В статье рассматривается возможность использования частотного регулирования на базе транзисторных частотных преобразователей, основанных на IGBT-транзисторах для повышения энергоэффективности электроприводов систем вентиляции.
Ключевые слова: электропривод, частотное регулирование, частотный преобразователь, вентиляция, энергоэффективность.
В настоящее время актуальной задачей является обеспечение максимальной энергоэффективности различных технологических процессов [3]. Это связано с ростом стоимости электроэнергии, уменьшением общих запасов традиционных не возобновляемых энергоресурсов и ужесточением требований к экологичности процессов генерации.
Системы принудительной вентиляции с электроприводом (ЭП) используются на промышленных предприятиях, в административных, социальных и общественных зданиях. При этом традиционным способом регулирования расхода воздуха и интенсивности вентиляции является использование шиберных заслонок. Однако несмотря на то, что этот способ является наиболее дешевым и простым в реализации, его использование существенно снижает эффективность всей системы вентиляции (СВ) и приводит к большим потерям энергии.
В современных СВ в основном используются трехфазные асинхронные двигатели, что обусловлено их надежностью, высоким коэффициентом полезного действия (КПД), простотой и относительно невысокой стоимостью [2]. Этот тип электропривода поддерживает частотное регулирование (ЧР) скорости вращения (а значит, и интенсивности работы СВ).
На рисунке 1 показана схема определения требуемой мощности ЭП вентилятора.
Рис. 1. Схема определения требуемой мощности ЭП вентилятора
Мощность вентилятора СВ выбирается с запасом. На рисунке 1 кривая вентилятора является приточной частью СВ и показывает зависимость расхода от нагнетаемого воздуха. Кривая системы является расходной частью СВ и показывает эту же зависимость, но в зеркальном отображении. Эти кривые пересекаются в оптимальной точке, где обеспечивается необходимый расход и давление воздуха. Однако такой режим работы СВ является предельным по интенсивности и используется крайне редко. В других режимах работы СВ с заслонкой вентилятор создает избыточное давление с дополнительными потерями энергии (рис. 2).
Рис. 2. Энергопотери при частотном регулировании с применением заслонки
Рассмотрим подробнее энергоэффективность использования ЧР в системах вентиляции. Наиболее современным и энергоэффективным типом преобразователя частоты для асинхронных электроприводов является транзисторный преобразователь частоты (ТрПЧ) на базе IGBT-транзисторов [1].
За счет снижения скорости вращения привода и интенсивности вентиляции, ТрЧП позволяет адаптировать «кривую вентилятора» к «кривой системы», минимизируя потери энергии и обеспечивая большую экономию энергии по сравнению с управлением заслонками. Такая экономия достигается за счет плавного изменения скорости вращения привода в широком диапазоне, что позволяет минимизировать расход энергии, необходимой для поддержания требуемого давления в заданном режиме работы СВ (рис.3).
Рис. 3. Экономия энергии при использовании ЧР электропривода вентиляции
Преимущества частотного регулирования CB:
— максимальная производительность и энергоэффективность
— минимизация затрат на электроэнергию
— поддержание необходимого давления воздуха в системе;
— может применяться в однофазной сети 220 В.
— плавный пуск, останов и изменение частоты вращения двигателя снижение потерь воздуха и повышение энергоэффективности.
Функциональная схема управления электроприводом при частотном регулировании приведена на рисунке 4.
Рис. 4. Функциональные схемы управления электроприводом при ЧР
Сетевое напряжение через входной реактор, сглаживающий пульсации, подается на неуправляемый трехфазный выпрямитель. Затем постоянное напряжение через фильтр сглаживания пульсаций поступает на транзисторный инвертор, который генерирует переменный ток заданной частоты и напряжения. Через выходной реактор, сглаживающий импульсы тока, переменный ток заданной частоты и напряжения подается на электродвигатель.
Заключение
Применение частотного регулирования в системах вентиляции может существенно повысить энергоэффективность и обеспечить значительную экономию электроэнергии. Современные ТрЧП на основе транзисторов IGBT могут быть рекомендованы для применения в электроприводах систем вентиляции на промышленных предприятиях, в административных, социальных и общественных зданиях.
Литература:
- Компания «Веспер». Официальный сайт. Как частотные преобразователи улучшают работу вентиляции [Электронный ресурс]. — https://www.vesper.ru/presscenter/articles/kak-chastotnye-preobrazovateli-uluchshayut-rabotu- ventilyatsii-/
- Самарин О. Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность / О. Д. Самарин. — М.: Издательство АСВ, 2014. — 296 c.
- Цветов, Р. С., Мамяченков, В. Н. Энергосбережение и энергоэффективность: современный опыт России и зарубежных стран // Электронный научный архив УрФУ. — 2018.
