Γιατί ο σύγχρονος κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες μειώνει τις απώλειες φαινομενικής ισχύος στα δίκτυα βιομηχανικής διανομής ηλεκτρικής ενέργειας;

Ένα εργοστάσιο μπορεί να διαθέτει επαρκή ισχύ μετασχηματιστή και παρόλα αυτά να αντιμετωπίζει υπερφόρτωση των τροφοδοτικών γραμμών, αυξημένη θέρμανση των καλωδίων ή κακές ενδείξεις συντελεστή ισχύος. Η αιτία συχνά δεν είναι έλλειψη χρήσιμης ισχύος σε kW, αλλά το ρεύμα που απαιτείται για τη δημιουργία μαγνητικών πεδίων. Ένα Ρομπός συγχρονισμού με παραγωγικό υλικό μπορεί να μειώσει μία σημαντική πηγή αυτού του ρεύματος, επειδή το μαγνητικό πεδίο του δρομέα του προέρχεται από μόνιμους μαγνήτες αντί για διέγερση του δρομέα που λαμβάνεται από την εναλλασσόμενη τάση. Αυτή η διάκριση μπορεί να μειώσει τη ζήτηση αντιδραστικής ισχύος για μαγνήτιση του κινητήρα και, στο κατάλληλο κύκλο λειτουργίας, να μειώσει τις απώλειες που σχετίζονται με το ρεύμα στα ανώτερα στάδια.

Το σημαντικό διευκρινιστικό είναι «στο κατάλληλο κύκλο λειτουργίας». Η αντικατάσταση ενός κινητήρα δεν είναι ένα καθολικό έργο διόρθωσης του συντελεστή ισχύος. Οι μεταβλητής ταχύτητας κινητήρες, οι αρμονικές συνιστώσες, οι εξοπλισμοί με ελαφριά φόρτιση, το μήκος των καλωδίων, η φόρτιση των μετασχηματιστών και η υπάρχουσα τράπεζα πυκνωτών μπορούν όλα να επηρεάσουν την ένδειξη του μετρητή του εργοστασίου. Το χρήσιμο ερώτημα επομένως δεν είναι απλώς εάν ένας μόνιμου μαγνήτη κινητήρας (PMSM) είναι αποδοτικός· είναι εάν μειώνει τα kVAr και το ρεύμα που πραγματικά κυκλοφορούν μέσω ενός συγκεκριμένου διανομέα.

Η άεργος ισχύς είναι πρόβλημα ρεύματος διανομής, όχι απλώς ένας αριθμός στο λογαριασμό της εταιρείας ηλεκτροδότησης

Σε ένα σύστημα κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος, η πραγματική ισχύς (kW) παράγει μηχανικό έργο στον άξονα, ενώ η αντιδραστική ισχύς (kVAr) υποστηρίζει τα μαγνητικά πεδία. Μαζί καθορίζουν τη φαινόμενη ισχύ (kVA). Για μια δεδομένη μηχανική φόρτιση, ένας χαμηλότερος συντελεστής ισχύος σημαίνει ότι πρέπει να διέρχεται μεγαλύτερο ρεύμα από τις διακόπτουσες συσκευές, τα καλώδια, τους μετασχηματιστές και τις συσκευές προστασίας. Δεδομένου ότι οι απώλειες θέρμανσης των αγωγών αυξάνονται με το τετράγωνο του ρεύματος, ακόμη και μια μέτρια μείωση του ρεύματος μπορεί να μειώσει τις απώλειες και τη θερμική τάση κατά μήκος μιας ιδιαίτερα φορτωμένης διαδρομής.

