Регулируемый электропривод

Системы автоматизации на базе регулируемых электроприводов

При современных требованиях к электроприводам на первом месте стоят требования по энергосбережению, надежности, технологической эффективности, унификации и увеличению межремонтных периодов приводов. Асинхронные двигатели обеспечивают указанные требования, однако, при всех своих достоинствах (простоте изготовления, надежности в эксплуатации, долговечности) они обладают двумя существенными недостатками: отсутствием возможности плавной регулировки частоты вращения для изменения производительности приводного механизма и высокими пусковыми токами (моментами).

Обеспечить весь комплекс требований с одновременным исключением указанных недостатков позволяет применение устройств частотного регулирования — преобразователей частоты (ПЧ), которые служат для плавного, бесступенчатого пуска и регулирования частоты вращения трехфазных асинхронных и синхронных электродвигателей переменного тока. ПЧ сочетают в себе уникальные качества — высокий технический уровень, надежность и невысокую цену. Они просты в эксплуатации, имеют большой срок службы, практически не требуют сложной наладки при установке и легко встраиваются в существующие системы. Широкий диапазон мощностей и различные варианты системы управления позволяют подобрать решение для любой задачи.

Системы с устройствами частотного регулирования — преобразователями частоты

Эффективность преобразователей частоты зависит от типа приводного механизма, режимов его работы и требований по его управлению. В связи с тем, что ПЧ обладают целым комплексом преимуществ, области их применения можно разделить на две категории:

применения, где преимущественно необходимо и возможно энерго- ресурсосбережение (вентиляторы, насосы);
технологические применения, где требуется изменение частоты вращения, поддержание и регулирование параметров техпроцесса, скорости, момента (конвейеры, производственные линии, станки, краны и др.).

Общую информацию о преобразователях частоты и преимуществах их внедрения Вы можете почерпнуть здесь.

Как показывает практика, наибольшего эффекта при внедрении преобразователей можно достичь только увязав их с системой автоматики.

ООО «Элпро-М» имеет значительный опыт в разработке, поставке и наладке низковольтных (0,4 кВ) и высоковольтных (6, 10 кВ) преобразователей частоты, включая проектирование и внедрение сопутствующих систем автоматизации.

Основной задачей АСУТП должна быть реализация такого закона регулирования частоты вращения насоса (или вентилятора), который являлся бы функцией многих переменных, учитывающих технологические режимы работы оборудования, поддержание необходимых технологических параметров на нужном уровне и обеспечение защиты оборудования от повреждения в случае неноминальных и аварийных режимах.

В этом случае АСУТП включает в себя первичные измерительные устройства (датчики) как электротехнических, так и технологических параметров, а также комплекс устройств выполняющих функции накопления и обработки информации, реализуемых на базе микропроцессорных контроллеров, а также программное обеспечение. В зависимости от пожеланий Заказчика формируется человеко-машинный интерфейс: персональный компьютер, операторская панель, пульт управления и т. п.

В частном случае, к онцепция совмещения АСУТП и ПЧ на насосной станции, в составе которой находятся несколько насосов, позволяет осуществлять автоматическое поддержание заданной производительности на выходе насосной несколькими путями:

путем автоматического регулирования частоты вращения одного из нескольких насосов (главного) и (при необходимости) автоматического включения/выключения в работу остальных (вспомогательных) насосов;
путем автоматического регулирования частоты вращения одного из нескольких насосов и (при необходимости) дистанционного ручного или автоматического переключения на работу с другим (третьим, четвертым и т.д.) насосом.

Применение ПЧ в составе системы автоматики позволит обеспечивать следующие преимущества при эксплуатации оборудования:

повысить энергоэффективность как отдельного технологического устройства или агрегата, так и предприятия в целом, поскольку:
- регулирование частоты вращения насосного агрегата позволяет обеспечивать расход вещества для потребителей, адекватный водоразбору в широком диапазоне, а значит — экономить электроэнергию по сравнению с «классическим» (нерегулируемым) вариантом;
- снижает непроизводительные затраты на транспортировку (доставку) продукта потребителю, — зависимость сопротивления сети, на которую работает насос имеет квадратичную зависимость от расхода, поэтому потери при уменьшении расхода уменьшатся в квадрате;
продлить сроки эксплуатации, и, соответственно, увеличить межремонтные периоды основного оборудования, а именно:
- уменьшить износ механической части (подшипников, уплотнений, вала и т. п.) двигателя и самого насоса на 50-70% за счет плавных пусков;
- исключить гидроудары в сети и обрыв трубопроводов вследствие избыточного давления;
- исключить дросселирование на напорах насосов;
- существенно уменьшить число ремонтов запорной арматуры в сети;
- увеличить срок службы электротехнического оборудования, входящего в комплекс насосного агрегата;
снизить колебания давления в сети, на которую работает насос;
снизить величину утечек в сети за счет адекватного давления в периоды минимальной нагрузки (ночь), а также снизить аварийность оборудования насосной и сети за счет поддержания минимального давления;
сократить срок окупаемости системы в условиях постоянного удорожания энергоносителей;
обеспечить удобство эксплуатации системы для оператора за счет высокой степени автоматизации.

