تأمینکننده دستگاه بازخورد انرژی اینورتر به شما یادآوری میکند که مصرف انرژی موتور الکتریکی که بار را به حرکت در میآورد، بیش از ۷۰٪ از کل مصرف برق را تشکیل میدهد. بنابراین، صرفهجویی در مصرف انرژی موتور الکتریکی و باری که آن را به حرکت در میآورد، از اهمیت اجتماعی و مزایای اقتصادی ویژهای برخوردار است.
دو راه اصلی برای موتورهای الکتریکی و بارهای آنها برای صرفهجویی در انرژی وجود دارد: یکی بهبود راندمان عملیاتی موتور یا بار، مانند نصب آسانسور با "مغز حافظه" است - در یک ساختمان، چندین آسانسور اغلب در یک جهت حرکت میکنند که برق زیادی مصرف میکند. چگونه آسانسورها را هوشمند و از نظر انرژی کارآمد کنیم؟ میتوان گفت که فناوری کنترل مدرن این مشکل را حل کرده است. "نورونهای مصنوعی" مانند پردازش اطلاعات و بانکهای حافظه هستند که عملکرد آسانسورها را برای هر هفته به عنوان یک دوره زمانی ثبت میکنند. طبق اطلاعات ثبت شده، "نورون مصنوعی" کارآمدترین حالت عملیاتی از نظر انرژی را ایجاد میکند، چندین آسانسور را در ساختمان کنترل میکند، باعث میشود آنها تقسیم کار واضحی داشته باشند، در زمان مناسب به موقعیت مناسب برسند، سوار و پیاده شدن مسافران را تسهیل کند و تعداد روشن و خاموش شدن آسانسور را کاهش دهد. برای آسانسورهای گروهی، صرفهجویی در انرژی میتواند به بیش از 30٪ برسد. علاوه بر این، اقدامات صرفهجویی در انرژی با هدف بهبود راندمان عملکرد موتور الکتریکی شامل خاموش شدن خودکار روشنایی آسانسور در زمانی که کسی سوار نمیشود، توقف خودکار یا عملکرد کم سرعت پله برقی و غیره است. دوم، تبدیل انرژی مکانیکی تبدیل شده توسط موتور به بار به انرژی الکتریکی و ارسال مجدد آن به شبکه برق است، به طوری که مصرف برق موتور و بار در واحد زمان کاهش یابد و در نتیجه به هدف صرفهجویی در انرژی دست یابیم. بازخورد انرژی یک وسیله معمولی برای صرفهجویی در برق در دسته دوم است.
همانطور که میدانیم، موتورهای الکتریکی وقتی بارها را به چرخش در میآورند، انرژی جنبشی مکانیکی دارند. اگر موتورهای الکتریکی بارهایی را که به بالا و پایین حرکت میکنند (مانند آسانسورها، جرثقیلها، دریچههای مخزن و غیره) بکشند، انرژی پتانسیل دارند. وقتی موتور الکتریکی بار را برای کاهش سرعت میراند، انرژی جنبشی مکانیکی آن آزاد میشود. وقتی انرژی پتانسیل بار در حرکت کاهش مییابد (انرژی پتانسیل کاهش مییابد)، انرژی مکانیکی آن نیز آزاد میشود. اگر این دو بخش از انرژی مکانیکی بتوانند به طور مؤثر به انرژی الکتریکی تبدیل شده و به شبکه برق AC ارسال شوند، هدف صرفهجویی در مصرف انرژی محقق میشود.
تحلیل صرفهجویی انرژی آسانسورها
آسانسور با استفاده از تنظیم سرعت تبدیل فرکانس، پس از رسیدن به حداکثر سرعت عملیاتی، حداکثر انرژی جنبشی مکانیکی را دارد. قبل از رسیدن به طبقه هدف، آسانسور باید به تدریج سرعت خود را کاهش دهد تا زمانی که از حرکت بایستد. این فرآیند، دورهای است که بار آسانسور انرژی جنبشی مکانیکی را آزاد میکند. مبدل فرکانس میتواند انرژی مکانیکی را در این دوره از طریق موتور الکتریکی به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و آن را در خازن بزرگ لینک DC مبدل فرکانس ذخیره کند. در این زمان، خازن بزرگ مانند یک مخزن کوچک با ظرفیت ذخیرهسازی محدود است. اگر آب تزریق شده به مخزن کوچک به موقع تخلیه نشود، ممکن است حوادث سرریز در مخزن رخ دهد. به طور مشابه، اگر توان خازن به موقع تخلیه نشود، ممکن است اضافه ولتاژ نیز رخ دهد. در حال حاضر، روش تقویت خازنها در مبدلهای فرکانس، استفاده از واحدهای ترمز یا مقاومتهای پرقدرت خارجی است که برق موجود در خازنهای بزرگ را به مقاومتهای پرقدرت خارجی هدر میدهند. اینورترها میتوانند برق ذخیره شده در خازنهای بزرگ را بدون مصرف به شبکه برق بازگردانند و به این ترتیب به هدف صرفهجویی در مصرف انرژی دست یابند و نیاز به مقاومتهای پرقدرت که برق مصرف میکنند و گرما تولید میکنند را از بین ببرند و محیط عملیاتی سیستم را تا حد زیادی بهبود بخشند.
