인버터 에너지 피드백 장치 공급업체는 부하를 구동하는 전기 모터의 에너지 소비가 전체 전력 소비의 70% 이상을 차지한다는 점을 강조합니다. 따라서 전기 모터와 이를 구동하는 부하의 에너지 절약은 특히 중요한 사회적 의의와 경제적 이익을 지닙니다.
전기 모터와 그 부하가 에너지를 절약하는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 하나는 모터 또는 부하의 작동 효율을 개선하는 것입니다. 예를 들어, 건물 내에서 여러 대의 엘리베이터가 같은 방향으로 운행하는 경우가 많아 많은 전력을 소모합니다. 엘리베이터를 스마트하고 에너지 효율적으로 만들려면 어떻게 해야 할까요? 현대 제어 기술은 이 문제를 해결했다고 할 수 있습니다. "인공 뉴런"은 정보 처리 및 메모리 뱅크와 같은 것으로, 매주 엘리베이터 운행을 기간으로 기록합니다. 기록된 정보에 따라 "인공 뉴런"은 가장 에너지 효율적인 작동 모드를 생성하여 건물 내 여러 엘리베이터를 제어하고, 명확한 업무 분담을 통해 적절한 시간에 적절한 위치에 도착하며, 승객의 승하차를 용이하게 하고, 엘리베이터의 시동 및 운행 횟수를 줄입니다. 그룹 엘리베이터의 경우 에너지 절감률은 30% 이상에 달할 수 있습니다. 또한, 전기 모터 작동 효율을 높이기 위한 에너지 절약 조치에는 탑승객이 없을 때 엘리베이터 조명을 자동으로 끄거나, 에스컬레이터를 자동으로 정지하거나 저속으로 운행하는 등이 있습니다. 두 번째는 모터에서 부하로 변환된 기계적 에너지를 다시 전기 에너지로 변환하여 전력망으로 다시 보내는 것입니다. 이를 통해 단위 시간당 모터와 부하의 전력 소비를 줄여 에너지 절감 목표를 달성합니다. 에너지 피드백은 두 번째 범주의 대표적인 에너지 절감 장치입니다.
잘 알려진 바와 같이, 전기 모터는 부하를 회전시킬 때 기계적 운동 에너지를 발생시킵니다. 전기 모터가 상하로 움직이는 부하(예: 엘리베이터, 크레인, 저수조 게이트 등)를 당기면 위치 에너지를 발생시킵니다. 전기 모터가 부하를 감속시키면 기계적 운동 에너지가 방출됩니다. 부하의 위치 에너지가 감소하면(위치 에너지가 감소하면) 기계적 에너지도 방출됩니다. 이 두 가지 기계적 에너지가 효과적으로 전기 에너지로 변환되어 교류 전력망으로 다시 전달될 수 있다면 에너지 절약이라는 목표를 달성할 수 있습니다.
엘리베이터 에너지 절감 분석
주파수 변환 속도 조절을 사용하는 엘리베이터는 최대 운전 속도에 도달한 후 최대 기계적 운동 에너지를 갖습니다. 목표 층에 도달하기 전에 엘리베이터는 정지할 때까지 점차 속도를 줄여야 합니다. 이 과정은 엘리베이터 부하가 기계적 운동 에너지를 방출하는 기간입니다. 주파수 변환기는 이 기간 동안 기계적 에너지를 전기 모터를 통해 전기 에너지로 변환하여 주파수 변환기 DC 링크의 대용량 커패시터에 저장할 수 있습니다. 이 때 대용량 커패시터는 저장 용량이 제한된 작은 저수지와 같습니다. 작은 저수지에 주입된 물이 적시에 배출되지 않으면 저수지에서 오버플로 사고가 발생할 수 있습니다. 마찬가지로 커패시터의 전력이 적시에 배출되지 않으면 과전압이 발생할 수도 있습니다. 현재 주파수 변환기에서 커패시터를 증폭하는 방법은 제동 장치나 외부 고전력 저항을 사용하는 것인데, 이는 대용량 커패시터의 전력을 외부 고전력 저항으로 낭비합니다. 인버터는 대용량 커패시터에 저장된 전기를 소모하지 않고 전력망으로 반환할 수 있으므로 에너지 절약 목표를 달성하고 전기를 소모하고 열을 발생시키는 고전력 저항기의 필요성을 없애 시스템의 운영 환경을 크게 개선합니다.
