Використання систем регульованого привода

Ефективність будь-якого енергетичного процесу визначається двома чинниками.

Перший - наскільки добре підведена споживачу потужність відповідає вимогам оптимального технологічного процесу.

Другий - наскільки великі втрати, що супроводжують процес.

Основний шлях енергозбереження - подача кінцевому споживачу необхідної потужності. Це може бути досягнуто за рахунок керування величинами, від яких залежить потужність. Керованими можуть бути одна або декілька величин (так, при обробці металів різанням існують оптимальні режими, що характеризуються найкращим сполученням швидкості і сили різання).

З точки зору енерго- і ресурсозбереження раціональним є використання систем регульованого приводу змінного струму, особливо в металургії і машинобудуванні, а також для насосів, вентиляторів, компресорів. Застосування систем регульованого електропривода в зазначених механізмах може в окремих випадках дозволити заощадити до 25-50 % електроенергії. У багатьох випадках застосування регульованого приводу дозволяє заощаджувати енергію не тільки в самому приводі, але й ту, яка використовуеться по всьому технологічному ланцюжку.

З урахуванням останніх досягнень та вдосконалення регульованого електропривода цілком реально може (принаймні для окремих підприємств) з'явитися можливість стовідсоткового оснащення машин і механізмів регульованим електроприводом. Ціль застосування будь-яких приводів із керованою швидкістю – це підтримка швидкості двигуна якнайближче до оптимальної чи заданої, що диктується вимогами технологічного процесу чи необхідністю зниження питомої витрати електроенергії.

Величина економії електроенергії при заміні нерегульованого електропривода регульованим такі: для вентиляційних систем - 50%, для компресорів - 40-50%, для повітродувок і вентиляторів - 30%, для насосів - 25%. Існують кілька типів приводів з регульованою швидкістю.

Найбільш перспективний спосіб регулювання продуктивності механізму - зміна частоти обертання.

Частіше всього для цього використовуються регульовані електроприводи на основі напівпровідникових перетворювачів.

Рисунок 3.2 - Схема перетворювача частоти з ланкою постійного струму

Для керування швидкістю потрібний сигнал зворотного зв'язку від відповідного датчика (тиску, температури, швидкості, потоку і т.д.). Ідеальний варіант - використання спеціального мікропроцесора, контролера чи комп'ютера для керування швидкістю.

Такі системи можна застосувати для широкого спектра типів двигунів:

а) зі змінним обертовим моментом для насосів, вентиляторів, транспортерів, конвеєрів, відцентрових компресорів, нагнітачів;

б) із постійним обертовим моментом для змішувачів, перемішувачів, дробарок, млинів і т.д.;

в) з постійною потужністю - для електроінструментів.

Електрозварювальні установки

Питома витрата електроенергії на електроплавлення визначається за формулою, кВт*год/кг,

, (3.2)

де η – коефіцієнт корисної дії джерела живлення; С - коефіціент, що враховує втрати холостого ходу джерела живлення; U - напруга зварювальної дуги, В; - коефіцієнт наплавлення.

Коефіцієнт С при змінному струмі і при живленні апарата через зварювальний трансформатор і відключенні його на холостому ходу може бути прийнятий рівним одиниці; на постійному струмі С=1,17.

Коефіцієнт наплавлення kн приймається:

= 6-18 г/(А-ч) при електрозварюванні на змінному струмі електродами з товстим покриттям;

=11-24 г/(А-ч) при автоматичному електрозварюванні під флюсом.

У таблиці 3.1 приведена витрата електроенергії при ручному дуговому електрозварюванні та електрошлаковому зварюванні на 1 кг наплавленого металу. Приведені питомі витрати електроенергії при зварюванні на постійному струмі отримані при використанні машинних перетворювачів. При використанні зварювальних випрямлячів замість машинних перетворювачів питомі витрати електроенергії знижуються за рахунок більш високого ККД випрямлячів і зменшення потужності холостого ходу. У табл. 3.2 приведені питомі витрати електроенергії для різних процесів контактного електрозварювання.