В 2005 - 2008гг.ООО "ЭЛПРО-М" были реализованы и выполнены следующие проекты:

Привод ASIRobicon 1000 кВт, 6 кВ

На ОАО «Пивзавод «Рогань» — модернизация системы управления и приводов насосов этанола.

Проект предполагает установку преобразователей частоты и станции управления, которая позволит осуществлять полное управление группой насосов в автоматическом режиме с обеспечением плавного поочередного пуска насосов и регулирования производительности всей системы в зависимости от текущих потребностей технологии. В рамках проекта нами производятся проектные работы, конструирование и изготовление комплектных шкафов преобразователей частоты и шкафа управления, монтаж и ввод в эксплуатацию всей системы.

На Харьковских тепловых сетях — модернизация электроприводов насосов с внедрением преобразователей частоты корпорации «Триол», заменой пуско-регулирующей аппаратуры и систем управления.

В рамках проекта будут произведены проектные работы, конструирование и изготовление комплектных шкафов автоматики и щитов управления, монтажные и наладочные работы.

На ГПП «Кривбасспромводоснабжение» — модернизация системы управления трехнасосной станцией на базе высоковольтного (6 кВ) преобразователя частоты Perfect Harmony мощностью 1000 кВт производства концерна ASIRobicon в рамках государственной программы энергосбережения.

Внедрение установки частотного регулирования в увязке с комплексом компонентов автоматики позволит осуществлять полное управление работой группы насосов в автоматическом режиме с обеспечением их плавного поочередного пуска и регулированием производительности всей системы в зависимости от текущих потребностей конечных потребителей. При этом установленные электродвигатели и насосные агрегаты не заменяются.

В проекте предусматривается изготовление высоковольтных ячеек на базе вакуумных контакторов производства компании LG и шкафов автоматики, а также полный комплекс проектно-конструкторских и монтажно-наладочных работ.

Внедрение на ГПП «Кривбасспромводоснабжение» системы управления с преобразователем частоты позволит достичь:

экономии электроэнергии на 30-40% от ранее потребляемой;
принципиального улучшения качества водоснабжения (исключаются колебания давления в системе и гидроудары, значительно снизится вероятность утечек воды и порывов трубопроводов);
значительного ресурсосбережения и продления сроков службы технологического оборудования, за счет плавных пусков электродвигателей и насосов, их практически постоянной работы на пониженных оборотах.

Краткий перечень реализуемых функций системы управления насосной станции:

автоматическое регулирование производительности группы насосов в зависимости от водоразбора, требуемого давления в гидросистеме и др. параметров;
обеспечение оптимальных энергозатрат;
полный комплекс защит исполнительных устройств и технологического оборудования от перегрузок и недопустимых режимов работы с целью повышения надежности и безопасности эксплуатации системы;
предоставление диспетчеру полной информации о ходе технологического процесса, состоянии оборудования и механизмов.

Протокол энергоэффективности и сроке окупаемости внедрения энергосберегающей системы регулируемого электропривода на базе высоковольтного преобразователя чястоты Perfect Harmony 1000кВт, 6кВ на ГПП"Кривбаспромводоснабжение"

ООО «Элпро-М» готово разработать и внедрить системы регулируемых электроприводов, включая поставку готовых изделий и инжиниринговые работы, на таких объектах как:

прокатные станы и конвейеры;
краны, лифты;
насосные станции;
системы вентиляции и др.

Реализация систем зависит от требований Заказчика и может быть выполнена на компонентах следующих фирм-производителей:

преобразователи частоты: SIEMENS, Danfoss, OMRON, ASIRobicon, Elettronica Saterno;
система управления: нижний уровень — контроллеры Siemens, Omron и Unitronics, датчики и первичные преобразователи Danfoss, Comeco, Siemens, Endress+Hauser, Honeywell и др.; верхний уровень — SCADA In-Touch;
комплектация шкафов коммутационной и релейной автоматики — Siemens, Rade Koncar, LG, Moeller, ETIMAT, ИЭК и др., оболочки — Rittal, отечественные.

Системы с регулируемыми электроприводами постоянного тока

В силу своей сложности и неудобства эксплуатации регулируемые электроприводы постоянного тока (ЭПТ) из многих сфер применения вытесняются системами переменного тока «двигатель + преобразователь частоты» в силу преимуществ и постоянного совершенствования последних.

