Як підвищити ефективність електродвигуна
Більшість насосів приводяться в дію за допомогою асинхронних електродвигунів, це означає, що двигуни вносять вклад в загальну ефективність насосної системи.
Електродвигуни розвиваються протягом останніх 150 років. Не дивлячись на те, що існує великий вибір з різних конструкцій двигунів (наприклад синхронні, асинхронні або постійного струму), найбільш використовуваним в промисловості на сьогоднішній день є асинхронний електродвигун змінного струму, тому що є більш надійним. Також асинхронний електродвигун краще при використанні частотного перетворювача. Досить висока ефективність в поєднанні з простотою виготовлення, високою надійністю і низькою ціною робить його самим широко-застосовуваним типом двигуна по всьому світу.
Малюнок 1: Асинхронний електродвигун з короткозамкненим ротором
На малюнку 1 показана звичайна компоновка асинхронного електродвигуна з трьома обмотками статора, які розташовані навколо сердечника. Обмотка ротора складається з мідних або алюмінієвих стрижнів, торці яких з'єднує безпосередньо замкнуті кільцями. Кільця ізольовані від ротора. В підшипниковому вузлі, як правило, використовуються шарикопідшипники з змазкою, що за винятком дуже великих двигунів. Мастило масляним туманом може значно збільшити термін служби підшипників. У всіх асинхронних електродвигунах використовується трифазний струм, за винятком самих маленьких промислових процесів (нижче 2 к.с.). Для запуску фазних двигунів необхідні інші засоби, такі як щітки або конденсаторний пуск (використання конденсатора під час пуску).
Проблема ефективності двигуна
При використанні електродвигуна в якості приводу насоса втрати енергії і падіння тиску в результаті неефективності насоса зазвичай набагато більше, ніж втрати енергії пов'язані з неефективністю електродвигуна, але вони не є незначними. Оптимізація ефективності електродвигуна насоса може забезпечити реальну економію вартості робочого циклу на протязі всього терміну служби насоса / електродвигуна. Ключовими факторами, які впливають на ефективність асинхронного двигуна є:- відносна навантаження двигуна (негабаритні двигуни знаходяться під навантаженням)
- швидкість обертання (число полюсів)
- розмір двигуна (номінальна потужність)
- клас двигуна: звичайний ККД в порівнянні з енергоефективністю в с рівнянні з високим ККД
Ефективність електродвигуна при частковому завантаженні
Як показано на малюнку 2, ефективність асинхронного електродвигуна змінюється разом з
відносної навантаженням на електродвигун в порівнянні з номінальною характеристикою. Аж до навантаження в 50% ефективність більшості електродвигунів залишається лінійною і для деяких електродвигунів досягає піку біля позначки 75%. Електродвигуни можуть працювати при навантаженні менше 50% тільки протягом короткого проміжку часу і не можуть експлуатуватися при навантаженнях менше 20% від номінальних. Таким чином, коли відрегульовані робочі колеса або насоси повертаються до своїх кривим "натиск-подача", необхідно оцінити вплив відносної навантаження на електродвигун.
Малюнок 2: Ефективність електродвигуна для 100-сильних моторів - Звичайні криві характеристик при нормальному діапазоні навантажень електродвигуна
На малюнку 2 також показано вплив швидкості обертання на максимально-досяжну ефективність. 4-х полюсний електродвигун при номінальних 1800 об / хв виходить на найвищий КДП, а 2-х полюсний при номінальних 3600 об / хв дає низьку ефективність. Таким чином, хоча насоси з номінальною частотою обертання 3600 об / хв можуть бути більш ефективними (і мати низьку закупівельну вартість), ніж насоси зі швидкістю обертання 1800 об / хв, електродвигуни останніх можуть бути більш ефективними, плюс ці насоси, як правило, мають нижчий NPSHR і енергію всмоктування, не кажучи вже про більш тривалий термін служби. Також слід зазначити, що номінальна потужність електродвигуна впливає на його ефективність, великі електродвигуни мають більшу ефективність, ніж малі.
Швидкість обертання асинхронного електродвигунами я
Синхронна швидкість обертання асинхронного електродвигуна розраховується за такою формулою:
n = 120 * f / p
де:
n = швидкість обертання в об / хв
f = частота живильної мережі (Гц)
p = кількість полюсів (min = 2)
Для регулювання частоти обертання електродвигуна без використання зовнішніх механічних пристроїв необхідно регулювати напругу і частоту подається струму. Деякі електродвигуни можуть бути виготовлені з декількома обмотками (кількість полюсів) для досягнення двох або більше різних швидкостей обертання.
