Электродвигатели, частотно-регулируемые приводы

ОАО Владимирский Электромоторный Завод выпускает асинхронные электродвигатели, а электропривод на основе асинхронных электродвигателей наиболее распространенный вид электропривода. В более 60% механизмов в мире используются асинхронные электродвигатели, потребляя почти 30% всей электроэнергии, вырабатываемой в мире.

Понимая важность проблемы внедрения регулируемого привода руководство ОАО «ВЭМЗ» в 1995 году приняло решение о начале выпуска комплектного частотно-регулируемого привода на базе асинхронных электродвигателей и преобразователей частоты.

Начало реализации этого решения стало возможным благодаря сотрудничеству специалистов завода с японской фирмой «HITACHI». Опыт работыс этой фирмой у нас более 7 лет. В 2000 году по объёмам закупок оборудования мы вошли в число 12 основных дистрибьюторов фирмы «HITACHI» по преобразователям частоты в мире.

В настоящее время мы поставляем преобразователи частоты не только фирмы «HITACHI», но также преобразователи частоты фирмы КЕВ производство Германия. Это обусловлено тем, что 2000 году не только резко возрос спрос на преобразователи частоты различных мощностей, но и усложнились задачи, которые ставятся перед частотно-регулируемым приводом потребителем.

Сейчас внедрение поставляемых нами преобразователей частоты идёт как быпо двум направлениям. Основное направление . применение преобразователей частоты, как основы энерго-ресурсо-сберегающих систем. Второе направление . применение комплектного частотно-регулируемого привода там, где раньше применялся привод постоянного тока. Это в основном машиностроение, станкостроение, металлургическая и химическая промышленность, пищевая промышленность, стекольная промышленность и другие.

Многолетний опыт эксплуатации преобразователей частоты на станциях подачи воды во многих городах России подтвердил, что применение этого оборудования для управления электродвигателями насосных агрегатов и вентиляторов . один из основных способов повышения эффективности работы оборудования с вентиляторным типом нагрузки и экономии электроэнергии.

Анализ характеристик оборудования с вентиляторным типом нагрузки показывает, что в настоящее время дутьевые вентиляторы, дымососы и центробежные насосы используются неэффективно, т.е. применяются в части характеристик, имеющих низкий К.П.Д с большим перерасходом мощности.

Например: при уменьшении расхода воздуха по условиям технологического процесса изменением положения лопаток вентилятора даже до 60°-50° не приводит к снижению потребляемой мощности из сети, а только уменьшает расход (т.е. отдаваемую мощность).

Эффективное снижение потребляемой мощности при уменьшении расхода по требованиям технологического процесса возможно только при снижении скорости электродвигателя. Это означает, что для работы агрегата по кривой максимального КПД с приводом от имеющегося асинхронного электродвигателя, необходимо применять частотно-регулируемый привод.

Кроме улучшения энергетических характеристик, значительно изменяются эксплуатационные показатели: увеличивается межремонтный цикл из-за снижения механических нагрузок и смягчения пусковых режимов, легко выбирается необходимый технологический режим.

В настоящее время тенденции перехода к частотно-регулируемому приводу для вентиляторов и центробежных насосов стали более очевидными. Но перед принятием решения о закупке оборудования необходима тщательная проработка всех технико-экономических вопросов, связанных с внедрением и дальнейшей эксплуатацией частотно-регулируемого привода. Необходимо предварительно определить возможную экономию хотя бы электроэнергии на основании анализа расхода воды за сутки неделю, месяц. Необходимо учитывать возможное увеличение расхода воды в будущем.

В начале 1997 года ОАО «ВЭМЗ» и МУП ВКХ г. Владимира провели совместные испытания частотно-регулируемого привода на одной из станций подкачки воды второго уровня. С помощью преобразователя частоты было стабилизировано оптимальное давление воды на выходе насосной станции, которое поддерживалось постоянным. За месяц работы выяснилось, что экономия электроэнергии по этой станции подкачки составила более 30%. По результатам испытаний руководство МУП ВКХ г. Владимира приняло решение оснастить все станции подкачки воды в городе, имеющие электродвигатели напряжением 380 В, преобразователями частоты.

Первые станции подкачки были оснащены преобразователями частоты в апреле 1997 г. Всего было установлено более 50 преобразователей частоты мощностью от 5,5 кВт до 110 кВт, суммарной мощностью около 1000 кВт.

Результаты работы оборудования уже за первый год показали высокую экономическую эффективность применения частотно-регулируемого привода при управлении насосными агрегатами.

По данным МУП ВКХ г. Владимира за первый год работы оборудования:

• экономия электроэнергии составила более 25%
• экономия воды составила более 12 %
• экономия за счет уменьшения затрат на обслуживание водопроводных сетей составила более 32%

За время работы не вышел из строя ни один электродвигатель, работающий от преобразователя частоты. Срок окупаемости оборудования составил на разных станциях подкачки от 6 до 18 месяцев.

Наше предприятие более 7 лет занимается поставкой преобразователей частоты для комплектования насосных станций, станций подкачек воды, тепловых узлов. За эти годы было реализовано много крупных проектов по переоснащению или установке вновь созданных насосных станций частотными преобразователями. Это водоканалы и объекты ЖКХ таких городов и прилегающих областей как Тверь, Нижний Новгород, Москва, Оренбург, Пермь, Киров, Кострома, Томск, Нефтьюганск, Новокузнецк, Екатеринбург и многие другие города РФ. В 2001 году было отгружено 4 преобразователя частоты серии L300P мощностью 132 кВт для установки на Камчатскую геотермальную станцию.

