Il fornitore del dispositivo di feedback energetico dell'inverter ricorda che il consumo energetico del motore elettrico che aziona il carico rappresenta oltre il 70% del consumo energetico totale. Pertanto, il risparmio energetico del motore elettrico e del carico da esso azionato ha un significato sociale e vantaggi economici particolarmente importanti.
Esistono due modi principali per risparmiare energia con i motori elettrici e i relativi carichi: uno è migliorare l'efficienza operativa del motore o del carico, ad esempio installando un ascensore dotato di un "cervello di memoria": in un edificio, più ascensori spesso viaggiano nella stessa direzione, il che consuma molta elettricità. Come rendere gli ascensori intelligenti ed efficienti dal punto di vista energetico? Si può dire che la moderna tecnologia di controllo abbia risolto questo problema. I "neuroni artificiali" sono come banche di memoria e di elaborazione delle informazioni, che registrano il funzionamento degli ascensori per ogni settimana come un periodo di tempo. In base alle informazioni registrate, il "neurone artificiale" genererà la modalità operativa più efficiente dal punto di vista energetico, controllerà più ascensori nell'edificio, assegnerà loro una chiara divisione del lavoro, arriverà alla posizione appropriata al momento opportuno, faciliterà la salita e la discesa dei passeggeri e ridurrà il numero di partenze e corse dell'ascensore. Per gli ascensori collettivi, il risparmio energetico può superare il 30%. Inoltre, le misure di risparmio energetico volte a migliorare l'efficienza del funzionamento dei motori elettrici includono lo spegnimento automatico dell'illuminazione dell'ascensore quando nessuno è a bordo, l'arresto automatico o il funzionamento a bassa velocità delle scale mobili, ecc.; La seconda consiste nel convertire l'energia meccanica convertita dal motore al carico in energia elettrica e reimmetterla nella rete elettrica, in modo da ridurre il consumo energetico del motore e del carico nell'unità di tempo, raggiungendo così l'obiettivo del risparmio energetico. Il feedback energetico è un tipico dispositivo per il risparmio energetico nella seconda categoria.
Come è noto, i motori elettrici possiedono energia cinetica meccanica quando azionano carichi in rotazione. Se i motori elettrici trainano carichi che si muovono verso l'alto e verso il basso (come ascensori, gru, paratoie di bacini, ecc.), possiedono energia potenziale. Quando il motore elettrico aziona il carico per decelerare, la sua energia cinetica meccanica viene rilasciata; quando l'energia potenziale del carico diminuisce durante il movimento (diminuzione dell'energia potenziale), viene rilasciata anche la sua energia meccanica. Se queste due componenti dell'energia meccanica possono essere efficacemente convertite in energia elettrica e reimmesse nella rete elettrica a corrente alternata, l'obiettivo del risparmio energetico può essere raggiunto.
Analisi del risparmio energetico degli ascensori
L'ascensore che utilizza la regolazione della velocità a conversione di frequenza raggiunge la massima energia cinetica meccanica dopo aver raggiunto la velocità massima di esercizio. Prima di raggiungere il piano di destinazione, l'ascensore deve rallentare gradualmente fino a fermarsi. Questo processo è il momento in cui il carico dell'ascensore rilascia energia cinetica meccanica. Il convertitore di frequenza può convertire l'energia meccanica in questo periodo in energia elettrica attraverso il motore elettrico e immagazzinarla nel condensatore di grandi dimensioni del collegamento CC del convertitore di frequenza. In questo momento, il condensatore di grandi dimensioni è come un piccolo serbatoio con capacità di accumulo limitata. Se l'acqua iniettata nel piccolo serbatoio non viene scaricata tempestivamente, potrebbero verificarsi incidenti di traboccamento nel serbatoio. Analogamente, se la potenza del condensatore non viene scaricata tempestivamente, potrebbero verificarsi anche sovratensioni. Attualmente, il metodo di amplificazione dei condensatori nei convertitori di frequenza consiste nell'utilizzare unità di frenatura o resistori esterni ad alta potenza, che sprecano l'elettricità dei condensatori di grandi dimensioni verso i resistori esterni ad alta potenza. Gli inverter possono restituire alla rete elettrica l'elettricità immagazzinata in grandi condensatori senza consumo, raggiungendo così l'obiettivo del risparmio energetico ed eliminando la necessità di resistori ad alta potenza che consumano elettricità e generano calore, migliorando notevolmente l'ambiente operativo del sistema.
