औद्योगिक मोटर नियंत्रण का सुधार: ऊर्जा बचावको लागि इनवर्टर पुनर्स्थापन
बिजुली अटोमेटिक प्रणाली उद्योगिक उत्पादनको मुख्य हिस्सा हो, जसले समग्र उत्पादन खर्च र पर्यावरणीय प्रभावलाई प्रत्यक्ष रूपमा प्रभाव दिन्छ। परम्परागत नियत गति कामकाज भिन्न भार आवश्यकताहरूको प्रतिक्रिया दिन्थित ऊर्जा बर्बादी गर्न सक्छ र सही प्रक्रिया नियंत्रण लाई दुष्कर बनाउँछ। विचरण आवृत्ति गति नियमन प्रविधि, एउटा प्रगतिशील मोटर नियंत्रण विधि, यी समस्याहरूको लागि उम्मीदवादी समाधान उपलब्ध गर्छ। यो अध्ययन एक बिजुली आयनन बिजुली स्टेशनको बिजुली अटोमेटिक प्रणालीलाई उदाहरण लिएर इन्वर्टर गति नियन्त्रण प्रविधिको आधारमा रिट्रोफिट योजना र उसको ऊर्जा बचत प्रभावलाई अन्वेषण गर्दछ, यसको उद्देश्य समान उद्योगिक परिदृश्यहरूमा ऊर्जा दक्षता सुधारको लागि उपलब्ध गर्नु हो।
1 इन्वर्टर अनुप्रयोगको वर्तमान स्थिति र रिट्रोफिट आवश्यकताहरू
1.1 अस्तित्वमा रहेको उपकरणहरू
बिजुली स्टेशनको बिजुली अटोमेटिक प्रणाली मुख्यतया तीन भागहरू: बिजुली वितरण प्रणाली, मोटर ड्राइव युनिटहरू, र नियन्त्रण प्रणाली बनेको हो। बिजुली वितरण प्रणालीमा 10 kV उच्च वोल्टेज स्विचगियर, ट्रान्सफार्मर, र 400 V निम्न वोल्टेज स्विचगियर समावेश हुन्छ, जसले बिजुली वितरणको लागि वृक्ष संरचना बनाउँछ। मोटर ड्राइवहरू मुख्यतया डायरेक्ट-ऑन-लाइन वा स्टार-डेल्टा निम्न वोल्टेज शुरुआत विधि द्वारा नियन्त्रित एसिनक्रोनस मोटरहरू हुन्छन्। ठाउँमा उपलब्ध उपकरणहरूमा पम्प भार सबैभन्दा ठूलो अनुपातमा छन्, जसमा प्रवाही जल पम्प, शीतलक जल पम्प, र फीड जल पम्प समावेश हुन्छ। यी उपकरणहरू नियत गतिमा काम गर्छन्, जसको प्रवाह वाल्वहरूद्वारा नियन्त्रित गरिन्छ, जसले उच्च ऊर्जा खपत गर्छ। अस्तित्वमा रहेको प्रणाली संरचना अपेक्षाकृत विकेन्द्रित छ, र आंशिक रूपमा केन्द्रीय व्यवस्थापन छ। उच्चस्तरीय मनिटरिङ प्रणाली औद्योगिक इथरनेट द्वारा क्षेत्रीय नियन्त्रण प्रणाली संचार गर्दछ जसले केन्द्रीय डेटा दर्शाइन र दूरस्थ कार्यान्वयन गर्न सकिन्छ। तर, वर्तमान नियन्त्रण प्रणालीमा विचरण आवृत्ति गति नियमनको लागि उन्नत नियन्त्रण एल्गोरिथ्म छैन, जसले ऊर्जा प्रबन्धन र प्रक्रिया अनुकूलनमा कमिलाई उत्पन्न गर्छ।
1.2 रिट्रोफिट आवश्यकताहरू
वर्तमान उपकरण स्थितिको आधारमा, बिजुली अटोमेटिक प्रणालीको रिट्रोफिट आवश्यकताहरू मुख्यतया ऊर्जा दक्षता सुधार र नियन्त्रण अनुकूलनमा ध्यान दिन्छ। यहाँ भार आवश्यकताहरूलाई मिलाउने लागि मोटर गति नियन्त्रण प्रविधि आधारित इन्वर्टर योजना परिचालन गर्न आवश्यक छ।
