मोटर्स को नियंत्रित करने का सबसे किफायती तरीका है - आवृत्ति कनवर्टर

उद्योग में, 60% से अधिक बिजली अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक ड्राइव - पंपिंग, कंप्रेसर, वेंटिलेशन और अन्य प्रतिष्ठानों में खपत होती है। यह सबसे सरल और इसलिए सस्ता और विश्वसनीय प्रकार का इंजन है।

उद्योग में विभिन्न उद्योगों की तकनीकी प्रक्रिया को किसी भी एक्ट्यूएटर्स की घूर्णी गति में एक लचीले बदलाव की आवश्यकता होती है। इलेक्ट्रॉनिक और कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ-साथ ऊर्जा के नुकसान को कम करने की इच्छा के कारण, विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रिक मोटर्स के किफायती नियंत्रण के लिए डिवाइस दिखाई दिए। इस लेख में, हम इलेक्ट्रिक ड्राइव के सबसे कुशल नियंत्रण को सुनिश्चित करने के बारे में बात करेंगे। प्रथम अभियंता कंपनी ( LANIT समूह की कंपनियों) में काम करते हुए, मैं देखता हूं कि हमारे ग्राहक ऊर्जा दक्षता पर अधिक ध्यान दे रहे हैं


किसी भी प्रकार के यांत्रिक कार्य करने के लिए उत्पादन और तकनीकी प्रतिष्ठानों द्वारा खपत अधिकांश विद्युत ऊर्जा का उपयोग किया जाता है। गति में विभिन्न उत्पादन और तकनीकी तंत्र के कार्य निकायों को निर्धारित करने के लिए, एक गिलहरी-पिंजरे रोटर के साथ अतुल्यकालिक इलेक्ट्रिक मोटर्स मुख्य रूप से उपयोग किए जाते हैं (इसके बाद हम इस प्रकार की इलेक्ट्रिक मोटर के बारे में बात करेंगे)। इलेक्ट्रिक मोटर स्वयं, इसकी नियंत्रण प्रणाली और मोटर शाफ्ट से उत्पादन तंत्र तक संचलन करने वाले यांत्रिक उपकरण एक इलेक्ट्रिक ड्राइव सिस्टम बनाते हैं।


इंजन की गति के नियमन के कारण वाइंडिंग में न्यूनतम ऊर्जा नुकसान की उपस्थिति, आवृत्ति और वोल्टेज में एक समान वृद्धि के कारण नरम शुरुआत की संभावना इलेक्ट्रिक मोटर्स के प्रभावी नियंत्रण के मुख्य सिद्धांत हैं।

आखिरकार, पहले से मौजूद था और अभी भी इस तरह के इंजन नियंत्रण के तरीके मौजूद हैं:

• मोटर विंडिंग्स के सर्किट में अतिरिक्त सक्रिय प्रतिरोधों को संयोजकों द्वारा क्रमिक रूप से छोटा करके रिओस्टेटिक आवृत्ति विनियमन;
• स्टेटर क्लैंप में वोल्टेज बदल जाता है, जबकि इस तरह के वोल्टेज की आवृत्ति औद्योगिक एसी नेटवर्क की आवृत्ति के बराबर और बराबर होती है;
• स्टेटर वाइंडिंग के डंडे के जोड़े की संख्या को बदलकर कदम विनियमन।

लेकिन आवृत्ति विनियमन के ये और अन्य तरीके उनके साथ मुख्य दोष हैं - विद्युत ऊर्जा के महत्वपूर्ण नुकसान, और चरण-दर-चरण विनियमन, परिभाषा के अनुसार, एक लचीला तरीका नहीं है।

नुकसान अपरिहार्य हैं?

आइए एक प्रेरण मोटर में होने वाले बिजली के नुकसान पर अधिक विस्तार से ध्यान दें।

इलेक्ट्रिक ड्राइव के संचालन को कई विद्युत और यांत्रिक मात्राओं की विशेषता है।

बिजली की मात्रा में शामिल हैं:

• साधन वोल्टेज
• मोटर करंट
• चुंबकीय प्रवाह
• इलेक्ट्रोमोटिव बल (EMF)।

मुख्य यांत्रिक मात्रा हैं:

• रोटेशन की गति n (आर / मिनट),
• इंजन का घूमने वाला क्षण M (N • m),
• विद्युत मोटर पी (डब्ल्यू) की यांत्रिक शक्ति, गति और गति के उत्पाद द्वारा निर्धारित: पी = (एम • एन) / (9.5%)।

