Moderni elektromotorni pogoni u procesnoj industriji

1. Moderni elektromotorni pogoni u procesnoj industriji Ana Siladić N3304

2. Elektromotorni pogon • Elektromehanički sistem za pretvorbu električne energije u mehaničku u svrhu izvršenja korisnog rada. • Sastoji se od: • Uređaja za napajanje i upravljanje, te priključaka na električnu mrežu • Elektromotora • Mehaničkih spojnih elemenata i prijenosnika • Radnog mehanizma Elektrotehničko društvo Zagreb- SUVREMENI ELEKTROMOTORNI POGONI (1. dio, prosinac 1987.)

3. Razvoj elektromotornih pogona Od otkrića prvog Teslinog višefaznog izmjeničnog motora dolazi do naglog razvoja i upotrebe, kaveznih asinkronih elektromotora u industriji širom svijeta. Asinkroni kavezni elektromotor pored svoje jednostavnosti (STATORSKI NAMOT, KAVEZNI ROTOR I KUČIŠTE ELEKTROMOTORA) ima jedan nedostatak, ne može se mijenjati broj okretaja elektromotora, jer broj okretaja ovisi o frekvenciji električne mreže na koju je elektromotor priključen i broju para polova. Elektrotehničko društvo Zagreb- SUVREMENI ELEKTROMOTORNI POGONI (1. dio, prosinac 1987.)

4. Razvojem magnetskih , izolacijskih materijala, otkrićem poluvodiča (DIODA , TRANZISTORA, TIRISTORA) dolazi do ubrzanog razvoja INDUSTRIJSKE ELEKTRONIKE , usmjerivača i pretvarača. Razvojem industrijskih PLC (programibilni logički kontroleri), PC (osobnih računala) i primjenom IGBT tranzistora dolazi do razvoja novih uređaja za start , upravljanje momentom i brzinom kaveznih asinkronih elektromotora (SOFT STARTERI I PRETVARAČI FREKVENCIJE) • Moderni elektromotorni pogoni zahtijevaju veliku prilagodljivost tehničkim procesima. Najveći broj elektromotornih pogona čine asinkroni kavezni motori za pogon kompresora, pumpi, ventilatora, transportnih traka itd. Da bi navedeni strojevi mogli optimalno raditi u svojem procesnom okruženju potrebno je uspostaviti regulacijske i nadzorne krugove. Zahvaljujući razvoju industrijske elektronike nije potrebno ugrađivati mehaničke regulatore broja okretaja kao što su reduktori i multiplikatori jer su njihovu ulogu preuzeli regulirani elektromotorni pogoni. svijet elektronike, članak- ELEKTROMOTORI I FREKVENCIJSKI PRETVARAČI (prosinac 1999.)

5. Frekventni pretvarači • Uređaji za kontinuiranu promjenu brzine vrtnje elektromotora. Danas sa svojim namjenskim funkcijama čine središte reguliranog elektromotornog pogona. Omogućuju mjerenje varijabli i dijagnostiku, te zaštitu, nadzor, upravljanje i regulaciju elektromotornog pogona odnosno procesnih veličina. • Frekventni pretvarač nam omogućuje veću kvalitetu i učinkovitost uz istovremeno smanjenje uporabe energije i materijala u proizvodnom procesu. • Frekventni pretvarač u velikoj mjeri nadomješta upotrebu skupljih i manje sigurnih mehaničkih varistora te osim toga dodatno nudi više zaštitnih funkcija. U velikoj mjeri lako nadomješta čak i mnogo skuplje servo sustave. Svijet elektronike, prosinac 1999 (članak elektromotori i frekvencijski pretvarači)

