pohony v energetike - otáčková regulácia
DESCRIPTION
POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia. KPE - Považská Bystrica – November 2007. Energetick é úspory pri prevádzke meničov frekvencie. Spotreba elektrickej energie. Elektromotory Významný podiel celkovej spotreby elektrickej energie. Spotreba energií. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
POHONYv ENERGETIKE -Otáčková regulácia
KPE - Považská Bystrica – November 2007
Energetické úsporypri prevádzke meničov frekvencie
Spotreba elektrickej energie
Spotreba v priemysle
40%
11%
49%
Ostatné Svetlo Motory
Elektromotory Významný podiel celkovej spotreby elektrickej energie
Spotreba energií
Zvyšovanie produkcie Slovenského priemyslu
Zvyšovanie výrobyVýroba náročná na el. energiu
Energeticky najnáročnejšíRozvod vzduchu kompresormiRozvod vody a tepla čerpadlami
Riadenie pohonov- úspora energie
Najpoužívanejší elektromotor v praxi
Asynchrónny motor s kotvou nakrátko
Riadenie otáčok motora frekvenčným meničom
Zmena vlastností pohonu Rozšírenie možností pohonu
Typy pohonov a poháňaných sústav
Kvadratická záťaž Odstredivé čerpadláVentilátory
Konštantná záťaž DopravníkPiestové čerpadláDúchadlá
Záťaž s veľkým momentom zotrvačnosti Zdvih, žeriavy, výťahy PílyMlyny
Konštantná záťaž
Moment a príkon motora v závislosti od frekvencie pri konštantnej záťažiZníženie výkonu pohonu pri konštantnej záťaži a pri znížení otáčok
Kvadratická záťažMoment a príkon motora v závislosti od frekvencie pri kvadratickej záťažiZníženie výkonu pohonu pri kvadratickej záťaži a pri znížení otáčok
Úspory energie pri pohonoch ventilátorov
Príkon motora pri rôznych spôsoboch regulácie
P (%)
Q (%)
100
100
20
40
60
80
20 40 60 80
Natočením lopatiek ventilátora
Škrtením
Zmenou otáčok
Q’ = Q . ( n’ / n )P’ = P. ( n’ / n ) 3
Ventilátor - výpočet návratnosti investícií do otáčkovej regulácie
Analýza pôvodného stavuČasová analýza chodu ventilátora
Časová a energetická analýza pôvodnej metódy regulácie
Výpočet spotreby energie pri používaní pôvodného riešenia
Ventilátor – pôvodný stav bez otáčkovej regulácie
RSAINAOUT
Škrtenie
Ventilátor
M
Žalúzie
YΔ
Technológia
Teplota
Vst
up
Ventilátor – s otáčkovou reguláciou
RSAIN
AOUTOtáčky
Ventilátor
M
Technológia
Teplota
Vst
up
VQFREM
400 045
PIDTeplota
Ventilátor - výpočet návratnosti investícií do otáčkovej regulácie
Návrh nového riešeniaAnalýza požiadaviek a obmedzení regulácieDimenzovanie pohonuČasová analýza chodu ventilátora pri použití navrhovaného riešeniaVýpočet spotreby energie pri používaní nového riešeniaNáklady na nové riešenieVýpočet doby návratnosti nového riešenia vzhľadom na pôvodné riešenie
Ventilátor – návratnosť
Zimná elektrická práca [kWh] 126288 220 246 SkLetná elektrická práca [kWh] 162450 283 312 Sk
503 559 Sk
Zimná elektrická práca [kWh] 44710 77 975 SkLetná elektrická práca [kWh] 132083 230 352 Sk
