Entraînement électrique variable comme moyen d'économiser de l'énergie

Le passage d'un entraînement électrique non régulé à un entraînement régulé est l'un des principaux moyens d'économiser de l'énergie dans l'entraînement électrique et dans le domaine technologique au moyen de l'entraînement électrique.

En règle générale, la nécessité de contrôler la vitesse ou le couple des entraînements électriques des mécanismes de production est dictée par les exigences du processus technologique. Par exemple, la vitesse d'avance de la fraise détermine la propreté du traitement d'une pièce sur un tour, la réduction de la vitesse de l'élévateur est nécessaire pour un positionnement précis de la voiture avant l'arrêt, la nécessité d'ajuster le couple de l'arbre d'enroulement est dictée par les conditions de maintien d'une force de tension constante du matériel blessé, etc.

Cependant, il existe un certain nombre de mécanismes qui ne nécessitent pas de changement de vitesse en fonction des conditions technologiques, ou d'autres méthodes (non électriques) d'influence sur les paramètres du processus technologique sont utilisées pour la régulation.

Ils comprennent tout d'abord des mécanismes de transport continu pour le déplacement de produits solides, liquides et gazeux : convoyeurs, ventilateurs, ventilateurs, groupes motopompes. Pour ces mécanismes, actuellement, en règle générale, des entraînements électriques asynchrones non régulés sont utilisés, qui mettent les organes de travail en mouvement à une vitesse constante, quelle que soit la charge sur les mécanismes. Sous sa charge partielle, les modes de fonctionnement à vitesse constante se caractérisent par une consommation d'énergie spécifique par rapport au mode nominal.

Réduction des performances NSC, l'efficacité du convoyeur diminue, car la part relative de la puissance consommée surmonte le moment d'inactivité. Plus économique est le mode à vitesse variable, qui offre les mêmes performances, mais avec une composante constante de l'effort de traction.

En figue. 1 montre les dépendances de puissance de l'arbre du moteur pour un convoyeur avec un moment de repos Mx = 0, ЗМв pour des vitesses constantes (v - const) et réglables (Fg = const) de déplacement des charges. La zone grisée sur la figure représente les économies d'énergie obtenues par le contrôle de la vitesse.

Riz. 1. Dépendance de la puissance de l'arbre du moteur électrique aux performances du convoyeur

Ainsi, si la vitesse du convoyeur est réduite à 60 % de la valeur nominale, la puissance de l'arbre des moteurs diminuera de 10 % par rapport à la valeur nominale. L'effet de la régulation de la vitesse est d'autant plus important que le couple de ralenti est important, et plus il réduit significativement les performances du convoyeur.

La réduction de la vitesse des mécanismes de transport continu avec sous-charge vous permet d'effectuer la quantité de travail requise avec une consommation d'énergie spécifique inférieure, c'est-à-dire de résoudre un problème purement économique de réduction de la consommation d'énergie dans le processus technologique de déplacement des produits.

Habituellement, avec une réduction de la vitesse de tels mécanismes, un effet économique apparaît également en raison de l'amélioration des caractéristiques opérationnelles de l'équipement technologique. Ainsi, lorsque la vitesse diminue, l'usure du corps du convoyeur diminue, la durée de vie des canalisations et des raccords augmente en raison d'une diminution de la pression développée par les machines d'alimentation en liquides et en gaz, et la surconsommation de ces produits est également éliminée.

L'effet dans le domaine de la technologie s'avère souvent nettement supérieur à celui dû aux économies d'énergie, c'est pourquoi il est fondamentalement erroné de décider de l'opportunité d'utiliser un entraînement électrique contrôlé pour de tels mécanismes en évaluant uniquement l'aspect énergétique.

Contrôle de la vitesse des machines à pelle.

Les mécanismes centrifuges pour l'alimentation en liquides et en gaz (ventilateurs, pompes, ventilateurs, compresseurs) sont les principaux mécanismes industriels généraux avec le plus grand potentiel dans tout le pays pour réduire considérablement la consommation d'énergie spécifique. La position particulière des mécanismes centrifuges s'explique par leur massivité, leur puissance élevée, en règle générale, avec un mode de fonctionnement long.

Ces circonstances déterminent la part importante de ces mécanismes dans le bilan énergétique du pays.La capacité totale installée des moteurs d'entraînement des pompes, des ventilateurs et des compresseurs représente environ 20 % de la capacité de toutes les centrales électriques, tandis que les ventilateurs consomment à eux seuls environ 10 % de toute l'électricité produite dans le pays.

Les propriétés de fonctionnement des mécanismes centrifuges sont présentées sous forme de dépendances de la hauteur H sur le débit Q et de la puissance P sur le débit Q. En mode de fonctionnement stationnaire, la hauteur créée par le mécanisme centrifuge est équilibrée par la pression du réseau hydro- ou aérodynamique dans lequel il débite du liquide ou du gaz.