इसके साथ, अस्तित्वमा रहेको पम्प स्टेशन र उत्पादन सुविधाहरूको उपयोग गरी, साइबर सुरक्षा स्तर 2 आवश्यकतामा अनुकूल एक स्मार्ट मनिटरिङ प्लेटफार्म निर्माण गर्न आवश्यक छ। यो प्लेटफार्म क्लाउड कम्प्युटिङ र IoT प्रविधिको समावेश साथ व्यवसाय प्रबन्धन र क्षेत्रीय नियन्त्रणको बीच निर्बाध समावेशन गर्न सक्छ। प्रणाली संरचना "केन्द्रीय प्लेटफार्म + वितरित उपप्रणालीहरू + मोबाइल टर्मिनल" तीन तहको ढाँचामा आधारित छ, जसले वास्तविक समयमा डेटा उपलब्ध गर्न, दक्ष विश्लेषण, र सुरक्षित संचयन गर्न सक्छ।
केन्द्रीय प्लेटफार्म, उच्च प्रदर्शन वाला सर्वर क्लस्टर आधारित छ, जसमा अनुकूल निर्णय समर्थन दिन उन्नत डेटा विश्लेषण एल्गोरिथ्म तैयार गरिएको छ। वितरित उपप्रणालीहरूमा उपकरण स्थिति मनिटरिङ, वीडियो सर्वेलियन्स, र पर्यावरणीय पैरामिटर संग्रह विभागहरू समावेश छन्, जसले उत्पादन संचालनको सबै पहिलोहरू व्यापक रूपमा आवरण गर्छ। मोबाइल टर्मिनलहरू, अनुकूलित अनुप्रयोगहरूद्वारा, दूरस्थ मनिटरिङ र तत्काल सूचना गर्न सकिन्छ।
2 ऊर्जा बचत प्रभावको सैद्धान्तिक आधार
यस अध्ययनमा इन्वर्टर गति नियन्त्रण प्रविधिको ऊर्जा बचत प्रभावको विश्लेषण मुख्यतया पम्प र फानको लिए आफिनिटी नियमहरू र विचरण आवृत्ति गति नियमनको ऊर्जा रूपान्तरण सिद्धान्त आधारित छ। उद्योगको उपकरणहरूको संचालन स्थितिको आधारमा, धेरै पम्प र फान नियत गतिमा काम गर्छन् र वाल्वहरूद्वारा प्रवाह नियन्त्रण गरिन्छ, जसले ठूलो ऊर्जा नाश गर्छ। विपरीत, विचरण आवृत्ति गति नियन्त्रण भार आवश्यकताहरूलाई मिलाउने लागि मोटर गति नियन्त्रण गर्छ, जसले ऊर्जा बचत गर्छ। पम्प र फानको लिए आफिनिटी नियमहरू प्रवाह दर, बिजुली र शक्तिको बीचको सम्बन्ध आधारित निर्मित छन्, जसको सम्बन्धित गणना सूत्रहरू यस प्रकार छन्:
यहाँ Q प्रवाह दर (m³/घंटा) हो; n घूर्णन गति (r/मिनिट) हो; H बिजुली (m) हो; P शक्ति (kW) हो, जहाँ P1 रेटिंग शक्ति र P2 घटियो गतिमा शक्ति छ। विचरण आवृत्ति गति नियमनको ऊर्जा रूपान्तरण सूत्र यस प्रकार छ:
उपरोक्त सैद्धान्तिक सम्बन्धहरूको आधारमा, जब प्रणाली प्रवाह आवश्यकता घट्यो, मोटर आवृत्ति नियन्त्रण द्वारा गति स्वचालित रूपमा घटाउँछ, जसले शक्ति खपत ठूलो रूपमा घटाउँछ र ऊर्जा बचत गर्छ। यो उत्तरोत्तर रिट्रोफिट डिजाइन र ऊर्जा बचत मूल्यांकनको लागि सैद्धान्तिक आधार प्रदान गर्छ।
3 इन्वर्टर गति नियन्त्रण प्रविधिको रिट्रोफिट योजना
3.1 बिजुली वितरण प्रणाली अपग्रेड
इन्वर्टर गति नियन्त्रण प्रविधिलाई प्रभावी रूपमा लागू गर्न, यस अध्ययनले अस्तित्वमा रहेको बिजुली वितरण प्रणाली अपग्रेड गर्यो। उच्च वोल्टेज प्रणालीको लागि, 10 kV स्विचगियरमा न्यूनतम 1,250 A रेटिंग धारा र 31.5 kA रेटिंग छोट चालन टोका भएका बुद्धिमत्तामा भर्ने वाक्यसंरचना स्विचहरू स्थापना गरिएका छन्। माइक्रोप्रोसेसर-आधारित सुरक्षा रिले समावेष गरिएका छन्, जसले अतिधारा, छोट चालन, र ग्राउंड फाउल्ट जस्ता बहु-कार्यकारी सुरक्षा भएका छन्, जसको प्रतिक्रिया समय 20 ms भन्दा कम छ। एक बिजुली गुणस्तर मनिटरिङ प्रणाली पनि परिचालन गरिएको छ, जसले वर्ग A-ग्रेड उच्च-परिशुद्धता सेन्सरहरू प्रयोग गरी हार्मोनिक सामग्री, वोल्टेज झटका, र तीन चालन असंतुलन जस्ता पैरामिटरहरूलाई वास्तविक समयमा मनिटर गर्छ, जसले प्रणालीको स्थिरता सुनिश्चित गर्छ।