308 327 Sk
Úspory: 195 232 Sk
Ročná cena energie:
Ročná cena energie:
Pôvodné riešenie
Navrhnuté riešenie
Doba návratnosti je menšia ako 1 rok
Úspory energie pri pohonoch čerpadiel
Otáčková regulácia prietoku Prietok pri otáčkach nižších ako nominálneEnergetické úspory pri otáčkach nižších ako nominálneSpodná hranica regulácie
Minimálne otáčkyAutomatické „parkovanie“ meničaAutomatické „štartovanie“ meniča
Úspory energie pri pohonoch čerpadielQ’ = Q . ( n’ / n )P’ = P. ( n’ / n ) 3
Možnosti regulácie pohonov čerpadiel a ventilátorov
Konštantný tlak
Konštantná tlaková diferencia
Konštantná výška hladiny
Regulácia nad nominálne otáčky
Plynulá regulácia bez tlakových rázov
Energetická optimalizácia
Kaskádne riadenie až 4 motorov
Regulácia AM veľkých výkonov
Regulácia pomocou VN meničov frekvencieRegulácia pomocou NN meniča frekvencie a transformáciou na VN stranuRegulácia pomocou NN meničov frekvencie
výhodné do výkonu 2MW
VNMenič AM
VN Motor
VN
NNMenič AM
VN MotorT1
NN
T2
VNVN
NNMenič AM
T1
NNVN
Riešiteľné nevýhody pri aplikácii FM
Vplyv meniča na napájaciu sústavu Prepäťové špičky na vinutí motoraLožiskové prúdy motoraTeplotné obmedzenia
PTC snímače
Účinník frekvenčného meniča0.95 – 0.97
Zabezpečenie kritických stavov pohonu
Ui = L. di / dt (pripájanie - odpájanie transformátorov)
Nežiadúce vplyvy frekvenčných meničov na napájaciu sústavu a ich eliminácia
Frekvenčný menič – štandardné prevedenie
M
Neriadený vstupný usmerňovač s filtráciou - odber vyšších harmonických prúdov
Riadený výstupný striedač fsw= 1,5–16 kHz
- vf rušenie do napájacej siete
Predpisy pre dodržanie EMC a obmedzenie rušení do siete
VF rušenia do napájacej siete legislatíva
STN EN 61 800 - 3STN EN 55011 Odrušovací filter triedy A1 pre priemysel - Eliminácia rušivých napätí
Vyššie harmonické prúdov a napätí legislatíva STN EN 61000-3-4 vstupné prúdy spotrebičov nad 16 A STN EN 61000-2-4 medze rušivých napätí vo vedeniach STN EN 61800-3 EMC norma pre meniče frekvencie
Vyššie harmonické- čo to je?
• Prítomnosť vyšších harmonických v el. sieti Základný ukazovateľ kvality – nekvality elektrickej energie
• Stupeň deformácie napäťovej a prúdovej vlny
Celkové harmonické skreslenie THD prúdu
Nepriaznivý vplyv vyšších harmonických
Chybná činnosť regulačných zariadení a ochránChybná funkcia HDOPrídavné straty na kondenzátoroch a rotačných strojochPrídavný hluk motorov a iných zariadeníZníženie výkonu motorov, vznik „proti momentov“, vibrácieZvýšené oteplenie napájacích káblovPrídavné činné stratyZhoršenie tepelného režimu spotrebičovZníženie životnosti zariadeníVznik nežiaducich rezonančných javov v sietiNárast chýb meracích a regulačných zariadení
Príslušenstvo pre dodržanie EMC a obmedzenie rušení
VF rušenia do napájacej sieteProdukujú spínacie prvky IGBT,GTO, ....