Οι επαγωγικοί κινητήρες χρειάζονται ρεύμα μαγνήτισης για να δημιουργήσουν τη ροή στο αέρινο κενό. Αυτό το ρεύμα είναι κυρίως αντιδραστικό και είναι ιδιαίτερα εμφανές όταν η μηχανή λειτουργεί πολύ κάτω από το ονομαστικό της φορτίο. Ένας σύγχρονος κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες (PM) διαθέτει μόνιμους μαγνήτες στο δρομέα, οπότε το μαγνητικό πεδίο του δρομέα δεν χρειάζεται να δημιουργηθεί με τον ίδιο τρόπο από ρεύμα μαγνήτισης που προέρχεται από τον στάτορα. Ο στάτορας εξακολουθεί να διαρρέεται από ελεγχόμενο ρεύμα, και το αντιδραστικό του συστατικό εξαρτάται από τον μετατροπέα, τη λειτουργική λειτουργία ελέγχου, την ταχύτητα, τη ροπή και τον σχεδιασμό της μηχανής. Ωστόσο, ο κινητήρας μπορεί να λειτουργεί πιο κοντά σε συντελεστή ισχύος μονάδας (unity fundamental power factor) σε σύγκριση με έναν αντίστοιχο επαγωγικό κινητήρα σε πολλές εφαρμογές.

Όπου ένας σύγχρονος κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες (PM) αλλάζει την ηλεκτρική εικόνα

Ο βασικός μηχανισμός είναι η διέγερση από πεδίο. Σε μία συμβατική επαγωγική μηχανή, η στάτορας παρέχει τόσο το ρεύμα που παράγει ροπή όσο και το μαγνητικό ρεύμα. Σε μία μηχανή μόνιμων μαγνητών (PMSM), οι μαγνήτες του δρομέα παρέχουν τη μαγνητική ροή του δρομέα. Ένας διανυσματικά ελεγχόμενος μετατροπέας μπορεί στη συνέχεια να ρυθμίζει τις συνιστώσες ρεύματος στον d-άξονα και στον q-άξονα για να παράγει την απαιτούμενη ροπή, αποφεύγοντας παράλληλα περιττό ενεργό ρεύμα εντός των λειτουργικών ορίων της μηχανής και του μετατροπέα.

Αυτό μπορεί να προκαλέσει τρεις συναφείς επωφελείες στην εργοστασιακή διανομή:

• Μικρότερο ρεύμα στην τροφοδοσία για το ίδιο έργο στον άξονα: όταν η ζήτηση σε kW παραμένει αμετάβλητη αλλά η αντιδραστική συνιστώσα μειώνεται, μπορούν να μειωθούν επίσης τα kVA και το ρεύμα.
• Μικρότερες απώλειες I²R: μικρότερο ρεύμα RMS σε καλώδια, διανομείς, τυλίγματα μετασχηματιστών και αντιστάσεις επαφής σημαίνει μικρότερες απώλειες που εξαρτώνται από το ρεύμα.
• Περισσότερη χρησιμοποιήσιμη χωρητικότητα διανομής: η μειωμένη ζήτηση σε kVA μπορεί να δημιουργήσει περιθώριο για άλλα φορτία χωρίς να απαιτείται αύξηση του μεγέθους του μετασχηματιστή ή της τροφοδοσίας.

Κανένα από αυτά τα αποτελέσματα δεν πρέπει να υποτίθεται μόνο από την ετικέτα. Μια υψηλή κλάση απόδοσης και ένα ευνοϊκό συντελεστής ισχύος του κινητήρα είναι χρήσιμοι δείκτες, αλλά δεν αντικαθιστούν τις μετρήσεις στο πραγματικό προφίλ φορτίου.

Γιατί οι εργοστασιακές εγκαταστάσεις με μερικό φορτίο συχνά βλέπουν τη μεγαλύτερη δυνατότητα βελτίωσης

Πολλές αντλίες, ανεμιστήρες, συμπιεστές, ταινίες μεταφοράς και βοηθητικά συστήματα διαδικασίας δεν λειτουργούν συνεχώς στο ονομαστικό φορτίο. Μια γραμμή παραγωγής μπορεί να παραμένει αδρανής μεταξύ παρτίδων· μια μονάδα επεξεργασίας αέρα μπορεί να ακολουθεί έναν βρόχο θερμοκρασίας· μια αντλία μπορεί να περιορίζεται ή να επιβραδύνεται. Αυτό είναι το σημείο όπου η σύγκριση μόνο της απόδοσης σε πλήρες φορτίο μπορεί να κρύβει το αποτέλεσμα της κατανομής.