L'ascensore è ancora un carico potenziale e, per trascinare uniformemente il carico, il carico dell'ascensore è composto da cabine passeggeri e blocchi di bilanciamento del contrappeso. Solo quando la capacità di carico della cabina dell'ascensore è di circa il 50% (ad esempio, un ascensore da 1000 kg con circa 7 passeggeri), il blocco di bilanciamento del contrappeso della cabina dell'ascensore si trova in uno stato di equilibrio di base della massa tra i due lati. In caso contrario, si verificherà una differenza di massa tra la cabina dell'ascensore e il blocco di bilanciamento del contrappeso, che genererà energia potenziale meccanica durante il funzionamento dell'ascensore. Quando i componenti pesanti dell'ascensore si muovono verso l'alto, l'energia potenziale meccanica assorbita dal motore elettrico e convertita dalla rete elettrica aumenta. Quando i componenti pesanti dell'ascensore si muovono verso il basso, l'energia potenziale meccanica diminuisce e l'energia potenziale meccanica ridotta viene rilasciata e convertita in energia elettrica immagazzinata nel grande condensatore del collegamento CC del convertitore di frequenza attraverso il motore elettrico. Il dispositivo di feedback energetico invia quindi questa parte dell'energia elettrica alla rete elettrica.
Analisi, calcoli e test di prototipi dimostrano che maggiore è la velocità dell'ascensore, più alto è il piano e minore è il consumo di rotazione meccanica, maggiore è l'energia che può essere restituita alla rete elettrica. La quantità di elettricità restituita può raggiungere circa il 50% del consumo totale dell'ascensore, il che significa un'efficienza di risparmio energetico pari a circa il 50%.
L'analisi di cui sopra indica che l'utilizzo di dispositivi di feedback energetico ha un significativo effetto di risparmio energetico in apparecchiature che si muovono rapidamente verso l'alto e verso il basso, come ascensori e gru. Inoltre, si riscontra un significativo effetto di risparmio energetico anche in apparecchiature come locomotive elettriche e fresatrici a portale, che si avviano e frenano frequentemente.
Struttura e principi di controllo di base dei dispositivi di risparmio energetico
La struttura del circuito principale del dispositivo di feedback energetico è illustrata nella Figura 1, composta principalmente da un ponte completo IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) trifase, induttanza in serie, condensatore di filtraggio e alcuni circuiti periferici.
Applicazione di dispositivi di feedback energetico nel risparmio energetico degli ascensori
Figura 1: Diagramma della struttura del circuito principale del dispositivo di feedback energetico PFE e del metodo di connessione
Il suo terminale di uscita è collegato ai terminali di ingresso R, S e T del convertitore di frequenza dell'ascensore; all'ingresso sono presenti due diodi di isolamento VD1 e VD2 collegati in serie, che a loro volta sono collegati alla linea PN del convertitore di frequenza. Quando l'ascensore genera elettricità tramite rigenerazione, la tensione del bus del convertitore di frequenza dell'ascensore aumenta e, dopo aver attraversato VD1 e VD2, aumenta anche la tensione del bus del dispositivo di retroazione. Quando la tensione del bus supera il valore di apertura impostato, il dispositivo di retroazione inizia a funzionare e restituisce energia elettrica alla rete.
La funzione del dispositivo di feedback energetico può essere descritta utilizzando la Figura 2. Il circuito di controllo (all'interno del riquadro tratteggiato) è costituito da un chip logico programmabile con microcomputer a chip singolo e da un campionatore di segnale periferico, abbinato a un software altamente ridondante, che consente al circuito di controllo di identificare automaticamente la sequenza di fase, la fase, la tensione e i valori istantanei della corrente della rete elettrica trifase CA e di controllare ordinatamente l'IPM (Intelligent Power Module) per funzionare in stato PWM, garantendo che l'alimentazione CC possa essere restituita tempestivamente alla rete elettrica CA.
Applicazione di dispositivi di feedback energetico nel risparmio energetico degli ascensori
Figura 2 Diagramma a blocchi funzionali del dispositivo di feedback energetico
Attualmente sono disponibili dispositivi di feedback energetico con le seguenti caratteristiche:
① Sostituzione di elementi riscaldanti come resistenze di frenatura, eliminazione di fonti di calore, miglioramento dell'ambiente della sala macchine, riduzione degli effetti negativi delle alte temperature su componenti come motori e sistemi di controllo e prolungamento della durata utile degli ascensori;
② Può eliminare istantaneamente la tensione della pompa, migliorare efficacemente le prestazioni di frenata dell'ascensore e aumentare il comfort dell'ascensore;
3 Utilizzando la strategia di controllo di fase, è possibile sopprimere efficacemente l'interferenza armonica del convertitore di frequenza che aziona l'ascensore sulla rete elettrica, purificando la rete elettrica;
④ La forma d'onda della tensione di uscita è buona, il fattore di potenza è elevato, non c'è circolazione pulsante e la sua tensione corrisponde alla tensione di rete;
⑤ Avere misure di isolamento elettrico efficaci che non interferiscano con altre apparecchiature elettriche o siano disturbate da fattori esterni;
⑥ Il prodotto ha un elevato grado di intelligenza, funzionamento stabile, sicurezza e affidabilità e sono complete varie funzioni di protezione da guasti e di allarme;
⑦ Finché la selezione è corretta, il cablaggio è corretto e non è necessario alcun debug, può essere utilizzato;
⑧ Il prodotto ha una struttura semplice, dimensioni compatte e facilità di installazione e manutenzione.