Основні заходи щодо зниження питомих витрат електроенергії на зварювання:

- оптимальний вибір способу електрозварювання;

- усунення або скорочення холостого ходу зварювальних агрегатів;

- вдосконалення технології електрозварювання.

Таблиця 3.1 - Питома витрата електроенергії при зварюванні

Покращення способу електрозварювання здійснюється слідуючим чином.

1. Переведення зварювання з постійного на зміннний струм, що може дати зниження питомих витрат електроенергії на 1 кг наплавленого металу:

- для ручного дугового зварювання - 2,9 кВт*год/кг,

- для автоматичного і напівавтоматичного зварювання під флюсом - 2,0 кВт*год/кг.

Таблиця 3.2 - Питома витрата електроенергії при контактному зварюванні

2. Заміна ручного дугового зварювання механізованими й автоматизованими способами зварювання забезпечує зниження питомих витрат електроенергії на 1 кг наплавленого металу при змінному струмі на 0,17 кВт*год/кг і при постійному струмі на 0,65 кВт*год/кг; заміна ручного дугового зварювання на точкове контактне зварювання вимагає конструктивних змін виробів, що зварюються, і установки спеціальних зварювальних машин. Різке підвищення продуктивності зварювання і значне зниження витрати електроенергії, як правило, окупають витрати, пов'язані зі зміною технології зварювання. Ефективність переходу на точкове контактне зварювання оцінюється зниженням витрати електроенергії в 2-2,5 рази. Заміна ручного дугового зварювання на контактне шовне зварювання знижує витрату електроенергії на 15%.

3. Усунення або скорочення холостого ходу зварювальних агрегатів, що забезпечує річну економію електроенергії в розмірі 6-20 тис. кВт*год на рік на кожну установку.

4. Удосконалення технології електрозварювання:

4.1 Правильний вибір електродів. Застосування електродів із покриттям, в яке введений залізний порошок, дозволяє значно збільшити силу зварювального струму, підвищити продуктивність праці і знизити питому витрату електроенергії. Ці електроди дозволяють збільшити коефіцієнт наплавлення до 12- 20 р/ (А -ч), тобто знизити питомі витрати електроенергії приблизно на 8%. Застосування рутилових електродів підвищує продуктивність праці на 12% і поліпшує якість зварювальних швів. Приблизна економія електроенергії в цьому випадку досягає 10%. Заміна електродного суцільного дроту на порошковий підвищує продуктивність праці на 10-15% і знижує питому витрату електроенергії на 8-12%.

4.2 Механізація й автоматизація зварювальних процесів. Застосування напівавтоматичного й автоматичного зварювання в середовищі вуглекислого газу забезпечує високу продуктивність за рахунок глибокого проплавлення основного металу і малої частки зварювального дроту в металі зварювального шва (таблиця 3.3). Автоматичне дугове зварювання під флюсом є найбільш поширеним способом зварювання. Для підвищення продуктивності і зниження питомих витрат електроенергії застосовують присадку у флюсі у виді металевого порошку, металевої стружки або рубаного дроту. Використовується збільшення густини зварювального струму. Все це дозволяє знизити питому витрату електроенергії на 30-40%. Для попередніх розрахунків ефективності можна користуватися даними зміни коефіцієнта наплавлення (таблиця 3.4), маючи на увазі, що питомі витрати електроенергії змінюються обернено пропорційно зміні цих коефіцієнтів.

4.3 Застосування електрошлакового зварювання. Електрошлакове зварювання на змінному струмі застосовуються для з'єднання деталей товщиною більше 30-40 мм. Відсутність відкритої дуги при електрошлаковому зварюванні забезпечує стійкість процесу на змінному струмі і найбільш повне використання електроенергії.

Таблиця 3.3 - Порівняльні дані, отримані при переході від ручного дугового зварювання на постійному струмі до напівавтоматичного

Таблиця 3.4 - Коефіцієнт наплавлення для різних способів зварювання