Асинхронні електродвигуни обертаються зі швидкістю, яка менше швидкості обертання магнітного поля (на 1-3% при повному навантаженні). Різниця між фактичною і синхронною частотою обертання називається ковзанням. Для нових більш енергоефективних електродвигунів ковзання має тенденцію зменшуватися на відміну від старих електродвигунів зі звичайним ККД. Це означає, що при заданому навантаженні енергоефективні електродвигуни працюють трохи швидше.
Малюнок 3. Ефективність при повній і частковій завантаженні двигуна з низьким і високим ККД
Електродвигуни з високим ККД
На малюнку 3 зображено приклад можливого підвищення ефективності, коли старий електродвигун зі звичайною ефективністю замінюється новим, що має більш високий ККД. Як згадувалося раніше, електродвигуни з високим ККД працюють з меншим ковзанням, що дає деяке збільшення швидкості обертання, а отже натиск насоса і продуктивність стають трохи більше.
Однак, використання електродвигунів з високим ККД в деяких (зі зміною подачі) процесах буде не виправдано, через більшої швидкості обертання (і напору насоса), до тих пір поки існуючі електродвигуни як і раніше слабо завантажені (працюють з низьким ККД). Оскільки вхідна потужність на валу насоса пропорційна швидкості в кубі, проста заміна старого електродвигуна новим з високим ККД не обов'язково призведе до зниження споживання енергії.
З іншого боку, якщо трохи більша подача і напір для насоса - це добре, заміна старого
електродвигуна зі звичайним ККД на новий з високим ККД може бути виправдана.
Коефіцієнт потужності електродвигуна
Інша проблема, яка входить в гру з характеристиками асинхронного електродвигуна (яка має непрямий вплив на енергоспоживання) називається "Коефіцієнт Потужності". деякі
комунальні підприємства зобов'язують клієнтів платити додаткові збори за низькі значення
коефіцієнтівпотужності. Втрати в мережі відбуваються за рахунок того, що при меншому коефіцієнті
потужності потрібна більша кількість струму, що призводить до серйозних втрат енергії. Як і ККД,
коефіцієнт потужності електродвигуна також знижується зі зменшенням навантаження на нього практично за лінійним законом приблизно до 50% навантаження.
Визначення коефіцієнта потужності:
Фазовий зсув (затримка) синусоїдальної хвилі струму від синусоїди напруги, який вибарабивает меншу кількість корисної потужності.
Зрушення, викликаний необхідним струмом намагнічування двигуна
PF = Pi / KVA
де:
KVA = VxIx (3) 0.5 / 1,000
Нижня формула показує, як коефіцієнт потужності впливає на вхідну потужність трифазного
електродвигуна (кВт). Зверніть увагу, що чим нижче коефіцієнт потужності (більше зрушення фази ток-напруга VA), тим менше споживання енергії при даному вхідному струмі і напрузі.
де:
Pi = VxIxPF (3) 0.5 / 1,000
Pi = трифазний вхід кВт
V = середньоквадратичне напруга (середнє від 3 фаз)
I = середньоквадратичне значення сили струму в амперах (береться від 3 фаз)
PF = коефіцієнт потужності у вигляді дробу
- покупка електродвигунів з самого початку високим PF
- не купуйте занадто великі електродвигуни (коефіцієнт потужності падає разом зі зменшенням
- навантаження на електродвигун)
- установка компенсуючих конденсаторів паралельно з обмотками електродвигуна
- збільшити повне завантаження коефіцієнта потужності до 95% (Max)
- перетворення в привід з частотним регулюванням
Пускові конденсатори електродвигунів є одним з найбільш поппулярних способів збільшення коефіцієнта потужності і мають наступний список переваг:
- збільшення PF
- меньшеніе реактивного струму від електроустаткування через кабелі й пускачі електродвігателейменьшее тепловиділення і втрати потужності кВт
- У міру зменшення навантаження на електродвигун зростає можливість економії, а PF
- падає нижче 60% -70%. (Можлива економія 10%)
- Зменшення зборів за коефіцієнт потужності
- Збільшення загальної продуктивності системи
- Інтелектуальна система управління електродвигуном
- Частотно-регульований електропривод
Більш висока напруга
Іншим способом підвищення ККД електродвигуна є підвищення робочої напруги. Чим вище напруга, тим нижче ток і, тим самим будуть нижче втрати в мережі. Однак, висока напруга призведе до збільшення ціни частотно-регульованого приводу і зробить роботу більш небезпечною.
висновки
Таким чином, коли ви намагаєтеся скоротити енергоспоживання насосних систем не забувайте про
КДП електродвигуна і факторах, перерахованих вище, які на нього впливають.