Μια χρήσιμη αλλαγή στην προσδιορισμένη προδιαγραφή είναι να ερωτηθεί κατά πόσον ο κύκλος λειτουργίας φτάνει πραγματικά στο σημείο όπου αναφέρεται η μέγιστη απόδοση. Για εξοπλισμό που λειτουργεί επί μακρόν σε μερικό φορτίο, εξετάστε τον χάρτη απόδοσης, το ρεύμα εισόδου και τον βασικό συντελεστή ισχύος σε όλο το εύρος λειτουργίας — όχι μόνο στο ονομαστικό σημείο. Εάν το φορτίο είναι σταθερό και πλησιάζει το πλήρες φορτίο, το πρόσθετο πλεονέκτημα σε άεργο ισχύ μπορεί να είναι μικρότερο· εάν το φορτίο μεταβάλλεται ευρέως, η συνδυασμένη συμπεριφορά του μετατροπέα και του κινητήρα μπορεί να είναι πιο καθοριστική.

Μην συγχέετε τη βελτίωση του κινητήρα με τη διόρθωση μέσω πυκνωτικής μπαταρίας

Οι πυκνωτικές μπαταρίες αντισταθμίζουν την επαγωγική kVAr σε έναν πίνακα ή έναν αγωγό διανομής. Ένας σύγχρονος κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες μειώνει ή μεταβάλλει τη ζήτηση άεργης ισχύος στο ίδιο το φορτίο. Αυτές οι προσεγγίσεις μπορούν να συμπληρώνουν η μία την άλλη, αλλά δεν είναι ανταλλάξιμες.

Είναι ελκυστικό να θεωρεί κανείς ένα Κινητήρα PM ως αντικατάσταση για μια τράπεζα πυκνωτών. Στην πράξη, ένα εργοστάσιο περιλαμβάνει επίσης μετασχηματιστές, άλλους κινητήρες, εξοπλισμό συγκόλλησης και μετατροπείς με τη δική τους συμπεριφορά ποιότητας ισχύος. Κάθε αλλαγή σε τράπεζα πυκνωτών πρέπει να ακολουθεί μια συντονισμένη μελέτη ποιότητας ισχύος, ιδιαίτερα όταν οι μετατροπείς συχνότητας είναι διαδεδομένοι.

Ένα πρακτικό σχέδιο επαλήθευσης για την τροφοδοσία μιας βιομηχανικής εγκατάστασης

Ξεκινήστε με μια βασική μέτρηση αντί για σύγκριση με κατάλογο. Μετρήστε τον αγωγό που τροφοδοτεί τον στόχο εξοπλισμό κατά τις χαρακτηριστικές καταστάσεις λειτουργίας: αδράνεια, τυπικό φορτίο, μέγιστο φορτίο και οποιαδήποτε συχνά εμφανιζόμενα σημεία ταχύτητας. Καταγράψτε τα kW, kVAr, kVA, το ρεύμα RMS, την τάση, τον θεμελιώδη συντελεστή ισχύος, τον συνολικό συντελεστή ισχύος και την THD του ρεύματος. Εάν μια εγκατάσταση χρησιμοποιεί χρεώσεις ζήτησης ή συμβατικά όρια συντελεστή ισχύος, καταγράψτε επίσης τα δεδομένα της χρεώσιμης περιόδου.

