При работе с КПК

НАЦІОНАНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ
“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”
ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВЕНТИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ
ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВОК
Авторы: Дубовик В.Г., Лебедев Л.Н.,
Шелест И.В., Пилипчук А.А.
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
В
результате
постоянно
растущих
цен
на
энергоносителе, все чаще предприятия вынуждены
экономить энергию. Надежное и экономически выгодное
решение заключается в использовании вентильных
электродвигателей для регулирования числа оборотов в
системах отопления, водоснабжения, вентиляции и
кондиционирования, что позволяет экономить до 70%
энергетических ресурсов.
Целью работы является оценивание интервалов
энергоэффективной работы вентиляторной установки с
использованием
вентильного
электродвигателя
на
физической модели.
РАСЧЕТ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ
Без учета мощности искажений:
2
S= P +Q
2
С учетом мощности искажений :
S  P 2  Q 2  D2И
Мощность искажений :
DИ  S2  (P 2  Q2 )
ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Коэффициент мощности:
K мощности
Коэффициент сдвига:
K сдвига 
Коэффициент искажения:
K искажения 
P

S
P
P2  Q2
P2  Q2
P 2  Q 2  Dи
Коэффициент гармоник:
THDI 
N
2


1
 
 1 
2
2
P Q
 K искажения 
Dи
2
(I
)
 kRMS
k2
I1RMS
ВРЕМЕННЫЕ ДИАГРАММЫ И ГРАФИКИ
Для вентильного двигателя:
а)
б)
Для преобразователя частоты:
а)
б)
а – временные диаграммы изменения напряжения и тока;
б – гистограмма гармоник тока
ЕС-ДВИГАТЕЛИ EBMPAPST
Они отличаются:
Повышенной эффективностью использования оборудования за
счет:
• более НИЗКИХ первоначальных затрат на комплектующие нет
необходимости, например, приобретать дополнительный блок
регулирования скорости вентилятора, и кроме того возможно
унифицировать ряд применяемых вентиляторов. ЕС-вентиляторы – это
более совершенные инновационные продукты XXI века.
• КОМПАКТНОСТИ системы на основе ЕС-вентиляторов позволяют
получить более высокий КПД при значительно меньших габаритах
вентилятора .
• НИЗКОГО ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ при КПД двигателя более 90%, что
позволяет снизить эксплуатационные затраты минимум на 30% при
регулировании задвижкой, а при изменении частоты вращения
рабочего колеса потребление энергии снижается от 2 до 8 раз!
• ПЛАВНОЙ и ТОЧНОЙ регулировки возможность программирования,
изменения производительности вентиляторов в зависимости от любого
управляющего фактора (температуры, влажности, давления, качества
воздуха и т.п.).
В зависимости от настройки при изменении значения управляющего
фактора ЕС-вентиляторы адекватно изменяют скорость вращения.
Подают ровно столько воздуха, сколько необходимо для системы.
УСТРОЙСТВО ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ЕСДВИГАТЕЛЯ
Ротор
Постоянный
магнит
Статор
Датчики Холла
Подшипники
Обмотка статора
Клеммная
колодка
Коммутирующая
электроника
ВНЕШНИЙ ВИД ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
ВНЕШНИЙ ВИД ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
УЗЛЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕС-ВЕНТИЛЯТОРА
Графическая интерпретация
визуализации воздушного потока
Датчик тока
LEM HY 05…25P
Напорная характеристика
вентилятора
Датчик давления DSG-500
Датчик температуры
50003-1-0174
ОБРАЗЕЦ ЕС-ВЕНТИЛЯТОРА R3G450 С ОБРАТНОЗАГНУТЫМИ
ЛОПАТКАМИ
Демонстрационный образец
предназначен для проведения
следующих настроек:
обеспечение постоянного
объема воздуха,
прокачиваемым
вентилятором, независимо от
воздушного сопротивления
системы
ECвентилятор
R3G450
воздушная датчик
заслонка давления
диффузор
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ УЗЛЫ ЕС- ВЕНТИЛЯТОРА
а) рабочее колесо
в) разрез статора
б) подшипниковые узлы
г) Электронный блок
ЭЛЕКТРОННЫЕ УЗЛЫ ЕС-ДВИГАТЕЛЯ
а) Силовая часть электронного блока б) Датчики положения ротора
