POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia
description
Transcript of POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia
![Page 1: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/1.jpg)
POHONYv ENERGETIKE -Otáčková regulácia
KPE - Považská Bystrica – November 2007
![Page 2: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/2.jpg)
Energetické úsporypri prevádzke meničov frekvencie
![Page 3: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/3.jpg)
Spotreba elektrickej energie
Spotreba v priemysle
40%
11%
49%
Ostatné Svetlo Motory
Elektromotory Významný podiel celkovej spotreby elektrickej energie
![Page 4: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/4.jpg)
Spotreba energií
Zvyšovanie produkcie Slovenského priemyslu
Zvyšovanie výrobyVýroba náročná na el. energiu
Energeticky najnáročnejšíRozvod vzduchu kompresormiRozvod vody a tepla čerpadlami
![Page 5: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/5.jpg)
Riadenie pohonov- úspora energie
Najpoužívanejší elektromotor v praxi
Asynchrónny motor s kotvou nakrátko
Riadenie otáčok motora frekvenčným meničom
Zmena vlastností pohonu Rozšírenie možností pohonu
![Page 6: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/6.jpg)
Typy pohonov a poháňaných sústav
Kvadratická záťaž Odstredivé čerpadláVentilátory
Konštantná záťaž DopravníkPiestové čerpadláDúchadlá
Záťaž s veľkým momentom zotrvačnosti Zdvih, žeriavy, výťahy PílyMlyny
![Page 7: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/7.jpg)
Konštantná záťaž
Moment a príkon motora v závislosti od frekvencie pri konštantnej záťažiZníženie výkonu pohonu pri konštantnej záťaži a pri znížení otáčok
![Page 8: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/8.jpg)
Kvadratická záťažMoment a príkon motora v závislosti od frekvencie pri kvadratickej záťažiZníženie výkonu pohonu pri kvadratickej záťaži a pri znížení otáčok
![Page 9: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/9.jpg)
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
![Page 10: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/11.jpg)
Ventilátor – pôvodný stav bez otáčkovej regulácie
RSAINAOUT
Škrtenie
Ventilátor
M
Žalúzie
YΔ
Technológia
Teplota
Vst
up
![Page 12: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/12.jpg)
Ventilátor – s otáčkovou reguláciou
RSAIN
AOUTOtáčky
Ventilátor
M
Technológia
Teplota
Vst
up
VQFREM
400 045
PIDTeplota
![Page 13: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/13.jpg)
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
![Page 14: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/14.jpg)
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
![Page 15: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/16.jpg)
Úspory energie pri pohonoch čerpadielQ’ = Q . ( n’ / n )P’ = P. ( n’ / n ) 3
![Page 17: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/17.jpg)
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
![Page 18: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/18.jpg)
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
![Page 19: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/19.jpg)
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)
![Page 20: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/20.jpg)
Nežiadúce vplyvy frekvenčných meničov na napájaciu sústavu a ich eliminácia
![Page 21: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/21.jpg)
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
![Page 22: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/22.jpg)
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
![Page 23: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/23.jpg)
Vyššie harmonické- čo to je?
• Prítomnosť vyšších harmonických v el. sieti Základný ukazovateľ kvality – nekvality elektrickej energie
• Stupeň deformácie napäťovej a prúdovej vlny
![Page 24: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/24.jpg)
Celkové harmonické skreslenie THD prúdu
![Page 25: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/25.jpg)
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
![Page 26: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/26.jpg)
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
![Page 27: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/27.jpg)
FM bez komutačnej tlmivky
ZÁŤAŽ
6 impulz usm
![Page 28: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/28.jpg)
FM s komutačnou tlmivkou Uk = 2%
ZÁŤAŽ
KT
6 impulz usm
![Page 29: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/29.jpg)
Trap FilterZÁŤAŽ
Trap filter
6 impulz usm
![Page 30: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/30.jpg)
12 impulzný usmerňovač
ZÁŤAŽ
12 impulz usm
![Page 31: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/31.jpg)
12 imp. usmerňovač - harmonická analýza
![Page 32: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/32.jpg)
Riadený usmerňovač rekuperačného meniča frekvencie
M
![Page 33: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/33.jpg)
Riadený usmerňovač - vstupný prúd
Štart - nábeh riadeného usmerňovača
![Page 34: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/34.jpg)
Riadený usmerňovač THD vstupného prúd a požiadavly STN EN 61000-3-4
![Page 35: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/35.jpg)
Aplikácia PWM usmerňovača
![Page 36: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/36.jpg)
Aplikácia PCF usmerňovača
![Page 37: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/37.jpg)
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
![Page 38: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/38.jpg)
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.
![Page 39: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/39.jpg)
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
![Page 40: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/40.jpg)
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...
![Page 41: POHONY v ENERGETIKE - Otáčková regulácia](https://reader033.fdocument.pub/reader033/viewer/2022061602/56813d11550346895da6cc34/html5/thumbnails/41.jpg)
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