Úspora elektrickej energie je nevyhnutnosťou v každom odvetví. Dôvodom sú nielen rastúce ceny a regulačné zmeny, ale aj očakávania zákazníkov, ktorí sa čoraz viac rozhodujú pre udržateľné spoločnosti.
Akákoľvek zmena, ktorá zvýši energetickú efektívnosť elektrických pohonov, je nevyhnutná a odráža sa na environmentálnych problémoch a výsledkoch výrobného podniku. Preto je dôležité implementovať riešenia, ktoré znižujú spotrebu energie.
Ako ušetriť energiu bez výmeny elektromotorov za novšie? Ako vyťažíte maximum z najmodernejších motorov? Jedným z najefektívnejších spôsobov je optimalizácia prevádzkových podmienok motora. Z pohľadu priemyselnej automatizácie je veľmi efektívnym riešením, ktoré sa premieta do zníženia spotreby elektrickej energie, použitie frekvenčných meničov, bežne označovaných ako invertory.
Ekonomické a šetrné k životnému prostrediu
Frekvenčné meniče série FR-E800 vyrábané spoločnosťou Mitsubishi Electric sú vybavené množstvom riešení na zlepšenie energetickej účinnosti pohonných systémov. Jedným z nich je absolútne jedinečný pokročilý režim optimálneho riadenia budenia (AOEC), ktorý umožňuje úsporu až 20% energie v porovnaní s tradičným režimom úspory energie používaným v typickom frekvenčnom meniči.
Ako optimálna regulácia budenia pomáha šetriť energiu?
Straty budenia, tiež známe ako straty v jadre alebo straty železa, sú typom straty energie, ku ktorej dochádza v elektromotoroch v dôsledku magnetických vlastností materiálov jadra motora. Tieto straty súvisia s magnetickým tokom vo vnútri motora a sú nezávislé od zaťaženia motora. Môžeme ich rozdeliť do dvoch hlavných typov:
1. Hysterézne straty:
Hysterézne straty sú spôsobené obrátenou magnetizáciou v železnom jadre motora. Keď sa magnetické pole zmení, magnetické domény v materiáloch jadra sa neustále zarovnávajú a znovu zarovnávajú, čo vedie k rozptylu energie. Hysterézne straty závisia od magnetických vlastností materiálu jadra a frekvencie magnetického poľa.
2. Straty vírivými prúdmi:
Vírivé prúdy sú cirkulujúce prúdy indukované v materiáli jadra striedavým magnetickým poľom. Tieto prúdy tečú v uzavretých slučkách a narážajú na odpor, čo spôsobuje stratu energie. Straty vírivými prúdmi závisia od elektrickej vodivosti materiálu jadra, jeho hrúbky a frekvencie magnetického poľa.
Hysterézia aj straty vírivými prúdmi prispievajú k stratám pri budení elektromotora. Tieto straty sa prejavujú ako teplo vo vnútri motora a znižujú jeho celkovú účinnosť. Je však potrebné poznamenať, že straty pri budení zostávajú vo všeobecnosti relatívne konštantné bez ohľadu na zaťaženie alebo rýchlosť motora. Preto sa pri nízkych otáčkach a pri malom zaťažení zvyšuje pomer budiacich strát k celkovým stratám. Vo všeobecnosti, aj keď sa straty pri budení podieľajú na celkových stratách elektromotora, sú zvyčajne malou časťou v porovnaní s inými stratami, ako sú medené a mechanické straty pri nominálnych podmienkach, ale pri podmienkach nízkeho zaťaženia predstavujú značné percento celkových strát. straty.
Tu prichádza na pomoc režim Optimum Excitation Control, ktorý sa používa v meničoch série FR-E800 a FR-F800 od Mitsubishi Electric. Tento režim umožňuje meniču inteligentne rozdeliť vektor prúdu aplikovaný na motor na dve zložky – prúd zodpovedný za budenie a prúd zodpovedný za udržiavanie krútiaceho momentu. Zatiaľ čo ‚momentový‘ prúd je hodnota, o ktorej sa nedá diskutovať, komponent zodpovedný za magnetizáciu možno znížiť na bezpečnú úroveň, čo umožňuje motoru pokračovať v plynulom chode.
Záverečné zistenie – invertory pracujúce v aplikáciách poháňajúcich ventilátor a väčšinu čerpadiel pracujú väčšinu času pod zaťažením. Ak ventilátor beží pri polovičnej nominálnej rýchlosti, potom pracuje pri približne 15% podťažení. Preto výberom FR-E800 a optimálnym vyladením pohonu na ovládanie čerpadla alebo ventilátora môžete vo väčšine prípadov očakávať priemernú úsporu okolo 20 % v porovnaní s tradičným režimom ovládania používaným v tomto type aplikácie.
Podpora vysokoúčinných motorov IE5
Vysokoúčinné pohony IE5 sú väčšinou synchrónne motory, ktoré predstavujú výzvu pre menič z hľadiska optimálneho ladenia a riadenia. Zatiaľ čo akýkoľvek invertor môže ľahko ovládať indukčný motor, motory IPM (vnútorný permanentný magnet), SPM (povrchový permanentný magnet), BLDC (bezkefové jednosmerné motory) alebo SynRM (synchrónne reluktančné motory) vyžadujú vysokovýkonný menič s riadiacim algoritmom vhodným pre ne.