• Χαρτογραφήστε το προφίλ φόρτισης. Εντοπίστε πόσες ώρες διαρκεί η λειτουργία σε κάθε εύρος ταχύτητας και ροπής· μία μόνη στιγμιαία μέτρηση σπάνια επαρκεί.
• Επιβεβαιώστε τα όρια του συστήματος. Αποφασίστε εάν η σύγκριση μετράται στους ακροδέκτες του κινητήρα, στην είσοδο του VFD, στο τοπικό πίνακα ή στον κύριο πίνακα διανομής.
• Συγκρίνετε εξόδους ίσης φύσης. Επαληθεύστε την ταχύτητα του άξονα, την παραγωγικότητα της διαδικασίας, την πίεση, την παροχή ή τη μάζα που μεταφέρεται, ώστε η χαμηλότερη ένταση ρεύματος να μην οφείλεται απλώς σε χαμηλότερη παραγωγή.
• Ελέγξτε την ποιότητα της ισχύος στην πλευρά του μετατροπέα. Αναλύστε τους εισαγόμενους αντιστάτες, τα φίλτρα, τη συμπεριφορά της DC γραμμής και τα όρια αρμονικών, σε συνδυασμό με τη βασική ισχύ kVAr.
• Επανεκτιμήστε τα βήματα των πυκνωτών. Μόλις τα νέα δεδομένα λειτουργίας σταθεροποιηθούν, καθορίστε εάν τα υφιστάμενα βήματα αντιστάθμισης εξακολουθούν να είναι κατάλληλα.

Λεπτομέρειες προδιαγραφών που καθορίζουν εάν το πλεονέκτημα είναι πραγματικό

Ζητήστε από τους προμηθευτές δεδομένα απόδοσης και ρεύματος σε ολόκληρο το επιθυμητό εύρος ταχυτήτων-ροπής, όχι μόνο στο ονομαστικό σημείο. Επιβεβαιώστε τη συμβατότητα με τον μετατροπέα, την επιτρεπόμενη συχνότητα διακοπής, τη μέθοδο ψύξης, το σύστημα μόνωσης, τους περιορισμούς μήκους καλωδίου και τις ρυθμίσεις προστασίας. Οι ταξινομήσεις απόδοσης IEC παρέχουν χρήσιμο πλαίσιο για σύγκριση, αλλά οι δηλώσεις συμμόρφωσης πρέπει να επαληθευτούν έναντι του ακριβούς κινητήρα και του εφαρμόσιμου πεδίου της προδιαγραφής.

Έλεγχος λειτουργικής εκκίνησης κινητήρα σύγχρονου μόνιμου μαγνήτη (PM Synchronous Motor)

Χρησιμοποιήστε αυτόν τον συμπαγή έλεγχο για να διατηρήσετε τη σύγκριση συνδεδεμένη με τα στοιχεία του εργοστασίου και όχι με υποθέσεις βασισμένες στην πινακίδα ονομαστικών τιμών:

• Σύγχρονος κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες (PM): καταγράψτε τα kW, kVAr, kVA, την ένταση ρεύματος και τον ρυθμό παραγωγής στην είσοδο του VFD.
• Κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες (PMSM): συγκρίνετε αντίστοιχα σημεία ταχύτητας/ροπής, τον βασικό και τον συνολικό συντελεστή ισχύος (PF), την THD της έντασης ρεύματος, τη θερμοκρασία του καλωδίου και τα όρια της τροφοδοσίας.
• Σύγχρονος κινητήρας PM: επαληθεύστε τις ρυθμίσεις οδήγησης, τα φίλτρα, την ανταπόκριση της ομάδας πυκνωτών, τα συγκρίσιμα διαστήματα ζήτησης και τις αναγνώσεις αποδοχής.

Αναγνώρισε έναν σύγχρονο κινητήρα με μόνιμους μαγνήτες (PM Synchronous Motor) μόνο όταν τα ηλεκτρικά και παραγωγικά του όρια είναι συγκρίσιμα.

