CC BY
36Е.В. Кореньков
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В СИСТЕМАХ ВЕНТИЛЯЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
В статье рассматриваются вопросы повышения энергоэффективности в системах вентиляции. Предложено использование частотного регулирования с транзисторными частотными преобразователями на основе IGBT-транзисторов для повышения энергоэффективности электроприводов систем вентиляции.
Ключевые слова: Вентиляция, энергоэффективность, электропривод, частотное регулирование, частотный преобразователь, экономия, энергия.
В настоящее время вопросы обеспечения максимальной энергоэффективности различных технологических процессов являются одними из наиболее актуальных [3]. Это обусловлено ростом стоимости электроэнергии, сокращением общих запасов традиционных невозобновляемых энергоресурсов, ужесточением требований к экологичности процессов выработки, преобразования и передачи электроэнергии.
Системы принудительной вентиляции с электроприводом (ЭП) используются практически повсеместно как на промышленных предприятиях, так и административных, социально-общественных и других объектах. При этом традиционным способом регулирования воздушного потока и интенсивности вентилирования является использование шиберной заслонки. Однако, хотя данный способ наиболее дешев и прост в реализации, его применение обуславливает значительное снижение общего коэффициента полезного действия (КПД) системы вентиляции (СВ) и существенные энергопотери.
В современных СВ, в основном, используются трехфазные асинхронные двигатели ввиду их надежности, высокого КПД, простоты и относительной дешевизны [2]. Данный тип электропривода поддерживает частотное регулирование (ЧР) скорости вращения (следовательно, и интенсивности работы СВ).
На рисунке 1 показана схема определения требуемой мощности ЭП вентилятора.
Расход воздуха, куб.м.
Рис. 1. Схема определения требуемой мощности электропривода вентилятора
Мощность вентилятора СВ выбирается с некоторым запасом. На рисунке 1 кривая вентилятора -подающая часть СВ, показывающая зависимость уровня нагнетания воздуха от его расхода. Кривая системы - потребляющая часть СВ, показывающая данную зависимость, но зеркально. Данные кривые пересекаются в точке оптимума, когда обеспечиваются требуемые поток и давление воздуха. Однако данный
© Е.В. Кореньков, 2022.
Научный руководитель: Третьякова Марина Николаевна - кандидат педагогических наук, доцент, Тольяттинский государственный университет, Россия.
режим работы СВ является предельным по интенсивности и соблюдается крайне редко, в остальных режимах в СВ с применением заслонки вентилятор создаёт избыточное давление с дополнительными энергопотерями (рисунок 2).
Расход воздуха, куб.м.
Рис. 2. Энергопотери при частотном регулировании с применением заслонки
Рассмотрим подробнее энергоэффективность ЧР в системах вентиляции. Наиболее современным и энергоэффективным видом частотного преобразователя для асинхронного электропривода являются транзисторные частотные преобразователи (ТрЧП) на основе IGBT-транзисторов [1]. Использование ТрЧП за счёт снижения оборотов электропривода и интенсивности вентилирования позволяет адаптировать «кривую вентилятора» под «кривую системы», при этом минимизируются потери энергии и наблюдается очень значительная экономия энергии по сравнению с регулированием заслонкой. Экономия обеспечивается плавным изменением частоты вращения электропривода в широком диапазоне, что означает минимальное потребление энергии, требуемое для поддержания необходимого давления в данном конкретном режиме работы СВ (рисунок 3).
Расход воздуха, куб.м.
Рис. 3. Экономия энергии при частотном регулировании электропривода вентиляции
Преимущества частотного регулирования СВ:
- максимально высокий КПД и энергоэффективность;
- минимальные затраты на оплату потребляемой электроэнергии;
- поддержание требуемого давления воздуха в системе;
- возможность питания от однофазной сети 220 В.
- плавные пуск, останов и изменение частоты вращения двигателя позволяют также сократить потери воздуха и дополнительно повысить энергоэффективность.
Функциональные схемы управления электроприводом при частотном регулировании показаны на рисунке 4.
Рис. 4. Функциональные схемы управления электроприводом при частотном регулировании
Напряжение сети подается через сглаживающий импульсы тока входной реактор на неуправляемый трехфазный выпрямитель. Далее через фильтр, сглаживающий пульсации, постоянное напряжение подается на транзисторный инвертор, где происходит генерация переменного тока с задаваемой частотой и напряжением, что обеспечивает широкий диапазон и точную регулировку частоты вращения и мощности ЭП. Через сглаживающий импульсы тока выходной реактор, переменный ток с задаваемой частотой и напряжением подается на электродвигатель.
Очевидно, что применение частотного регулирования в системах вентиляции обеспечивает существенное повышение энергоэффективности и значительное энергосбережение. Современные ТрЧП на основе ЮВТ-транзисторов могут быть рекомендованы для применения в электроприводах систем вентиляции самых различных объектов.
Библиографический список:
1. Компания «Веспер». Официальный сайт. Как частотные преобразователи улучшают работу вентиляции [Электронный ресурс]. - https://www.vesper.ru/presscenter/articles/kak-chastotnye-preobrazovateli-uluchshayut-rabotu-ventilyatsii-/ (дата обращения: 12.02.2022).
2. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность / О.Д. Самарин. - М.: Издательство АСВ, 2014. - 296 ^
3. Цветов, Р.С., Мамяченков, В.Н. Энергосбережение и энергоэффективность: современный опыт России и зарубежных стран // Электронный научный архив УрФУ. - 2018.
КОРЕНЬКОВ ЕВГЕНИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ - магистрант, Тольяттинский государственный университет, Россия.