Invertory série FR-E800, bez ohľadu na výrobcu a typ podporovaného motora, poskytujú flexibilitu v riešení pohonu, optimalizujúc TCO (celkové náklady na vlastníctvo) zariadenia pre koncových používateľov.
Čo je automatické ladenie a prečo je také dôležité?
Automatické ladenie, proces ladenia prevádzky meniča na typ prevádzkovaného motora, je činnosť potrebná na riadenie motora v neskalárnom režime (skalárny režim vo všeobecnosti nevyžaduje žiadne ladenie).
Menič spúšťa motor pri rôznych frekvenciách a napäťových úrovniach, pričom sleduje jeho odozvu. Analýzou odozvy motora dokáže menič identifikovať jeho elektrické a mechanické parametre, ako je odpor, indukčnosť, zotrvačnosť alebo iné konštanty, ktoré opisujú elektrický stroj. Na základe zozbieraných údajov menič vypočíta optimálne riadiace parametre pre čo najefektívnejšiu a najspoľahlivejšiu prevádzku.
Proces automatického ladenia je rozhodujúci pre dosiahnutie najlepšieho výkonu a účinnosti pri použití meniča so špecifickým motorom. Pomáha eliminovať dohady spojené s manuálnou konfiguráciou parametrov meniča, najmä pri jeho pripojení k motoru s rôznymi elektrickými a mechanickými charakteristikami. Správne automatické ladenie zaisťuje hladký chod, znižuje riziko poškodenia motora a maximalizuje energetickú účinnosť. Naopak, nesprávne vykonané automatické ladenie vedie k prevádzke so zníženou účinnosťou a prehrievaním motora, čo vedie k nadmernej spotrebe energie aplikáciou pohonu. V konečnom dôsledku sa môže ukázať, že sme investovali do motora s vysokou účinnosťou, ktorého vyladenie menič nezvládne, čo spôsobuje zbytočné energetické straty.
V súlade so smernicou EcoDesign
Od júla 2021 sa smernica EcoDesign vzťahuje aj na frekvenčné meniče. Všetky meniče Mitsubishi Electric boli v priebehu rokov navrhnuté tak, aby minimalizovali tepelné straty jednotiek a FR-E800 je jasným lídrom v oblasti energetickej účinnosti medzi kompaktnými frekvenčnými meničmi, pričom si zachováva straty menšie ako 2 % v celom výkonovom rozsahu*.
Regenerácia energie z pohonových aplikácií
Meniče FR-E800 sú napriek svojej kompaktnej konštrukcii navrhnuté tak, aby vyhovovali systému vrátenia energie späť do siete. Voliteľný multifunkčný menič FR-XC umožňuje, aby sa prebytočná energia (napríklad z brzdenia) vrátila do siete, namiesto toho, aby bola odvádzaná ako teplo na rezistore. Každý invertor série FR-E800 môže pracovať v režime spoločnej DC zbernice alebo pracovať s modulom vrátenia energie do siete.
Prečo si neporadí každý invertor s vysoko účinným motorom IE5?
Čoraz efektívnejšie pohonné systémy sú spojené so zmenami konštrukcie motora, ktoré predstavujú výzvy pre pohony s premenlivou frekvenciou. Zatiaľ čo je možné správne ovládať jednoduchý indukčný motor v skalárnom režime bez vykonania automatického ladenia, synchrónne motory ako IPM, SPM alebo SynRM vyžadujú zložitejšie algoritmy vektorového riadenia, zvyčajne bezsenzorové.
Druhou výzvou, ktorej čelí menič, je správne riadenie motora, ktorý je už v prevádzke, čo si vyžaduje efektívny vektorový režim. Invertor musí presne riadiť ako parametre výkonu, tak aj frekvenciu a fázu napätia aplikovaného na stator, aby rýchlosť a fáza zodpovedali poľu rotora. Tieto parametre musia byť navzájom synchronizované, inak motor nebude správne fungovať. To si vyžaduje presné meranie a riadenie polohy a otáčok motora, čo invertory nižšej triedy nedokážu poskytnúť.
Nesúlad medzi meničom a náročným motorom bude mať za následok nesprávnu činnosť hnacieho systému, zníženú účinnosť hnacieho ústrojenstva, zvýšenú hlučnosť alebo anomálie v teplote alebo vibráciách motora, čím sa zníži životnosť motora. Nakoniec sa môže ukázať, že sme investovali do drahšieho motora s vysokou účinnosťou, ale systém pracuje s nízkou účinnosťou, pretože nekvalitný menič s ním nepracuje optimálne, čo spôsobuje straty a kazí celý koncept návratnosti investície.
Spoľahlivosť od Mitsubishi Electric
Mitsubishi Electric, spoločnosť s viac ako 40-ročnými skúsenosťami s návrhom a výrobou výkonových modulov IGBT – kľúčových komponentov každého meniča, zaručuje dokonalú integráciu meniča s akýmkoľvek, aj tým najnáročnejším, vysoko účinným motorom. Rozsiahle znalosti a skúsenosti odborníkov Mitsubishi Electric v tejto oblasti umožňujú vývoj najefektívnejších riadiacich algoritmov.
Frekvenčné meniče od Mitsbishi Electric dokazujú každý deň svoju vysokú úroveň nákladovej efektívnosti a spoľahlivosti, ako aj svoju funkčnosť a flexibilitu v komerčných a ťažkých priemyselných aplikáciách.
Vysvetlivky:
- * Platí pre meniče v triede 400 V s menovitým výkonom od 0,75 kW a normálnou prevádzkou.