16+
Нарастание электропотребления в развивающихся регионах России в условиях проявившейся нехватки генерирующих мощностей свидетельствует о необходимости безотлагательного решения вопросов повышения эффективности технологических процессов, связанных с потреблением электроэнергии. В этой комплексной проблеме одним из основных направлений ее решения является применение частотного регулирования электроприводов, позволяющее, по разным оценкам, экономить от 40% до 65% электроэнергии, а в отдельных случаях на низкоорганизованных объектах – до 90%.
Выгода от внедрения регулируемого электропривода обоюдная – как для потребителей, так и для производителей электроэнергии: первые получают существенное снижение собственных затрат, а вторые – время для наращивания генерирующих мощностей.
Ощутимый прогресс в этом направлении сегодня наблюдается главным образом лишь в отношении низковольтных потребителей относительно небольшой единичной мощности, которые комплектуются серийными полупроводниковыми преобразователями частоты (СПЧ) в основном импортного производства, имеющими приемлемые массогабаритные и стоимостные показатели. В то же время в отношении мощных электроприводов, выполненных на высокое (6/10 кВ) напряжение и составляющих основную долю промышленного электропотребления, внедрение импортных высоковольтных СПЧ носит единичный характер по причине исключительно высокой стоимости и фактически индивидуального подхода к их проектированию под конкретные приводные двигатели.
Своеобразный выход из этого положения некоторые отечественные производители преобразовательной техники видят в применении двух трансформаторов (понижающего – до СПЧ и повышающего – после него). Однако очевидная громоздкость такой схемы препятствует ее широкому применению.
В этих условиях альтернативой высоковольтным СПЧ является электромашинный бесконтактный преобразователь частоты (ЭМПЧ), разработанный НПФ «Электромашиностроение», С-Петербург, и представляющий собой электромашинный агрегат на базе асинхронизированных машин. Он способен обеспечить плавное регулирование частоты вращения штатного электродвигателя в широком диапазоне и производить модернизацию нерегулируемого привода с минимальным периодом его остановки на время подключения ЭМПЧ. В этом случае реализуется законная заинтересованность потребителей в сохранении и модернизации уже установленных или имеющихся на складах нерегулируемых электроприводов.
Выполненные расчеты по основным конструктивным решениям ЭМПЧ показали, что его целесообразно выполнять на управляемую частоту вращения в диапазоне от 500 об/мин до номинальных 1000 об/мин. При этом на выходе ЭМПЧ реализуется полный диапазон электрической частоты 0…50 Гц, требуемый для регулирования штатного электродвигателя. Следует отметить, что момент преобразователя на фундамент отсутствует, поэтому отпадает надобность в тяжелых фундаментных конструкциях, характерных для приводных двигателей.
С целью возможной унификации конструктивных решений для номенклатуры наиболее распространенных высоковольтных двигателей выполнены расчеты и конструктивные проработки двух мощностных рядов ЭМПЧ. Первый – на значения мощности 630 кВт, 800 кВт, 1000 кВт. Второй – 1250 кВт, 1600 кВт, 2000 кВт. Массогабаритные характеристики ЭМПЧ указанной номенклатуры представлены на рисунке и в таблицах 1 и 2. Предполагается разработка третьего ряда – на мощности 2500 кВт, 3200 кВт, 4000 кВт. На большие мощности приводных двигателей предусматривается параллельная работа двух ЭМПЧ на один электродвигатель.
По совокупности потребительских свойств ЭМПЧ характеризуется следующими достоинствами:
- организация электропитания непосредственно от высоковольтной сети (6/10 кВ) без трансформаторов;
- обеспечение плавного изменения частоты вращения электродвигателя в широком диапазоне;
- возможность регулирования и поддержания высокого коэффициента мощности (0 < n ≤ nн);
- обеспечение требуемой перегрузочной способности электропривода и способность компенсации возможных колебаний напряжения питающей сети;
- отсутствие коммутационных перенапряжений в обмотке статора электродвигателя, которые могут возникать при работе от СПЧ, превышая принятый испытательный порог для электродвигателя (1,3 Uн);
- ограничение пусковых токов (не более 1,5…2 от соответствующих номинальных значений);
- возможность закрытого исполнения, не требующего специального помещения и делающего его пригодным к любому месту установки, что обусловливает его использование с механизмами, работающими в экстремальных условиях (буровые комплексы, горнодобывающая техника и т. п.);
- существенно лучшие массогабаритные (~2...3 раза) и стоимостные (~1,5…2 раза) показатели;
- простота в обслуживании, не требующая специальной подготовки высококвалифицированного персонала;
- входные вводы ЭМПЧ подключаются к существующему КРУ штатного двигателя, а выходные – непосредственно к установленному двигателю. Таким образом, при модернизации электропривода остановка штатного двигателя требуется только на время изменения схемы питания.
Помимо отраженного в таблицах и рисунке ЭМПЧ, модернизируемый электропривод снабжается системой управления, которая составляет по массогабаритным показателям от основного агрегата 7…8% для асинхронного и 3…5% для синхронного привода.
В отличие от изложенного способа модернизации имеющихся или действующих приводов, задача оснащения регулируемыми приводами новых производств может решаться на базе иного полностью агрегатированного высоковольтного электропривода, регулировочные свойства которого заложены в нем самом. В этом случае для электропривода в целом могут быть получены еще более улучшенные технические, массогабаритные и стоимостные показатели по сравнению с рассмотренной схемой «преобразователь-двигатель».
Сегодня в связи с высокой актуальностью многие фирмы конкурируют в технической политике построения высоковольтного регулируемого электропривода. Надежность, относительная простота и дешевизна любой электрической машины, даже при ее нетрадиционной конструкции, по нашему мнению, очевидны. Предлагаемый нами способ, не выходящий за рамки области электромашиностроения, где потенциал интересных решений далеко не исчерпан, позволяет создать регулируемый электропривод, который, по нашему мнению, наиболее оптимизирован именно для российских условий.
WhatsApp
ВКонтакте
.svg)
