Известно, что примерно 70% электроэнергии, потребляемой промышленным предприятием, приходится на электродвигатели переменного тока – синхронные или асинхронные с короткозамкнутым ротором. Асинхронные машины просты, надежны и сравнительно дешевы, но обладают одним недостатком, существенно влияющим на экономичность: у них постоянная частота вращения, практически не зависящая от нагрузки, в то время как большая часть нагрузочных механизмов, особенно таких, как центробежные вентиляторы, насосы, компрессоры, работают в переменном режиме. В большинстве случаев электроприводы пе­ременного тока неуправляемы, поэтому в настоящее время производительность этих механизмов регулируют чаще всего клапанами или заслонками. Экономическая эффективность подобных методов крайне низка.

Устройства частотного регулирования позволяют управлять скоростью и моментом электродвигателя по заданным параметрам в соответствии с характером нагрузки, следовательно – реализовать наиболее экономичный режим любого процесса. Оснащение электродвигателей преобразователями частоты, внедрение частотно-регулиру­емого привода достаточно перспективное направление как с точки зрения энерго­сбережения, так и для автоматизации технологи­ческих процессов. ЧРП повышает управляемость электромеханических систем по технологическим требованиям, позволяет минимизировать установлен­ные мощности и оптимизировать энергопотребление. Система «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» (ПЧ-АД) позволяет оптимизировать рабочие графики и энергопотреб­ление технологических комплексов и систем. Кроме того, преобразователь частоты, помимо регулирования ско­рости электродвигателя, выполняет функцию защиты электродвигателя (контроль фаз питающей сети, контроль фаз электродвигателя, перегрузка по току, перенапряжение, низкое напряжение в сети, короткое замыкание на входе, замыкание на землю) и приводного механизма (от заклинивания электродвигателя, исполнительного механизма, от недогрузки, защита от перегрева электродвигателя). Современные преобразователи частоты позволяют анализировать пусковые и рабочие характеристики электродвигателя, отслеживать изменения в работе исполнительных механизмов в течение их жизненного цикла. Это значительно увеличивает ресурс работы электродвигателя, исполнительных механизмов. За счет функции плавного пуска величина пускового тока может не превышать величины номинального тока двига­теля, что снижает нагрузки на пуско-регулирующую аппаратуру и электрическую сеть.

Все это способствует тому, что уже сегодня регулируемый асинхронный электропри­вод успешно конкурирует и вытесняет с рынка регулируемый приво­д постоянного тока.

Основные направления использования частотно-управляе­мых электроприводов:

1. Замена традиционных регулируемых приводов постоянного тока.

2. Модернизация релейно-контакторных приводов переменного тока, например, подъемно-крановые механизмы и электрический транспорт.

3. Модернизация традиционно нерегулируемых электроприводов переменного тока для таких механизмов, как вентиляторы, компрес­соры, насосы, транспортеры.

4. Создание принципиально новых непосредственных линейных электроприводов технологических и транспортных механизмов.

Примерно 80% всех электродвигателей переменного тока, рабо­тающих на российских предприятиях, нуждаются в частотном управ­лении. Внедрение частотно-регулируемого привода, в за­висимости от его режимов работы, позволяет экономить 30-65% потребляемой электроэнергии, а сроки окупаемости сегодня состав­ляют один-два года (при сегодняшних тарифах).

Эффективность применения частотно-регулируемого привода и сроки его окупаемости напрямую зависят от режимов работы привода, его технологических особенностей, сте­пени автоматизации привода и технологической установки, в кото­рую данный привод входит. Таким образом, для эффективного внедрения частотно-регулируемого привода необходимо решить целый комплекс вопросов, среди которых можно выделить следующие:

– На какие электроприводы целесообразно ставить преобразователи частоты в первую очередь. По мнению специалистов, внедрение ПЧ целесообразно в случаях, когда привод работает в режимах переменных нагрузок, причем перепады нагрузки должны составлять не менее 20-30%. Внедрение частотного привода наиболее эффективно при применении преобразователей частоты на всех механизмах технологической цепи с обеспечением верхнего уровня автоматизации.

– Какова эффективность и срок окупаемости инвестиций во внедрение ЧРП – этим определяется эффективность внедрения привода. Срок окупаемости проекта внедрения зависит от многих параметров и может составлять от одного года до трех лет, при больших сроках окупаемости применение привода, как правило, признается нецелесообразным.

Оптимальное решение всех вопросов, связанных с внедрением частотных приводов на предприятии, способны предложить инжиниринговые компании, осуществляющие комплексный подход к решению проблем заказчика – от предпроектной стадии (консультации, проведение обследований, разработка Технических предложений) до сдачи работ «под ключ» и обеспечения сервисного сопровождения. Только в этом случае можно избежать неоправданных затрат и рассчитывать на экономический эффект.

Значительный энергосберегающий эффект получен от использо­вания преобразователя частоты (ПЧ) на питательных насосах котель­ной объединения «Союзпищепром». Насосы включены в параллель и имеют запас по производи­тельности – 50%, по напору – 20%. Паровые котлы (ДЕ-10 и ДЕ-6,5) работают в широком диапазоне нагрузок от 20-100% паспортной нагрузки. До внедрения частотно – регулируемого привода давление воды на напоре насосов поддерживалось на уровне 19-20 кгс/кв. см.

Оснащение питательно-деаэрационной установки преобразова­телем частоты позволило повысить качество регулирования уров­ня в барабанах котлов и снизить давление воды до
12-14 кгс/кв. см.

При работе котельной на пониженных нагрузках за счет снижения частоты вращения ротора насоса до 2250-2400 об./мин (37-45 Гц) расход электроэнергии на собственные нужды снизился в 2-2,5 раза. Снижение пусковых нагрузок на агрегаты приводит к увеличению их срока службы.

Автор благодарит начальника отдела маркетинга ОАО «Инженерный центр энергетики Урала» Дениса Бегалова, тел. (3432) 50-68-74.