Όταν η περίπτωση είναι ισχυρότερη — και όταν δεν είναι

Ένας σύγχρονος κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες (PM Synchronous Motor) αξίζει περισσότερο να εξεταστεί όπου υπάρχει μεγάλος αριθμός κινητήρων επαγωγής που λειτουργούν για μεγάλες χρονικές περιόδους, όπου τα φορτία λειτουργούν συχνά κάτω από το ονομαστικό σημείο, όπου το ρεύμα της τροφοδοσίας ή η φόρτιση του μετασχηματιστή είναι περιορισμένη, και όπου χρειάζεται ήδη έλεγχος μεταβλητής ταχύτητας. Οι ανεμιστήρες, οι αντλίες, οι συμπιεστές και οι συνεχείς εγκαταστάσεις μεταφοράς υλικών είναι συνηθισμένοι υποψήφιοι, εφόσον η διαδικασία και η αρχιτεκτονική του μετατροπέα ταιριάζουν.

Η περίπτωση είναι ασθενέστερη όταν ο υφιστάμενος κινητήρας λειτουργεί ήδη κοντά σε ένα βέλτιστο σημείο, ο χρόνος λειτουργίας είναι μικρός, η διαδρομή απωλειών διανομής είναι σύντομη ή τα προβλήματα ποιότητας ισχύος από τον VFD δεν έχουν ληφθεί υπόψη κατά τη μηχανική σχεδίαση. Η τεχνολογία δεν αποτελεί συντομότερο δρόμο για να αντισταθμιστούν υπερβολικά λεπτά καλώδια, κακή ισορροπία τάσης ή μη ελεγχόμενες αρμονικές.

Το Πλεονέκτημα Εξατομίκευσης ENNENG

Καμία δύο βιομηχανικές εγκαταστάσεις δεν έχουν τους ίδιους χωρικούς ή μηχανικούς περιορισμούς. Η ENNENG ξεχωρίζει διότι δεν προμηθεύουμε απλώς προϊόντα καταλόγου «έτοιμα για πώληση»· ειδικευόμαστε στην παράδοση παράδοση μιας κινητήρας μόνιμου μαγνήτη προσαρμοσμένος στις ανάγκες σας προσαρμοσμένος στη συγκεκριμένη εφαρμογή σας.

Υποστηριζόμενοι από την εξαιρετική ομάδα έρευνας και ανάπτυξης μας, η οποία αποτελείται από μηχανικούς του Εθνικού Κέντρου Μηχανικής Μόνιμων Μαγνητών Σπάνιων Γαιών, και ενισχυόμενοι από δεκάδες διπλώματα ευρεσιτεχνίας, προσαρμόζουμε λύσεις υψηλής τάσης (6 kV/10 kV) και χαμηλής τάσης (380 V/660 V/1140 V) ώστε να ταιριάζουν στην υφιστάμενη εγκατάστασή σας. Από εγκαταστάσεις επεξεργασίας νερού και πηγάδια πετρελαίου μέχρι εκρηκτικά περιβάλλοντα ορυχείων, παρέχουμε βέλτιστη απόδοση εκεί όπου οι κινητήρες γενικής χρήσης αποτυγχάνουν.

Εάν αξιολογείτε εμπορικούς μόνιμους μαγνήτες κινητήρες για πώληση και χρειάζεστε μια μηχανολογικά σχεδιασμένη λύση οδήγησης που εγγυάται απόδοση και διάρκεια ζωής, η ENNENG είναι ο εμπιστευόμενος σας συνεργάτης. Επικοινωνήστε με την ENNENG σήμερα .Μιλήστε με την τεχνική μηχανική ομάδα μας για να λάβετε μια προσαρμοσμένη πρόταση οδήγησης.

• Whatsapp:+86 18562780228
• Ηλεκτρονικό ταχυδρομείο:  [email protected]
• Τηλέφωνο:  +86 532 66000559