в) Клеммник подключения
г) Узел звена постоянного тока
СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА
ПРИМЕР ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЕС-ВЕНТИЛЯТОРА
R3G450
При работе с ПК:
• ПК или ноутбук с установленной программой LISA 5
• Интерфейсный преобразователь RS232-RS485
При работе с КПК:
• КПК с установленной программой FanControl 3.0
• Интерфейсный преобразователь ebm-papst Bluetooth RS485
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ:
Показания
аналоговых
приборов
Показания анализатора сети
№
nз ,
об/мин
S,м2
V,
G,
м/с
м3/с
Р1,
Q1,
S1,
Iс ,
Uс,
Вт Вaр
ВА
А
B
PF
THD THD Р1, Pобм Iобм,
I, % U, % Вт
, Вт
А
1
1380
0
0
0
285
96
300
1,37
219
0,94
16,7
6,4
340
290
0,68
2
1380
0,06
3,7
0,25
289
98
304
1,39
220
0,94
17,1
6,2
375
280
0,67
3
1380
0,12
6,5
0,46
287
96
304
1,37
220
0,94
16,9
6,4
370
280
0,67
4
1380
0,12
13,8
0,81
572
157
588
2,73
216
0,96
11,2
6,3
700
550
1,28
5
1380
0,12
14,2
1,78
628
158
649
3
215
0,96
10,9
6,4
690
600
1,44
6
1380
0,12
14,5
1,82
610
158
631
2,93
215
0,97
11,1
6,3
670
630
1,53
ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ:
Gном=1,56
а) Графики зависимости потребляемых мощностей
от расхода при номинальной частоте вращения
Gном=1,56
в) График зависимости коэффициента
несинусоидальности по току от расхода при
номинальной частоте вращения
Gном=1,56
б) График зависимости cosφ от расхода при
номинальной частоте вращения
Gном=1,56
г) График зависимости КПД вентиляторной
установки от расхода при номинальной частоте
вращения
ОСЦИЛЛОГРАММЫ ТОКА ЦЕПИ ПИТАНИЯ ПРИ
РАЗЛИЧНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ РАСХОДА:
а) холостой ход
б) загрузка 20% от Gном
в) загрузка 50% от Gном
г) номинальный режим
ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ С ПОМОЩЬЮ
ПРОГРАММЫ ENERGY SAVING CALCULATOR
Исходные данные
ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ:
Срок окупаемости составляет 195 дней
ВЫВОДЫ
Полученные результаты дают возможность оценить реальный, а не
гипотетический потенциал энергосбережения турбоустановок с применением
вентильных электродвигателей, которые позволяют более точно рассчитать
экономический эффект.
1. Необходимо учитывать значения высших гармоник и коэффициента
несинусоидальности по току и напряжению.
2. При сравнении ВД и ПЧ-АД, для номинального режима работы
двигателя потери при использовании преобразователя частоты на 15%
превышают значения для схемы подключения двигателя напрямую в сеть.
3. Электродвигатель имеет небольшой момент инерции, а также
обеспечивает плавность разгона вентиляторной установки.
4. При выборе мощности, в отличие от асинхронных электродвигателей,
нет ограничений при ухудшение вентиляции на сниженных частотах вращения.
5. Для стендовых исследований возможно применение аналоговых
приборов электродинамической системы с классом 0,1 для измерения
мощности, что позволяет более точно оценить энергетические показатели
вентильных электродвигателей.
6. Применение фильтров электромагнитной совместимости приводит к
дополнительным потерям и снижению cosφ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Дубовик В.Г., Лебедев Л.Н., Перевозник Е.П. Исследование
энергетических режимов системы ПЧ-АД с учетом неактивной
мощности. Деп. в ДНТБ Украины 14.04.2009 г., № 19 - Ук2009. РЖ
"Депоновані наукові роботи", 2009 г, №1-2; ВИНИТИ РАН
"Депонированные научные работы", 2009 г, №8, №б/о 1. 58 с.
2. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и
воздуходувных установках. – М.: Энергоатомиздат, 2006. 360 с. ил.
3. Системы управления регулируемым электроприводом вентиляторов:
Учеб. пособие / В.И. Мишин, Н.Т. Лут, А.П. Коломиец, Ф.А. Мамедов.М.: Всерос. с.-х. ин-т заоч. обучения, 1994. - 142 с.
4. Дубовик В.Г., Лебедев Л.Н., Маснык Н.В., Шелест И.В.
Использование вентильных электродвигателей для вентиляторных
установок. Деп. в ГНТБ Украины 14.03.2011 р., № 9 - Ук2011. 16 с.