Dodavatel zařízení pro zpětnou vazbu energie střídače připomíná, že spotřeba energie elektromotoru pohánějícího zátěž tvoří více než 70 % celkové spotřeby energie. Úspora energie elektromotoru a jím poháněné zátěže má proto obzvláště důležitý společenský význam a ekonomické výhody.
Existují dva hlavní způsoby, jak mohou elektromotory a jejich zátěže šetřit energii: jedním z nich je zlepšení provozní účinnosti motoru nebo zátěže, například instalace výtahu s „paměťovým mozkem“ – v budově často jezdí více výtahů stejným směrem, což spotřebovává velké množství elektřiny. Jak udělat výtahy chytré a energeticky úsporné? Dá se říci, že moderní řídicí technologie tento problém vyřešila. „Umělé neurony“ jsou jako informační procesory a paměťové banky, které zaznamenávají provoz výtahů pro každý týden jako časové období. Podle zaznamenaných informací „umělý neuron“ vygeneruje energeticky nejúčinnější provozní režim, bude řídit více výtahů v budově, zajistí jim jasné rozdělení práce, dorazí na správné místo ve vhodný čas, usnadní cestujícím nastupování a vystupování a sníží počet spouštění a jezdů výtahu. U skupinových výtahů může úspora energie dosáhnout i více než 30 %. Mezi opatření na úsporu energie zaměřená na zlepšení účinnosti provozu elektromotorů patří automatické vypínání osvětlení výtahu, když nikdo nejezdí, automatické zastavení nebo provoz eskalátorů při nízké rychlosti atd.; Druhým je přeměna mechanické energie přeměněné motorem na zátěž zpět na elektrickou energii a její odeslání zpět do elektrické sítě, aby se snížila spotřeba energie motoru a zátěže za jednotku času, a tím se dosáhlo cíle úspory energie. Energetická zpětná vazba je typickým zařízením pro úsporu elektřiny ve druhé kategorii.
Jak je dobře známo, elektromotory mají mechanickou kinetickou energii, když pohánějí zátěž k otáčení. Pokud elektromotory tahají zátěže, které se pohybují nahoru a dolů (například výtahy, jeřáby, brány nádrží atd.), mají potenciální energii. Když elektromotor pohání zátěž ke zpomalení, uvolní se její mechanická kinetická energie; když se potenciální energie zátěže v pohybu sníží (potenciální energie se sníží), uvolní se také její mechanická energie. Pokud lze tyto dvě části mechanické energie efektivně přeměnit na elektrickou energii a odeslat zpět do střídavé elektrické sítě, lze dosáhnout cíle úspory energie.
Analýza úspor energie u výtahů
Výtah s regulací rychlosti pomocí frekvenčního měniče má maximální mechanickou kinetickou energii po dosažení maximální provozní rychlosti. Před dosažením cílového patra musí výtah postupně zpomalovat, dokud se nezastaví. Tento proces je období, kdy zátěž výtahu uvolňuje mechanickou kinetickou energii. Frekvenční měnič může během této doby přeměnit mechanickou energii na elektrickou energii prostřednictvím elektromotoru a uložit ji do velkého kondenzátoru stejnosměrného meziobvodu frekvenčního měniče. V tomto okamžiku je velký kondenzátor jako malá nádrž s omezenou skladovací kapacitou. Pokud se voda vstřikovaná do malé nádrže včas nevypustí, může dojít k přeplnění nádrže. Podobně, pokud se energie v kondenzátoru včas nevybije, může dojít i k přepětí. V současné době je metoda zesilování kondenzátorů ve frekvenčních měničích založena na použití brzdných jednotek nebo externích vysokovýkonných rezistorů, které plýtvají elektřinou ve velkých kondenzátorech na externí vysokovýkonné rezistory. Střídače mohou vracet elektřinu uloženou ve velkých kondenzátorech zpět do elektrické sítě bez spotřeby, čímž dosahují cíle úspory energie a eliminují potřebu vysoce výkonných rezistorů, které spotřebovávají elektřinu a generují teplo, což výrazně zlepšuje provozní prostředí systému.
Výtah je stále potenciální zátěží a pro rovnoměrné tažení zátěže se zátěž výtahu skládá z osobních kabin a vyvažovacích bloků. Pouze když je nosnost kabiny výtahu přibližně 50 % (například osobní výtah o hmotnosti 1000 kg s přibližně 7 cestujícími), vyvažovací blok kabiny výtahu se nachází v základním stavu rovnovážné hmotnosti mezi oběma stranami. Jinak bude mezi kabinou výtahu a vyvažovacím blokem protizávaží rozdíl hmotností, což během provozu výtahu generuje mechanickou potenciální energii. Když se těžké komponenty výtahu pohybují nahoru, zvyšuje se mechanická potenciální energie absorbovaná elektromotorem a přeměňovaná z elektrické sítě. Když se těžké komponenty výtahu pohybují dolů, mechanická potenciální energie klesá a snížená mechanická potenciální energie se uvolňuje a přeměňuje na elektrickou energii uloženou ve velkém kondenzátoru stejnosměrného spoje frekvenčního měniče prostřednictvím elektromotoru. Zařízení pro zpětnou vazbu energie poté tuto část elektrické energie odesílá zpět do elektrické sítě.