रोटेशन की गति n के अलावा, भौतिकी से ज्ञात एक और मूल्य का उपयोग घूर्णी गति की गति को निरूपित करने के लिए किया जाता है - कोणीय वेग expressed, जो प्रति सेकंड रेडियन (रेड / एस) में व्यक्त किया जाता है। कोणीय वेग के बीच rot और घूर्णी गति n निम्न संबंध है:

$$

$$π = \ frac {(2 *) * n)} {60} = \ frac {n} {(9,55)}$$

फार्मूला को ध्यान में रखते हुए फार्म ले रहा है:

$$

$$पी = एम * ω (2)$$

इसके रोटर n की घूर्णी गति पर इंजन टॉर्क M की निर्भरता को इलेक्ट्रिक मोटर की यांत्रिक विशेषता कहा जाता है। ध्यान दें कि एक अतुल्यकालिक मशीन के संचालन के दौरान, तथाकथित विद्युत चुम्बकीय शक्ति को स्टेटर से एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का उपयोग करके हवा के अंतराल के माध्यम से प्रेषित किया जाता है:

$$

$$P_ {em} = M * }_0$$

इस शक्ति का एक हिस्सा अभिव्यक्ति (2) के अनुसार यांत्रिक शक्ति के रूप में रोटर शाफ्ट को प्रेषित किया जाता है, और बाकी रोटर श्रृंखला के सभी तीन चरणों के सक्रिय प्रतिरोधों में नुकसान के रूप में आवंटित किया जाता है।

ये हानियाँ, जिन्हें विद्युत कहा जाता है, समान हैं:

$$

$$∆_ {el} = 3 * I ^ 2 * r$$

इस प्रकार, बिजली के नुकसान को घुमावदार के माध्यम से गुजरने वाले वर्तमान के वर्ग द्वारा निर्धारित किया जाता है।

वे प्रेरण मोटर के भार से दृढ़ता से निर्धारित होते हैं। इलेक्ट्रिक को छोड़कर अन्य सभी प्रकार के नुकसान, लोड के साथ कम महत्वपूर्ण रूप से बदलते हैं।

इसलिए, हम विचार करेंगे कि गति को नियंत्रित करते समय एक प्रेरण मोटर के विद्युत नुकसान कैसे होते हैं।

इलेक्ट्रिक मोटर के रोटर की घुमावदार में सीधे बिजली की हानि मशीन के अंदर गर्मी के रूप में उत्पन्न होती है और इसलिए इसकी हीटिंग का निर्धारण करती है। जाहिर है, रोटर सर्किट में अधिक से अधिक बिजली के नुकसान, इंजन की दक्षता कम होती है, कम किफायती इसका संचालन।

यह देखते हुए कि स्टेटर में नुकसान रोटर में होने वाले नुकसान के लगभग आनुपातिक हैं, रोटर में बिजली के नुकसान को कम करने की इच्छा और भी अधिक समझने योग्य है। इंजन की गति को नियंत्रित करने का वह तरीका किफायती है जिसमें रोटर में विद्युत हानियाँ अपेक्षाकृत कम होती हैं।

अभिव्यक्तियों के विश्लेषण से यह निम्न है कि इंजनों को नियंत्रित करने का सबसे किफायती तरीका तुल्यकालिक के करीब रोटर गति है।

चर आवृत्ति ड्राइव

पंपिंग, वेंटिलेशन उपकरण, कन्वेयर सिस्टम, जेनरेशन सुविधाएं (टीपीपी, स्टेट डिस्ट्रिक्ट पावर प्लांट, इत्यादि), आदि जैसे विभिन्न उद्योगों के रोजमर्रा के जीवन में, ऐसे इंस्टॉलेशन जैसे वेरिएबल फ़्रीक्वेंसी ड्राइव (वीएफडी), जिन्हें फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर्स (आईएफ) भी कहा जाता है, शामिल हैं। )। ये सेटिंग्स आपको इलेक्ट्रिक मोटर को आपूर्ति की जाने वाली तीन-चरण वोल्टेज की आवृत्ति और आयाम को बदलने की अनुमति देती हैं, जिसके कारण नियंत्रण तंत्र के ऑपरेटिंग मोड में एक लचीला परिवर्तन प्राप्त होता है।

उच्च वोल्टेज चर आवृत्ति ड्राइव

रचनात्मक VFD

यहां मौजूदा आवृत्ति कन्वर्टर्स का संक्षिप्त विवरण दिया गया है।

संरचनात्मक रूप से, कनवर्टर में कार्यात्मक रूप से जुड़े ब्लॉक होते हैं: इनपुट ट्रांसफार्मर ब्लॉक (ट्रांसफार्मर कैबिनेट); एक बहुस्तरीय पलटनेवाला (इन्वर्टर कैबिनेट) और एक सूचना इनपुट और डिस्प्ले यूनिट (नियंत्रण और संरक्षण कैबिनेट) के साथ एक नियंत्रण और सुरक्षा प्रणाली।

इनपुट ट्रांसफार्मर की कैबिनेट में, ऊर्जा को तीन चरण की बिजली आपूर्ति से इनपुट मल्टी-विंडिंग ट्रांसफार्मर में स्थानांतरित किया जाता है, जो कम वोल्टेज को बहु-स्तरीय इन्वर्टर में वितरित करता है।

