Экономическая эффективность применения преобразователя частоты

 Экономическая эффективность применения преобразователя частоты

Использование преобразователей частоты в системах регулирования давления и расхода

Многие задаются вопросом о целесообразности дополнительных трат на  частотный преобразователь, когда и так все работает и все устраивает.

Чтобы ответить на этот вопрос, обратимся к графикам, которые были получены опытным путем:

 

Полученные графики наглядно демонстрируют разницу между стандартными устройствами, регулирующие технологические процессы и частотным преобразователем.

  Так же из них следует, что наиболее эффективное энергопотребление составляет 20-70% от полной (100%) загруженности(мощности),как видно, это достаточно широкий диапазон, что позволяет существенно снизить энергозатраты, как показал опыт до 30%.

Графики построены в процентном соотношении, но если подставить вместо процентов реальную мощность и расход, то можно выявить величину перерасхода электроэнергии.

Ниже представлен график и комментарии к реальному объекту, в данном случае:

В Сосногорском линейно-производственном управлении магистральными газопроводами (компрессорная станция №10) ООО «Севергазпром», а именно СУ-ЧЭ-33-А-250 ТНС-1.

 

 

На выше представленном графике наглядно видно разница потребляемой мощности (/Р) между дроссельным и частотным регулированием насосного агрегата. Прямая линия РДР = f (Q) характеризует изменение мощности, потребляемой при  дросселировании(механическое,в данном случае, управление давлением газа или жидкости) и была построена опытным путем. Точка соответствует значению потребляемой мощности двигателем при полностью закрытой задвижке, точка N – при полностью открытой. Кривая Рчрп = f (Q) построена используя формулу 1. Нетрудно увидеть, что в точке N, соответствующей номинальным характеристикам электроагрегата, они пересекаются. Точки Z и Х соответствуют значению среднего рабочего расхода Р, а их графическая разность (/Р = 102,67 кВт) отображает реальную экономию мощности (электроэнергии) при использовании частотного регулирования.

Для рассматриваемого варианта годовая экономия электроэнергии составит:
/W = /Р х tраб = 102,67 х 6480 = 665301,6 кВт.

Помимо прямой экономии электроэнергии, возникает косвенная экономия, выраженная в снижении вероятности аварий, стабилизации технологических параметров, продлении эксплуатационного срока оборудования, снижении затрат на обслуживание теплофикационной станции и т.д.

Но к сожалению, есть моменты, которые нужно учесть  при использовании частного преобразователя, особенно при больших мощностях (от 5,5кВт).

Преобразователи частоты это установки, содержащие устройства силовой электроники с нелинейными вольтамперными характеристиками(существенное влияние на потери напряжения на участке электрической сети оказывают устройства с нелинейной вольтамперной характеристикой.) Процессы коммутации IGBT-транзисторов, выполняющих генерацию выходной частоты, сопровождаются скачкообразным изменением параметров цепей, приводят к искажениям форм напряжения и тока, как в сети электроснабжения, так и в электродвигателях. Искажения сопровождаются генерированием высших гармоник, перенапряжениями на статоре двигателя, прикладывающихся к междуфазной и витковой изоляции обмотки, а также относительно земли.

Из выше сказанного следует, что частотный преобразователь, помимо положительного влияния на технологический процесс и оборудование , оказывает негативное влияние, что приводит к перегреву оборудования распределенной сети электропитания, снижению cos ф, снижению электрического и механического КПД нагрузок, ухудшению характеристик защитных автоматов и завышению требуемой мощности автономных энергетических установок. Несинусоидальность напряжения и тока вызывают в трансформаторах увеличение потерь на гистерезис, потерь, связанных с вихревыми токами в стали, и потерь в обмотках. Кроме того, сокращается срок службы изоляции. В кабельных линиях и шинопроводах гармоники напряжения увеличивают ток утечки, их воздействие на диэлектрик пропорционально квадрату максимального значения амплитуды. Сокращение срока службы кабельных линий составляет примерно 3,4 раза.

 

 

                Сетевой дроссель (входной), является двухсторонним буфером между сетью электроснабжения и преобразователем частоты.

защищает преобразователь частоты от импульсных всплесков напряжения в сети

защищает преобразователь частоты от перекосов фаз питающего напряжения

уменьшает скорость нарастания токов короткого замыкания в выходных цепях преобразователя частоты

повышают срок службы конденсатора в звене постоянного тока

        Сглаживающий дроссель, выполняет те же функции, что и сетевой   дроссель, кроме защиты преобразователя частоты от импульсных всплесков напряжения в сети и от перекосов фаз питающего напряжения.

                Дроссели du/dt, эффективны при небольшой длине моторного кабеля и низкой частоте ШИМ (широтно-импульсная модуляция) и являются тем необходимым минимумом, который должен обеспечить пользователь для надежной работы приводной системы.

             повышение надежности и долговечности двигателя

             ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt

 

          Моторные дроссели в отличие от дросселей du/dt имеют более высокую индуктивность и поэтому могут работать при большой длине кабеля и большой частоте переключений. Это чаще всего применяемое и успешное устройство, которое защищает двигатель от негативного влияния ШИМ преобразователя частоты.

повышение надежности и долговечности мотора

ограничение крутизны нарастания напряжения du/dt

успешное подавление электромагнитных помех

уменьшение амплитуды перенапряжений на клеммах двигателя

снижение уровня шума двигателя

 

 

          Синус-фильтры преобразуют импульсное напряжение ШИМ-инвертора на синусоидальное напряжение, эффективно ограничивают негативное влияние преобразователя частоты на двигатель и кабель питания. Ток и напряжение являются синусоидальными, а систему в целом отличает электромагнитная совместимость. Дополнительные потери в кабеле и двигателе, а также электромагнитные помехи сведены к минимуму, а систему в целом отличает электромагнитная совместимость. Чаще всего синусоидальные фильтры применяются при длинных кабельных соединениях (позволяя использовать при этом неэкранированный кабель, который намного дешевле) и в приводных системах во взрывоопасных помещениях (поскольку исключают риск возникновения перенапряжения на клеммах двигателя). Наличие фильтров необходимо также в случае параллельной работы сразу нескольких двигателей, приводимых в движение от одного инвертора, а также при модернизации приводных систем старого типа, в которых привод и двигатель не были приспособлены к работе с инвертором.

повышение надежности и долговечности мотора

ограничение крутизны нарастания напряжения и перенапряжений на клеммах двигателя

возможность применения длинных неэкранированных кабелей, которые намного дешевле

ограничение экранных, подшипниковых токов и токов утечки на землю

устранение дополнительных потерь в двигателе и кабеле питания

снижение уровня шума двигателя.