Analýzy, výpočty a testování prototypů ukazují, že čím vyšší je rychlost výtahu, čím vyšší je patro a čím nižší je spotřeba mechanické rotace, tím více energie lze vrátit do elektrické sítě. Množství vrácené elektřiny může dosáhnout přibližně 50 % celkové spotřeby výtahu, což znamená, že účinnost úspory energie je až 50 %.
Výše uvedená analýza ukazuje, že použití zařízení s energetickou zpětnou vazbou má významný energeticky úsporný účinek u rychle se pohybujících zařízení, jako jsou výtahy a jeřáby. Kromě toho existuje významný energeticky úsporný účinek i u zařízení, jako jsou elektrické lokomotivy a portálové hoblovací stroje, které se často rozjíždějí a brzdí.
Struktura a základní principy řízení energeticky úsporných zařízení
Struktura hlavního obvodu energetické zpětné vazby je znázorněna na obrázku 1 a skládá se převážně z třífázového IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) plného můstku, sériové indukčnosti, filtračního kondenzátoru a některých periferních obvodů.
Aplikace zařízení energetické zpětné vazby při úsporách energie ve výtahu
Obrázek 1: Schéma struktury hlavního obvodu a způsobu zapojení zařízení zpětné vazby energie PFE
Jeho výstupní svorka je připojena ke vstupním svorkám R, S a T frekvenčního měniče výtahu. Na vstupu jsou dvě sériově zapojené izolační diody VD1 a VD2, které jsou poté připojeny k vedení PN frekvenčního měniče. Když výtah generuje elektřinu regenerací, zvyšuje se napětí sběrnice frekvenčního měniče výtahu a po průchodu VD1 a VD2 se zvyšuje i napětí sběrnice zpětnovazebního zařízení. Když je napětí sběrnice vyšší než nastavená otevírací hodnota, zpětnovazební zařízení se spustí a dodává elektrickou energii zpět do sítě.
Funkci zařízení pro zpětnou vazbu energie lze popsat pomocí obrázku 2. Řídicí obvod (v rámci přerušovaného rámečku) se skládá z jednočipového mikropočítače s programovatelnou logikou a periferního vzorkovače signálu, spolu s vysoce redundantním softwarovým řešením, které umožňuje řídicímu obvodu automaticky identifikovat fázovou sekvenci, fázi, napětí a okamžité hodnoty proudu třífázové střídavé elektrické sítě a řádně řídit IPM (inteligentní napájecí modul) tak, aby pracoval v PWM stavu, což zajišťuje, že stejnosměrný proud může být okamžitě vrácen do střídavé elektrické sítě.
Aplikace zařízení energetické zpětné vazby při úsporách energie ve výtahu
Obrázek 2 Funkční blokové schéma zařízení s energetickou zpětnou vazbou
V současné době jsou k dispozici produkty s energetickou zpětnou vazbou, které mají následující vlastnosti:
① Výměna topných těles, jako jsou brzdové odpory, eliminace zdrojů tepla, zlepšení prostředí ve strojovně, snížení nepříznivých účinků vysokých teplot na součásti, jako jsou motory a řídicí systémy, a prodloužení životnosti výtahů;
② Může okamžitě eliminovat napětí čerpadla, efektivně zlepšit brzdný výkon výtahu a zvýšit komfort provozu výtahu;
③ Použitím strategie fázového řízení lze účinně potlačit harmonické rušení frekvenčního měniče pohánějícího výtah v elektrické síti a tím vyčistit elektrickou síť;
④ Výstupní napětí má dobrý průběh, účiník je vysoký, nedochází k pulzující cirkulaci a jeho napětí odpovídá napětí sítě;
⑤ Mít účinná elektrická izolační opatření, která nebudou rušit jiná elektrická zařízení ani nebudou rušena vnějšími faktory;
⑥ Produkt se vyznačuje vysokým stupněm inteligence, stabilním provozem, bezpečností a spolehlivostí a je kompletně vybaven různými funkcemi ochrany proti poruchám a alarmu;
⑦ Pokud je výběr správný, zapojení je správné a není třeba ladit, lze jej uvést do provozu;
⑧ Produkt má jednoduchou konstrukci, kompaktní rozměry a snadnou instalaci a údržbu.