엘리베이터는 여전히 잠재적인 하중이며, 하중을 균등하게 끌기 위해 엘리베이터 하중은 승객 카와 균형추 균형 블록으로 구성됩니다. 엘리베이터 카의 하중 용량이 약 50%(예: 승객 약 7명이 탑승한 1000kg 승객용 엘리베이터)일 때만 엘리베이터 카의 균형추 균형 블록이 두 측면 사이의 기본적인 질량 균형 상태에 있습니다. 그렇지 않으면 엘리베이터 카와 균형추 균형 블록 사이에 질량 차이가 발생하여 엘리베이터 작동 중 기계적 위치 에너지가 발생합니다. 엘리베이터의 무거운 구성 요소가 위로 이동하면 전기 모터가 흡수하고 전력망에서 변환하는 기계적 위치 에너지가 증가합니다. 엘리베이터의 무거운 구성 요소가 아래로 이동하면 기계적 위치 에너지가 감소하고 감소한 기계적 위치 에너지가 방출되어 전기 모터를 통해 주파수 변환기의 DC 링크에 있는 대형 커패시터에 저장된 전기 에너지로 변환됩니다. 그런 다음 에너지 피드백 장치는 이 전기 에너지의 일부를 전력망으로 다시 보냅니다.
분석, 계산, 그리고 시제품 테스트 결과, 엘리베이터 속도가 빠를수록, 층수가 높을수록, 그리고 기계적 회전 소비량이 적을수록 더 많은 에너지를 전력망으로 회수할 수 있는 것으로 나타났습니다. 회수되는 전력량은 엘리베이터 총 소비량의 약 50%에 달할 수 있으며, 이는 에너지 절감 효율이 약 50%에 달함을 의미합니다.
위 분석 결과는 에너지 피드백 장치를 사용하면 엘리베이터나 크레인처럼 빠르게 상하로 움직이는 장비에 상당한 에너지 절감 효과가 있음을 보여줍니다. 또한, 전기 기관차나 갠트리 플래너처럼 자주 시동과 제동이 이루어지는 장비에서도 상당한 에너지 절감 효과가 있습니다.
에너지 절약 장치의 구조 및 기본 제어 원리
에너지 피드백 장치의 주요 회로 구조는 그림 1에 나타나 있으며, 주로 3상 IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 풀브리지, 직렬 인덕턴스, 필터링 커패시터 및 일부 주변 회로로 구성됩니다.
엘리베이터 에너지 절약에 에너지 피드백 장치의 적용
그림 1: PFE 에너지 피드백 장치 주회로 구조 및 연결 방법 다이어그램
출력 단자는 엘리베이터 주파수 변환기의 입력 단자 R, S, T에 연결됩니다. 입력단에는 두 개의 절연 다이오드 VD1과 VD2가 직렬로 연결되어 있으며, 이 다이오드들은 주파수 변환기의 PN 라인에 연결됩니다. 엘리베이터가 회생을 통해 전기를 생성하면 엘리베이터 주파수 변환기의 모선 전압이 상승하고, VD1과 VD2를 통과한 후 피드백 장치의 모선 전압도 상승합니다. 모선 전압이 설정된 개방값보다 높아지면 피드백 장치가 작동하여 전기 에너지를 계통 측으로 피드백합니다.
에너지 피드백 장치의 기능은 그림 2를 사용하여 설명할 수 있습니다. 제어 회로(점선 상자 안)는 단일 칩 마이크로컴퓨터 프로그래밍 가능 논리 칩과 주변 신호 샘플러로 구성되며, 고도로 중복화된 소프트웨어 설계와 결합되어 제어 회로가 3상 AC 전력망의 위상 순서, 위상, 전압 및 전류 순간 값을 자동으로 식별하고 IPM(지능형 전력 모듈)이 PWM 상태에서 작동하도록 체계적으로 제어하여 DC 전력을 AC 전력망으로 신속하게 반환할 수 있도록 합니다.
엘리베이터 에너지 절약에 에너지 피드백 장치의 적용
그림 2 에너지 피드백 장치의 기능 블록 다이어그램
현재 다음과 같은 특징을 갖춘 에너지 피드백 장치 제품이 출시되어 있습니다.
① 제동저항기 등 발열체를 교체하고, 열원을 제거하고, 기계실 환경을 개선하고, 모터 및 제어 시스템 등 부품에 대한 고온의 악영향을 줄이며, 엘리베이터의 수명을 연장합니다.
② 펌프 전압을 즉시 제거하여 엘리베이터 제동 성능을 효과적으로 개선하고 엘리베이터 쾌적 성능을 향상시킬 수 있습니다.
③ 위상 제어 전략을 사용하여 전력망에서 엘리베이터를 구동하는 주파수 변환기의 고조파 간섭을 효과적으로 억제하여 전력망을 정화할 수 있습니다.
④ 출력전압 파형이 양호하고, 역률이 높고, 맥동 순환이 없으며, 전압이 계통 전압과 일치합니다.
⑤ 다른 전기기기에 영향을 미치지 아니하고 외부 요인에 의해 교란되지 아니하는 효과적인 전기적 절연 대책을 갖추고 있음.
⑥ 본 제품은 지능성이 높고, 동작이 안정적이며, 안전성과 신뢰성이 뛰어나며, 각종 고장 보호 및 경보 기능이 완벽합니다.
⑦ 선택이 정확하고, 배선이 정확하며, 디버깅이 필요 없다면 바로 사용할 수 있습니다.
⑧ 본 제품은 구조가 간단하고, 크기가 작으며, 설치 및 유지관리가 용이합니다.