Однако, ЭПТ пока незаменимы в тех случаях, где требуется полное и точное управление механизмами: в металлургии, бумагоделательной промышленности и др.

По своей конфигурации и идеологии построения системы ЭПТ аналогичны рассмотренным выше системам на базе преобразователей частоты.

ООО «Элпро-М» выполняет проектирование, монтаж и наладку систем на базе электроприводов постоянного тока прозводства Siemens, ASIRobicon, Elettronica Saterno.

Системы с устройствами плавного пуска

Одним из простых и недорогих альтернативных вариантов устранения недостатков асинхронного двигателя переменного тока являются устройства плавного пуска (УПП), которые позволяют уменьшить пусковой ток (до 1,5…4*Iном) и защитить электропривод от нештатных ситуаций и возможных аварий.

Области их применения:

конвейеры;
приводы насосов (погружных и др.);
приводы с большим временем холостого хода;
механизмы с коробками передач, ременными и цепными передачами;
приводы с большим моментом инерции.

УПП применяются для электродвигателей переменного тока, с целью уменьшения пускового тока двигателя и его пускового момента и снижения его негативных воздействий на механическую часть двигателя и приводимого им механизма, а также для снижения пиковых нагрузок в питающей сети.

Применение УПП особенно эффективно для электроприводов, чувствительных к толчкам и растягивающим усилиям, приводов насосов, приводов с большим временем холостого хода, механизмы с коробками передач, ременными и цепными передачами, приводы с большим моментом инерции.

Исключение высоких пусковых моментов и пиков тока достигается благодаря снижению напряжения на клеммах двигателя. УПП выполняет это с помощью микропроцессорного управления углами открытия фаз сетевого напряжения трехфазного тиристорного устройства. Реализуемые при этом функции, как, например, плавный пуск и плавный останов, торможение постоянным током и экономия энергии при неполной нагрузке, оптимально решают проблемы асинхронного привода с помощью предоставляемых различных возможностей регулирования. Пусковой ток составляет не выше 1,5…4,0 номинального тока двигателя.

Особенностями УПП являются: компактность, малая занимаемая площадь, простое подключение двигателя, разнообразные возможности регулировки разгона, длительной работы и замедления, простой монтаж и ввод в эксплуатацию, функции защиты и контроля.

Кроме уменьшения износа механической части двигателей, агрегатов, а также сопрягаемых с ними механических частей (трубопроводов, конвейеров и т.п.), УПП могут существенным образом влиять на электрическое оборудование сетей, а именно — на выбор кабелей. При наличии на предприятии асинхронных электродвигателей, удаленных от РУ на расстояние 1000 м и выше, для обеспечения минимально допустимых величин падения напряжения в силовых кабелях приходится существенно завышать их сечение при проектировании, не адекватно номинальной токовой нагрузке. Установка УПП в таких случаях позволяет существенно уменьшить падение напряжения за счет уменьшенного пускового тока, а следовательно — уменьшить сечение кабеля и его стоимость.

Таким образом, УПП являются еще одним средством минимизации как стартовых капиталовложений в строительство объектов (исключение применения оборудования и кабелей с завышенными нагрузочными характеристиками), так и затрат на эксплуатацию и ремонты основного электротехнического и технологического оборудования.

Преимущества использования устройств плавного пуска

Ограничение ускоряющего момента уменьшает нагрузку на транспортируемый или обрабатываемый материал, уменьшает износ всех механических деталей привода и, соответственно, увеличивает периоды между ремонтами, а также повышает надежность работы и сокращает времена простоев. Исключение высоких пусковых моментов и пиков тока достигается благодаря снижению напряжения на клеммах двигателя. УПП выполняет это с помощью микропроцессорного управления углами открытия фаз сетевого напряжения трехфазного тиристорного устройства. Реализуемые при этом функции, как, например, плавный пуск и плавный останов, торможение постоянным током и экономия энергии при неполной нагрузке, оптимально решают проблемы асинхронного привода с помощью предоставляемых различных возможностей регулирования.

Особенностями УПП являются: компактность, малые габариты, простое подключение, разнообразные возможности регулировки пуска/останова, простой монтаж и ввод в эксплуатацию, функции защиты и контроля, работа с технологическими датчиками (уровня, давления и др.).

Диапазон мощностей УПП — 1,1…800 кВт; рабочих напряжений — 200…690В (для низковольтных устройств), 160…5000 кВт при U=6…10 кВ (для высоковольтных устройств).

Для упрощения контроля и управления приводом и ввода системы в эксплуатацию, конфигурирование УПП может производится путем подключения персонального компьютера.

Наша компания выполняет проектирование, монтаж и наладку систем на базе устройств плавного пуска производства Siemens, Danfoss, Elettronica Saterno.