6. Primjena frekvencijskih pretvarača • Najšira primjena pretvarača frekvencije je za napajanje trofaznih izmjeničnih asinkronih kaveznih motora kojima treba regulirati brzinu vrtnje. Elektromotorni pogoni promjenjive brzine vrtnje najčešće se upotrebljavaju za : - upravljanje brzinom električnih vozila kao što su vlakovi i brodovi -za namještanje brzine vrtnje pumpi, kompresora, ventilatora tako da rade sa najvećim mogućim stupnjem djelovanja pri promjenjivom opterećenju -upravljanje brzinom transportera -upravljanje i usklađivanje brzine niza valjaka u proizvodnim operacijama kakve su u ljevaonicama željeza te kod papirnih i tekstilnih strojeva -upravljanje brzinom i pozicijom alatnih strojeva http://vin-projekt.undonet.com/frekventni.html

7. REGULIRANJE BRZINE VRTNJE ASINKRONOG TROFAZNOG MOTORA • Ako izmjenični asinkroni motor priključimo na izvor stalne frekvencije, on će se vrtjeti stalnom brzinom. ns=60 f1/p f1 – frekvencija struje, p – broj pari polova statorskognamota motora. Zato su se u pogonima koji zahtijevaju promjenjivu brzinu vrtnje nekada koristili samo istosmjerni motori. Zahvaljujući razvoju industrijske elektronike u modernim elektromotornim pogonima, za regulaciju brzine vrtnje asinkronih motora koriste se pretvarači frekvencije. Fakultet elektrotehnike strojarstva i brodogradnje Split, SEMINARSKI RAD - PRIMJENE AUTONOMNIH IZMJENJIVAČA

8. Skalarna regulacija • Istovremena promjena napona i frekvencije U/f, tehnički naziv skalarna regulacija. • Skalarna regulacija U/f ima ograničeno područje primjene zbog toga što je promjena napona motora ograničena, od nule do nazivnog napona. • Povećanje napona iznad nazivnog nije dozvoljeno zbog naponskih naprezanja. • Povećanje frekvencije iznad nazivne ograničeno je mehaničkim razlozima i promjenama mehaničke karakteristike motora zbog smanjenja toka u području iznad nazivne frekvencije. • Vektorska regulacija • Pored jednostavnije i manje precizne skalarne regulacije koja se zasniva na zakonu upravljanja U/f = konst. razvijena je i mnogo se koristi vektorska regulacija izmjeničnih elektromotornih pogona. • Temelj vektorske regulacije je matematički model motora koji obuhvaća statička i dinamička stanja električkih, magnetskih i mehaničkih pojava u motoru. Fakultet elektrotehnike i računarstva (zavod za elektrostrojarstvo i automatizaciju)- ELEKTROMOTORONI POGONI S IZMJENIČNIM MOTORIMA, Prof. dr. sc. Drago Ban

9. Načelna shema energetskog kruga pretvaračafrekvencije (ABB) sa sinusnim izlaznim filtrom Fakultet elektrotehnike i računarstva (zavod za elektrostrojarstvo i automatizaciju)-ELEKTROMOTORNI POGONI S IZMJENIČNIM MOTORIMA, Prof. dr. sc. Drago Ban

10. MEKI“ UPUŠTAĆ • Meki upuštači smanjuju napon na stezaljkama elektromotora, kao što su činili i starteri s primarnim otpornicima, ali bez velikih gubitaka. Meki upuštač upravlja kutom vođenja izlaznih tiristora, te na taj način mijenja izlazni napon iz upuštača. Izlaz iz tiristora nije sinusoidalan , promjenom kuta vođenja mijenja se efektivna vrijednost izlaznog napona. • Meki upuštač je dobar izbor za mnoge aplikacije koje traže smanjeni napon ili manji moment kod starta elektro motora. On nudi veću fleksibilnost od elektro mehaničke konkurencije bez dodatnog povećanja cijene. • UPOZORENJE: Nikad se ne smije pristupiti radovima na elektromotoru ako nije isključen primarni energetski krug. Meki upuštač u mirovanju pušta jednu fazu kroz namot motora, što može biti opasno za pogonsko osoblje. Elektro instalater (1989)- KAKO KORISTITI MEKI UPUŠTAČ?