La composante statique de la pression est déterminée pour les pompes — par la différence géodésique entre les niveaux de l'utilisateur et de la pompe ; pour les fans — attraction naturelle ; pour les ventilateurs et les compresseurs — à partir de la pression du gaz comprimé dans le réseau (réservoir).

Le point d'intersection des caractéristiques Q-H de la pompe et du réseau détermine les paramètres H-Hn et Q — Qn. La régulation du débit Q d'une pompe fonctionnant à vitesse constante est généralement réalisée par une vanne en sortie et entraîne une modification de la caractéristique du réseau, de sorte que le débit QA * <1 correspond à le point d'intersection avec la caractéristique de la pompe.

Riz. 2. Caractéristiques Q-H de l'unité de pompage

Par analogie avec les circuits électriques, la régulation du débit à travers une vanne revient à contrôler le courant en augmentant la résistance électrique du circuit. Evidemment, ce mode de régulation n'est pas efficace d'un point de vue énergétique, car il s'accompagne de pertes d'énergie improductives dans les éléments de régulation (résistance, vanne). La perte valvulaire est caractérisée par la zone ombrée sur la Fig. 1.

Comme dans le circuit électrique, il est plus économique de réguler la source d'énergie plutôt que son utilisateur. Dans ce cas, le courant de charge diminue dans les circuits électriques en raison d'une diminution de la tension de la source. Dans les réseaux hydrauliques et aérodynamiques, un effet similaire est obtenu en réduisant la pression créée par le mécanisme, ce qui est réalisé en réduisant la vitesse de sa roue.

Lorsque la vitesse change, les caractéristiques de fonctionnement des mécanismes centrifuges changent conformément aux lois de similitude, qui ont la forme : Q * = ω *, H * = ω *2, P * = ω *3

La vitesse de la roue de la pompe à laquelle sa caractéristique passera par le point A :

L'expression de la puissance consommée par la pompe lors de la régulation de vitesse est :

La dépendance quadratique du moment à la vitesse est caractéristique principalement pour les ventilateurs, car la composante statique de la tête déterminée par la poussée naturelle est nettement inférieure à Hx. Dans la littérature technique, on utilise parfois une dépendance approchée du moment à la vitesse, qui tient compte de cette propriété du mécanisme centrifuge :

M* = ω *n

où n = 2 à Hc = 0 et nHc> 0. Les calculs et les expériences montrent que n = 2 - 5, et ses grandes valeurs sont caractéristiques des compresseurs fonctionnant dans un réseau avec une contre-pression importante.

L'analyse des modes de fonctionnement de la pompe à vitesse constante et variable montre que la surconsommation d'énergie à ω= const s'avère très importante. Par exemple, les résultats du calcul des modes de fonctionnement de la pompe avec des paramètres sont présentés ci-dessous Hx * = 1,2 ; Px*= 0,3 sur un réseau avec différentes contre-pressions Зс :

Les données fournies montrent que l'entraînement électrique contrôlé peut réduire considérablement la consommation d'électricité consommée : jusqu'à 66 % dans le premier cas et jusqu'à 41 % dans le second cas. En pratique, cet effet peut s'avérer encore plus important, puisque pour diverses raisons (absence ou dysfonctionnement de vannes, actionnement manuel), la régulation par vannes n'est pas du tout appliquée, ce qui entraîne non seulement une augmentation de la consommation électrique, mais aussi aux efforts et aux coûts excessifs dans le réseau hydraulique.

Les problèmes énergétiques des mécanismes centrifuges à simple effet dans un réseau à paramètres constants ont été discutés ci-dessus. En pratique, il y a un fonctionnement parallèle des mécanismes centrifuges et le réseau a souvent des paramètres variables. Par exemple, la résistance aérodynamique du réseau minier change avec une modification de la longueur des murs, la résistance hydrodynamique des réseaux d'adduction d'eau est déterminée par le mode de consommation d'eau, qui change au cours de la journée, etc.

Avec le fonctionnement parallèle des mécanismes centrifuges, deux cas sont possibles :

1) la vitesse de tous les mécanismes est régulée simultanément et de manière synchrone ;

2) la vitesse d'un mécanisme ou d'une partie des mécanismes est régulée.

Si les paramètres du réseau sont constants, alors dans le premier cas tous les mécanismes peuvent être considérés comme un équivalent pour lequel toutes les relations ci-dessus sont valables. Dans le second cas, la pression de la partie non régulée des mécanismes a le même effet sur la partie régulée que la contre-pression et est très importante, c'est pourquoi l'économie d'électricité ici ne dépasse pas 10-15% de la puissance nominale de la machine.

Les paramètres de réseau variables compliquent grandement l'analyse de la coopération des mécanismes centrifuges avec le réseau. Dans ce cas, l'efficacité énergétique d'un entraînement électrique contrôlé peut être déterminée sous la forme d'une zone dont les limites correspondent aux valeurs limites des paramètres du réseau et à la vitesse du mécanisme centrifuge.

Voir aussi sur ce sujet : Convertisseurs de fréquence VLT AQUA Drive pour groupes motopompes