Eliminácia vf rušeniaOdrušovací filter triedy
Vyššie harmonické prúdov a napätí Generuje každý neriadený usmerňovač princípom
činnostiEliminácia vyšších harmonických prúdov a napätí
Komutačná tlmivkaTrap filter12 a 18 impulzný usmerňovačRiadený usmerňovačAktívny filter
FM bez komutačnej tlmivky
ZÁŤAŽ
6 impulz usm
FM s komutačnou tlmivkou Uk = 2%
ZÁŤAŽ
KT
6 impulz usm
Trap FilterZÁŤAŽ
Trap filter
6 impulz usm
12 impulzný usmerňovač
ZÁŤAŽ
12 impulz usm
12 imp. usmerňovač - harmonická analýza
Riadený usmerňovač rekuperačného meniča frekvencie
M
Riadený usmerňovač - vstupný prúd
Štart - nábeh riadeného usmerňovača
Riadený usmerňovač THD vstupného prúd a požiadavly STN EN 61000-3-4
Aplikácia PWM usmerňovača
Aplikácia PCF usmerňovača
Aktívny paralelný filter vyšších harmonických
Výhody paralelného aktívneho filtra:- Jednoduché paralelné radenie jednej výkonovej jednotky
- Veľmi nízke THD
- Sínusový odber prúdu zo zdroja
- Možnosť použitia na všetky druhy záťaže – kompenzačná jednotka
Zhrnutie vyšších harmonických Pre praktické meranie vyšších harmonických napätí, ktoré
produkujú meniče frekvencie je v súčasnosti dôležité dodržanie úrovne harmonických prúdov uvedených v norme STN EN 6100-3-4. Tieto úrovne sa vzťahujú na meniče frekvencie nad 16 A. Súčet všetkých neharmonických prúdov, ktoré menič produkuje v porovnaní s prvou harmonickou nesmie prekročiť dovolené THD. Vplyv vyšších harmonických vplýva aj na káblové vedenia a pojednáva o nich STN EN 61000-2-4. Veľkosť úrovne je ešte daná triedou oblasti elektrickej sieti (1,2,3). Dôležitý je aj bod záujmu merania harmonických v sieťach rôznych napäťových úrovní (nn, Vn VVN).
Pre určenie celkových príspevkov od zariadení produkujúcich vyššie harmonické slúžia pomerne zložité výpočty. K týmto výpočtom sú potrebné aj znalosti parametrov siete, rôzne koeficienty a nakoniec aj znalosti od úrovne harmonických napätie daného zariadenia. Cieľom všetkých opatrení je eliminácia vyšších harmonických priamo na zdroji – na zariadení, ktoré ich vytvára.
Úrovne harmonických napätí STN EN 61000-2-4
Rád harmonickej h
Kompatibilné úrovne uh (%)
trieda 1 trieda 2 trieda 3
nepárne harmonické okrem násobku 3
5 3 6 8
7 3 5 7
11 3 3,5 5
13 3 3 4,5
17 2 2 4
19 1,5 1,5 4
23 1,5 1,5 3,5
25 1,5 1,5 3,5
27 0,2 0,2 1
nepárne harmonické - násobky 3
3 5 5 6
9 1,5 1,5 2,5
15 0,3 0,3 2
21 0,2 0,2 1,75
23 1,5 1,5 3,5
celkové harmonické skreslenie THDU napätia (%)
THDU 5 8 10
Triedy oblastí elektrickej sieti
Kompatibilné úrovne – medze pre viac zdrojov harmonických. Preto je definovaný:napájací bod (Point of Coupling - PC): bod, v ktorom je uvažované o pripojeníspoločný napájací bod (Point of Common Coupling - PCC): bod verejnej rozvodnej siete, v ktorom je alebo má byť pripojená vyšetrovaná sieť,napájací bod vnútri závodu (In-plant Point of Coupling - IPC): napájací bod vnútri vyšetrovanej siete alebo inštalácie.
Trieda 1: ochrana napájania a má nižšie kompatibilné úrovne než úrovne verejných sietí. Je pre zariadenia citlivé na rušenie, napr. prístroje pre technologické laboratóriá, nemocnice, výpočtové strediská Trieda 2: pre PCC a IPC. Pre štandardné siete a verejné rozvodné siete (napr. aj kompenzačné kondenzátory) Trieda 3: len pre IPC. Aplikuje sa v prípade, ak je prevažná časť zaťaženia napájaná cez meniče frekvencie, ak sú prevádzkované zváračky, často sú rozbiehané veľké motory, zaťaženie sa rýchlo mení...
Vyššie harmonické napätia na distribučnom transformátore Príklad: Časový priebeh vyšších harmonických napätí v % zo základnej harmonickej
21:45
20:15
18:45
17:15
15:452 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
napätie (%)
čas merania
Rád harmonickej