11. Momentne karakteristike asinkronog motora u slučaju direktnog upuštanja te kod upuštanja s mekim tiristorskim upuštačima s i bez strujnog limita. Meki zalet, ali i meko zaustavljanje moguće je postići pomoću tiristorskih mekih upuštača. • Meki upuštač je dobar izbor za mnoge aplikacije koje traže smanjeni napon ili manji moment starta. http://vin-projekt.undonet.com/meki.html

12. Blok dijagram mekog upuštača sa vanjskim sklopnikom u bajpasu Fakultet elektrotehnike i računarstva ( zavod za elektrostrojarstvo i automatizaciju)- ELEKTROMOTORNI POGONI S IZMJENIČNIM MOTORIMA, Prof. dr. sc. Drago Ban

13. Prednosti modernih elektromotornih pogona • AUTOMATIZACIJA TEHNOLOŠKIH PROCESA (uspostava regulacijske petlje između procesnog računala pretvarača frekvencije i elektromotora) -Prilagodba tehnološkom procesu i uvjetima pogona upravljanjem brzinom ili momentom elektromotora umjesto drugih tehničkih mogućnosti (reduktori, multiplikatori, prigušenja ...) - Produktivnost i kvaliteta proizvoda mogu bitno ovisiti o preciznosti regulacije brzine vrtnje ili momenta motora (automatizirana proizvodnja) • SMANJENJE TROŠKOVA ELEKTRIČNE ENERGIJE I ODRŽAVANJA • Najveće uštede električne energije mogu se postići reguliranim pogonom centrifugalnih pumpi, ventilatora i kompresora koji su podopterećeni u normalnom pogonskom stanju i koji su godišnje relativno dugo vremena u pogonu.

14. U tehnički razvijenom svijetu prevladava tendencija primjene novih reguliranih pogona i zamjena postojećih nereguliranih reguliranim zbog štednje energije. • Manji troškovi održavanja. Pretvarač frekvencije ne zahtjeva održavanje a životni vijek im je oko 30 godina. Upotrebom pretvarača frekvencije radni vijek pogona se povećava. PRIMJER: Sistem vodo opskrbe gdje pojava hidrauličnih vodenih udara, koji izravno zavise od motora pumpe, a mogu prouzročiti česti kvar na ventilima, koji nestaje upotrebom reguliranog elektromotornog pogona. • POVEČAN STUPANJ ZAŠTITE ELEKTRIČNE MREŽE, ELEKTROMOTORA I RADNIH MEHANIZAMA - Komponente pogona se štite na način da se smanjenjem struje pokretanja smanje dinamičke sile i momenti, te smanje zagrijavanja u toku zaleta i drugih dinamičkih stanja pogona. - Naročito je važno istaknuti da se može na istoj mreži pokretati motore mnogo većih snaga nego pri direktnom pokretanju na mrežu. Tipičan je primjer uporaba elektroničkih soft start (lagani zalet) uređaja. - U suvremenim pretvaračima se nalaze električke zaštite motora (preopterećenje, nesimetrije, ispad jedne faze)

15. Vodna stanica Đurđevac • Služi za opskrbu pitkom vodom grada Đurđevca i okolice. • U sklopu vodne stanice nalaze se dva bunara dubine 80 m iz kojih se crpi voda. • Voda iz bunara ide u stanicu za obradu vode (kloronatorska stanica, kapaciteta 200 m3) • Obrađena voda se otprema otpremnim pumpama u vodoopskrbni sustav. • Da bi protok i tlak u sustavu bio ujednačen tijekom cijelog dana za pogon otpremnih pumpi se koristi pretvarač frekvencije. • Tehnološka shema je prikazana na slici 1 • Dnevna potrošnja vode se kreče od 15 l/sek do 80 l/sek.

16. Tehnološka shema VODNE STANICE ĐURĐEVAC

17. Frekventni pretvarač Procesna slika nadzora i upravljanja slikano na vodnoj stanici Đurđevac (04.01.2010)

18. Pumpni agregat s elektromotornim pogonom Mjerač protoka slikano na vodnoj stanici Đurđevac (04.01.2010)