एक बहुस्तरीय इन्वर्टर में एकीकृत कोशिकाएँ होती हैं - कन्वर्टर्स। कोशिकाओं की संख्या एक विशिष्ट निर्माण और निर्माता द्वारा निर्धारित की जाती है। प्रत्येक सेल एक रेक्टिफायर और आधुनिक IGBT ट्रांजिस्टर पर एक ब्रिज वोल्टेज इन्वर्टर (इंसुलेटेड गेट के साथ द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर) के साथ एक डीसी लिंक फिल्टर से लैस है। प्रारंभ में, इनपुट प्रत्यावर्ती धारा को ठीक किया जाता है, और फिर, अर्धचालक पलटनेवाला का उपयोग करके, इसे समायोज्य आवृत्ति और वोल्टेज के साथ प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित किया जाता है।

नियंत्रित अल्टरनेटिंग वोल्टेज के प्राप्त स्रोत श्रृंखला में लिंक से जुड़े होते हैं, जिससे वोल्टेज चरण बनता है। एक इंडक्शन मोटर के आउटपुट थ्री-फेस पावर सप्लाई सिस्टम का निर्माण स्टार्स स्कीम के अनुसार लिंक पर स्विच करके किया जाता है।

सुरक्षा नियंत्रण प्रणाली नियंत्रण और संरक्षण कैबिनेट में स्थित है और इसे कनवर्टर के स्वयं के सहायक स्रोत, एक सूचना इनपुट-आउटपुट डिवाइस और कनवर्टर के विद्युत संचालन मोड के प्राथमिक सेंसर से बिजली आपूर्ति प्रणाली के साथ बहुक्रियाशील माइक्रोप्रोसेसर इकाई द्वारा दर्शाया गया है।

बचत क्षमता: एक साथ गिनती

मित्सुबिशी इलेक्ट्रिक द्वारा उपलब्ध कराए गए आंकड़ों के आधार पर, हम आवृत्ति कन्वर्टर्स को पेश करते समय ऊर्जा की बचत क्षमता का मूल्यांकन करेंगे।

सबसे पहले, आइए देखें कि इंजन विनियमन के विभिन्न तरीकों के तहत बिजली कैसे बदलती है:


और अब हम गणना का एक उदाहरण देते हैं।

मोटर दक्षता: 96.5% ;
चर आवृत्ति ड्राइव की दक्षता: 97% ;
नाममात्र की मात्रा के साथ प्रशंसक शाफ्ट पर बिजली: 1100 किलोवाट ;
फैन विशेषता: एच = 1.4 पी.यू. क्यू = 0 पर ;
वर्ष के लिए पूर्ण समय: 8000 घंटे

शेड्यूल के अनुसार पंखे का ऑपरेटिंग मोड:


ग्राफ से हम निम्नलिखित डेटा प्राप्त करते हैं:

100% हवा की खपत - प्रति वर्ष परिचालन समय का 20%;
हवा की खपत का 70% - प्रति वर्ष परिचालन समय का 50%;
50% हवा की खपत - प्रति वर्ष परिचालन समय का 30%।


रेटेड लोड के तहत काम के बीच बचत और इंजन की गति को नियंत्रित करने की क्षमता के साथ काम (VFD के साथ संयोजन के रूप में काम) के बराबर है:

7,446,400 kWh / वर्ष - 3,846,400 kWh / वर्ष = 3,600,000 kWh / वर्ष

हम बिजली के टैरिफ को ध्यान में रखते हैं - 1 kWh / 5.5 रूबल। यह ध्यान देने योग्य है कि लागत पहली कीमत श्रेणी के अनुसार ली गई है और 2019 के लिए प्रिमोर्स्की क्षेत्र के औद्योगिक उद्यमों में से एक के लिए औसत मूल्य है।

हमें मौद्रिक संदर्भ में बचत मिलती है:

3 600 000 kW * h / वर्ष * 5.5 रूबल / kW * h = 19 800 000 rubles / वर्ष

ऐसी परियोजनाओं को लागू करने की प्रथा 3 साल की पेबैक अवधि को ध्यान में रखते हुए, संचालन और मरम्मत की लागतों को ध्यान में रखते हुए, साथ ही आवृत्ति कन्वर्टर्स की लागत को भी अनुमति देती है।

जैसा कि आंकड़े बताते हैं, VFD को लागू करने की आर्थिक व्यवहार्यता में कोई संदेह नहीं है। हालांकि, उनके कार्यान्वयन का प्रभाव एक अर्थव्यवस्था तक सीमित नहीं है। VFD सुचारू रूप से इंजन को शुरू करता है, इसके पहनने को काफी कम करता है, लेकिन मैं अगली बार इस बारे में बात करूंगा।