निम्न वोल्टेज प्रणालीको लागि, 400 V प्रणाली अपग्रेडको केन्द्र बिन्दु थियो। अस्तित्वमा रहेको प्रणालीमा स्वतन्त्र फीडर कैबिनेटहरू भएका इन्वर्टर फीडर सर्किटहरू थपिएका छन्, जसहरूमा बुद्धिमत्तामा भर्ने मोल्डेड-केस सर्किट ब्रेकरहरू समावेष गरिएका छन्। धारा आवश्यकताको आधारमा 400 A देखि 630 A बीच रेटिंग धारा चयन गरिएको छ, जसमा इलेक्ट्रोनिक ट्रिप युनिटहरू अतिधारा र छोट चालन सुरक्षा लागि परिशुद्ध छन्। प्रत्येक इन्वर्टर सर्किटमा फीडर सर्किट ब्रेकरको रेटिंग धारा साथ एक अलग ब्रेकर र दृश्य ब्रेक विशेषता समावेष गरिएको छ, जसले उपकरण रखरखाहरूलाई सुविधाजनक बनाउँछ।
हार्मोनिक नियन्त्रणको लागि, इन्वर्टर इनपुट तिर एक्टिभ पावर फिल्टर (APF) स्थापना गरिएको छ, जसको विशिष्ट विवरण तालिका 1मा दिएको छ।
ग्राउंडिङ प्रणालीको अनुकूलनको लागि, यस अध्ययनले TN-S वायरिङ विधि अपनाएको छ, जसले वितरण कैबिनेटबाट न्यूट्रल लाइन (N) र सुरक्षा ग्राउंड लाइन (PE) अलग गर्छ। मुख्य PE लाइन न्यूनतम 95 mm² क्षेत्रफल भएका तामा चालक वाला छ, जसले 1 Ω भन्दा कम ग्राउंड रिजिस्टेन्स दिन्छ। इन्वर्टर र मोटर जस्ता महत्त्वपूर्ण उपकरणहरूको स्थानहरूमा तामा चालक वाला बराबर पोटेन्सियल बाँडिङ बारहरू थपिएका छन्, जसको क्षेत्रफल 16 mm² भन्दा ठूलो छ। यो सामान्य मोड व्यवधानलाई प्रभावी रूपमा नियन्त्रण गर्छ र प्रणालीको EMC प्रदर्शन बढाउँछ [21]।
3.2 इन्वर्टर उपकरणको चयन र पैरामिटर अनुकूलन
इन्वर्टरहरूको चयन भार विशेषता र प्रक्रिया आवश्यकताहरूसँग परिशुद्ध मिलाउने आधारमा गरिन्छ। पम्प भारको लागि, वेक्टर नियन्त्रण इन्वर्टरहरू चयन गरिएका छन्, जसको रेटिंग शक्ति मोटरको शक्तिसँग स्थिर रूपमा सम्बन्धित छ, र 150%/1 मिनिट ओवरलोड क्षमता छ। यस अध्ययनले ABB ACS880 श्रृंखला इन्वर्टर चयन गरेको छ, जसमा DTC (Direct Torque Control) प्रविधि छ, जसको टोका प्रतिक्रिया समय 5 मिलीसेकेन्ड भन्दा कम छ र गति नियन्त्रण परिशुद्धता ±0.01% छ। ठाउँमा उपलब्ध परिवेशको आधारमा, IP54 सुरक्षा ग्रेड भएको बन्द इन्वर्टर प्रयोग गरिएको छ, जसमा बलात्मक हवा ठण्डाउने प्रणाली छ, जसले कम गरेको छ 1 m³/(min·kW)।
पैरामिटर अनुकूलनको लागि, ध्यानकेन्द्र PID नियन्त्रण पैरामिटरहरू र इन्वर्टरमा निर्मित आत्म-अनुकूलन एल्गोरिथ्म प्रयोग गर्न छ। स्टेप रिस्पान्स टेस्ट द्वारा, अनुकूल अनुपात लाभ Kp