Большое количество сейчас устанавливается частотных преобразователей в рамках региональных программ энергосбережения. На сегодняшний день ведутся работы по Владимирской области, Брянской обл., Нижегородской обл., Ивановской обл., Пермской обл, Московской обл.

Сейчас мы готовы поставлять и поставляем преобразователи частоты, специально разработанные для этих целей. Эти преобразователи частоты просты в управлении, имеют открытый доступ к параметрам программирования, неприхотливы в эксплуатации, надежны. Все преобразователи частоты, поставляемые нами могут управляться по интерфейсу RS-485. Программное обеспечение для управления по RS-485 мы разработали сами и можем комплектовать при поставке преобразователей частоты.

При необходимости мы изготавливаем станции управления с пуско-регулирующей аппаратурой. Алгоритм работы станции реализуется по техническому заданию Заказчика. Разработка станций ведется на основе изучения технологических режимов насосных установок и прилегающих водопроводных или канализационных сетей.

Опыт внедрения показывает, что применение регулируемого привода обеспечивает существенное повышение эффективности перекачки воды и стоков. Разработка станций автоматического управления (САУ) предусматривает системный подход к решению совокупности задач и проблем, возникающих при построении САУ. Такой подход характеризуется совместным рассмотрением проблем автоматизации и технологических задач.

Во всех случаях должны учитываться цели положенные в основу управления. К их числу относятся:

• Обеспечение наименьшего потребления электроэнергии;
• Обеспечение наиболее полного устранения избыточных напоров;
• Поддержание заданного давления в диктующих точках сети или в напорном коллекторе станции;
• Поддержание определенного уровня в резервуаре;
• Предотвращение неэкономичных и опасных режимов работы насосных агрегатов (кавитация, помпаж);
• Устранение тяжелых пусков (дутьевые вентиляторы, дымососы) и т.д.

Во всех случаях следует иметь в виду, что в каждой насосной установке работает обычно несколько насосов параллельно, а иногда и последовательно.

При этом изменение режима работы одного из насосов оказывает влияние на режим работы других насосов. Поэтому общей задачей для всех видов станций управления является обеспечение работы насосов в зоне нормальной работы, т.е. без перегрузок, без помпажа и кавитации, вне зоны низких КПД. Эти условия влекут за собой требования к станциям управления по относительно равному распределению нагрузок между совместно работающими насосами.

Для определения и выбора оптимальной схемы управления станций необходимо рассматривать несколько определяющих факторов:

• обслуживается насосная станция или нет (наличие оператора)
• кол-во работающих насосов для обеспечения максимального разбора,
• Соотношение мощностей насосов регулируемых и нерегулируемых (соотношение должно быть не менее 1:1 иначе статическая составляющая противодавления повышается до уровня, когда зона регулирования остается настолько мала, что использование регулируемого насоса становится неэффективно). Для увеличения зоны регулирования желательно регулируемый насос выбирать большей мощности чем нерегулируемый.
• Необходимость поддержания стабильного давления

Перед принятием решения о выборе какой либо схемы, необходимо сделать технико-экономическое обоснование. Цель технико-экономического обоснования выявить целесообразность реализации того или иного технического решения и определить сравнительные достоинства рассматриваемых технических решений.

С применением станций управления оснащенных ПЧ, изменяются следующие статьи эксплуатационных расходов:

1. Снижение расхода электроэнергии на 20-30%
2. Снижение расхода чистой воды на 2-5% за счет стабилизации давления в водопроводной сети и соответственно, уменьшаются утечки и непроизводительные расходы (сброс воды)
3. Снижение расхода чистой воды, соответственно снижает сброс сточных вод в систему водоотведения и составляет 80% от экономии чистой воды
4. Уменьшается кол-во аварийных раскопок и объем ремонтных работ в зависимости от снижения избыточных напоров
5. Увеличивается межремонтный цикл электродвигателей и запорной арматуры.

В процессе проектирования станций управления насосными агрегатами в первую очередь разрабатывается функциональная схема САУ, определяющая набор функций станции управления:

• плавное регулирование подачи насосной установки путем изменения частоты вращения регулируемых насосных агрегатов в сочетании с изменением кол-ва работающих регулируемых и нерегулируемых агрегатов по выбранному параметру управления
• синхронное изменение частоты вращения регулируемых насосных агрегатов
• предотвращение работы регулируемых агрегатов в зоне перегрузок и зоне низких КПД
• возможность автоматического включения и отключения нерегулируемых насосных агрегатов при достижении регулируемыми насосами граничных значений частоты вращения, при которых требуется изменение кол-ва работающих насосных агрегатов
• обеспечения возможности формирования управляющих воздействий САУ к любому из работающих в данный момент времени регулируемых насосных агрегатов
• Формирование сигнала управления частотой вращения на все регулируемые агрегаты
• Осуществление ручного управления частотой вращения любого из регулируемых насосов
• Изменение структурной схемы управления программным путем.

В сравнительной оценке преобразователей частоты разных фирм производителей, как отечественных так и зарубежных в сочетании показателей цена-качество-технические возможности, преобразователи частоты фирмы HITACHI производство Япония и фирмы КЕВ производства Германия выгодно отличаются в лучшую сторону. Это оборудование мы получаем непосредственно с заводов изготовителей это г. Нарошино Япония и г. Барнтруп Германия.

Наши технические специалисты прошли обучение на заводах изготовителях. ООО «ВЭМЗ-Спектр» предоставляет полное техническое сопровождение проектов от формирования технического задания до сдачи оборудования в эксплуатацию с проведением пуско-наладочных работ и дальнейшим гарантийным и послегарантийным обслуживанием.