов скважин, в том числе погружных электроцентробежных насосов, размещённых на одном кусте и предназначенных для подъёма из пласта на поверхность скважинной жидкости, содержащей нефть, а также для добычи воды из водоносных пластов и для закачки воды в продуктивные нефтяные пласты с целью поддержания пластового давления, также может использоваться в качестве регулируемого электрического привода механизмов буровой установки и для других механизмов. В качестве электродвигателей могут применяться асинхронные двигатели, синхронные двигатели, вентильные двигатели и двигатели постоянного тока. Техническим результатом является обеспечение электромагнитной совместимости системы электроснабжения с частотно-регулируемым электроприводом.

  Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении энергоэффективности электропривода и его надежности. Устройство для повышения      энергоэффективности      асинхронного

  электропривода, содержащее асинхронный трехфазный короткозамкнутый электродвигатель и магнитный пускатель, фазометр и/или датчик тока, выход которого соединен с контроллером. Изобретение относится к области энергосбережения и может быть использовано в судовом и береговом асинхронном электроприводе для повышения его энергоэффективности при малом коэффициенте загрузки установленного электродвигателя.

  
  

В результате проведённого патентного анализа была определена динамика изобретательской деятельности по устройствам преобразования частоты (Рисунок 3).

2023    0 2022    0
2021		________________1 2
2020	___________________1 1
2019	___________________1 1
2018	___________________1 1
2017		________________1 2
2016	___________________1 1
2015		________________1 2
2014    0
2013	___________________1 1
2012		________________1 2
2011    0
2010	___________________1 1
2009	___________________1 1
2008	___________________1 1
2007    0
2006 0	1	2	________________1 3 3	4

Рисунок 3. Патентная активность частотно-регулируемого асинхронного электропривода

В целом, применение частотно-регулируемого асинхронного электропривода в насосных и вентиляторных установках дает следующие преимущества: экономия транспортируемого продукта за счет снижения непроизводительных расходов до 25%; снижение аварийности сети и снижение аварийности электрооборудования за счет устранения ударных пусковых токов; снижение уровня шума, создаваемого технологическим оборудованием; удобство автоматизации; удобство и простота внедрения.

Частотно-регулируемый асинхронный электропривод со звеном постоянного тока позволяет регулировать скорость вниз и вверх от основной, соответствующей частоте 50 Гц, при минимальных возможных потерях, управлять временем переходных процессов и снижать до желаемого уровня потери энергии, сопровождающие переходный процесс.