Экономия энергии с помощью частотного преобразователя
Внедрение аппаратов для частотного регулирования оборотов электроприводных механизмов в системах подачи воды и отопления населенных пунктов, промышленных предприятий или иных объектов обеспечивает существенную экономию электрической энергии. На какую величину можно добиться снижения расходного показателя, рассматривается в предлагаемом обзоре на примере расчета параметров электродвигателя насоса, подключенного через частотник.
Внедрение аппаратов для частотного регулирования оборотов электроприводных механизмов в системах подачи воды и отопления населенных пунктов, промышленных предприятий или иных объектов обеспечивает существенную экономию электрической энергии. На какую величину можно добиться снижения расходного показателя, рассматривается в предлагаемом обзоре на примере расчета параметров электродвигателя насоса, подключенного через частотник.
За счет чего снижается расход электроэнергии?
Чтобы корректно подобрать насосный агрегат, важно учитывать, что пики рабочих нагрузок при эксплуатации этого оборудования в системах водоснабжения отмечается в утреннее и вечернее время. В эти часы расход воды становится максимальным, а давление нужно поддерживать на высоком уровне, который должен обеспечивать двигатель по номинальной мощности.
Исходя из указанных условий, в остальное время в магистралях может поддерживаться избыточный напор, ввиду снижения объемов потребления населением.
Интенсивность подачи можно регулировать задвижками или клапанами, изменяя диаметр проходного сечения труб. Но для этого требуется применения дополнительной техники, не всегда надежной и нуждающейся в отдельном, нередко сложном обслуживании и ремонте. Также на эксплуатацию этих устройств приходится расходовать большое количество электроэнергии.
Значительно удобнее и правильнее снижать давление в системе в часы минимального расхода уменьшением оборотов двигателя насосного агрегата, сохранив исходную нагрузку. Частоту вращения вала насоса можно уменьшать или увеличивать, в зависимости от потребления пользователями воды, подключив приводной механизм через частотный преобразователь, синхронизированный с датчиком давления в магистрали.
Как зависит энергопотребление от расхода рабочей среды, проще понять по графику. Нагляднее выигрыш в потреблении электроэнергии заметен по кривым силы тока в ситуации с использованием частотника и изменением напора задвижками:
Следующий график показывает, как изменяется расход воды пользователями в течение суток:
Расчет экономии электрической энергии
Достижение экономического эффекта возможно, ввиду рационального управления оборудованием, исходя из интенсивности потребления ресурсов в разное время суток. Расчет выполнен на примере насосного агрегата с такими характеристиками:
- типом насоса – К80 – 50 – 200;
- рабочим напором – 50 м;
- номинальной подачей – 50 кубов в час;
- оборотами – 2 840 мин-1;
- потребляемой мощностью – 15 кВт;
- мощностью электрического двигателя привода – 15 кВт;
- номинальным током мотора – 30 А.
Для оценки экономии стоит учитывать, что цена на электроэнергию составляет 7,87 руб. за 1 кВт*ч.
По результатам расчета можно получить следующие значения:
- показатель расчетной экономии, по сравнению с методом регулирования задвижками – 42 процента;
- расход при регулировке дросселированием – 360 кВт*ч;
- снижение объема потребления энергии при подключении через частотный преобразователь – 151 кВт*ч;
- период окупаемости – 10 месяцев;
- цена ЧП с блоком управления и другим вспомогательным оборудованием – от 150 000 руб.
В данной ситуации возможно применение частотника Веспер Е4-P8402-075H на 55 кВт за 144 700 руб. Этот аппарат окупится всего за 10 месяцев, а при последующей эксплуатации предприятие может существенно сократить расходы на работу оборудования для подачи воды населению.
Кроме указанного выигрыша использования частотного преобразователя, важно учитывать наличие таких дополнительных преимуществ:
- экономии электрической энергии на 60 процентов;
- сокращения потребления воды на 60 процентов, учитывая стабилизацию давления в системе;
- снижения нагрузки на насосное оборудование и коммуникации, ввиду предупреждения рисков гидроударов, с продлением срока службы агрегатов;
- уменьшения амортизационных отчислений на ремонт основных фондов.
Приведенный пример наглядно показывает, насколько выгодно применение частотных преобразователей для подключения насосных установок.
Особенности подбора ЧП
Условия выбора ЧП рассмотрены на примере популярного бренда Веспер. Модель нужно подбирать по номинальному току и мощности электропривода. При подборе типа частотника учитывают скорость вращения вала насоса, точность и диапазон регулирования оборотов.
В зависимости от условий эксплуатации подбирают исполнение по дополнительным протоколам связи, конфигурации входов и выходов.
По представленным критериям подходят аппараты серии Е4-Р8402.
Параметры ЧП по типам управления отражены в таблице:
| Характеристики | При векторном управлении, без датчика | При скалярном управлении | При полном векторном управлении по датчику на 700В |
| Погрешность поддержания оборотов при отсутствии датчика | До 3% при скалярном режиме работы, до 0,2% при векторном | До 3% | До 0,1% |
| Погрешность поддержания оборотов при наличии датчика | - | - | До 0,01% |
| В каком диапазоне можно регулировать | 1 к 40 при скалярном режиме, 1 к 100 при векторном | 1 к 40 | 1 к 40 при скалярном режиме, 1 к 100 при векторном, 1 к 1000 при импульсном датчике |
| Можно ли управлять моментом | Нет | Нет | Да |
На следующем этапе нужно определить, какой ЧП подойдет для соответствующего привода.
Для стандартного асинхронного двигателя справедливы такие зависимости:
Iраб дв ≤ Iч.
Рдв ≤ Р ч.
При неполной загрузке мощность можно не учитывать.
В представленных формулах использованы следующие обозначения:
- Iраб дв – рабочий ток двигателя;
- Iч – ток частотника;
- Рдв – рабочая мощность двигателя;
- Рч – мощность ЧП.
В выбранной для насоса модели Веспер Е4-P8402-075H мощность составляет 55 кВт, при силе тока 112 А. Аппарат рассчитан на подключение к трехфазной сети напряжением 380 В.