آسانسور هنوز یک بار پتانسیل است و برای اینکه بار به طور یکنواخت کشیده شود، بار آسانسور از کابینهای مسافری و بلوکهای تعادل وزنه تعادل تشکیل شده است. تنها زمانی که ظرفیت بار کابین آسانسور حدود ۵۰٪ باشد (مانند یک آسانسور مسافری ۱۰۰۰ کیلوگرمی با حدود ۷ مسافر)، بلوک تعادل وزنه تعادل کابین آسانسور در حالت تعادل جرم اولیه بین دو طرف قرار دارد. در غیر این صورت، اختلاف جرمی بین کابین آسانسور و بلوک تعادل وزنه تعادل وجود خواهد داشت که در طول عملکرد آسانسور انرژی پتانسیل مکانیکی تولید میکند. هنگامی که اجزای سنگین آسانسور به سمت بالا حرکت میکنند، انرژی پتانسیل مکانیکی جذب شده توسط موتور الکتریکی و تبدیل شده از شبکه برق افزایش مییابد. هنگامی که اجزای سنگین آسانسور به سمت پایین حرکت میکنند، انرژی پتانسیل مکانیکی کاهش مییابد و انرژی پتانسیل مکانیکی کاهش یافته آزاد شده و از طریق موتور الکتریکی به انرژی الکتریکی ذخیره شده در خازن بزرگ لینک DC مبدل فرکانس تبدیل میشود. سپس دستگاه بازخورد انرژی این بخش از انرژی الکتریکی را به شبکه برق بازمیگرداند.
تحلیل، محاسبه و آزمایش نمونه اولیه نشان میدهد که هرچه سرعت آسانسور بیشتر، طبقه بالاتر و مصرف چرخش مکانیکی کمتر باشد، انرژی بیشتری میتواند به شبکه برق بازگردانده شود. میزان برق بازگشتی میتواند به حدود ۵۰٪ از کل مصرف آسانسور برسد، به این معنی که راندمان صرفهجویی در انرژی تا حدود ۵۰٪ است.
تحلیل فوق نشان میدهد که استفاده از دستگاههای بازخورد انرژی، تأثیر قابلتوجهی در صرفهجویی انرژی در تجهیزات با حرکت سریع بالا و پایین مانند آسانسورها و جرثقیلها دارد. علاوه بر این، در تجهیزاتی مانند لوکوموتیوهای برقی و ماشینهای فرز دروازهای که مرتباً روشن و خاموش میشوند، نیز تأثیر قابلتوجهی در صرفهجویی انرژی وجود دارد.
ساختار و اصول کنترل اساسی دستگاههای صرفهجویی در مصرف انرژی
ساختار مدار اصلی دستگاه بازخورد انرژی در شکل 1 نشان داده شده است که عمدتاً از یک پل کامل IGBT (ترانزیستور دوقطبی با گیت عایق) سه فاز، اندوکتانس سری، خازن فیلتر و برخی مدارهای جانبی تشکیل شده است.
کاربرد دستگاههای بازخورد انرژی در صرفهجویی در مصرف انرژی آسانسور
شکل ۱: ساختار مدار اصلی دستگاه فیدبک انرژی PFE و نمودار روش اتصال
ترمینال خروجی آن به ترمینالهای ورودی R، S و T مبدل فرکانس آسانسور متصل است؛ دو دیود ایزوله VD1 و VD2 در انتهای ورودی به صورت سری متصل شدهاند که سپس به خط PN مبدل فرکانس متصل میشوند. هنگامی که آسانسور از طریق بازسازی، برق تولید میکند، ولتاژ باس مبدل فرکانس آسانسور افزایش مییابد و پس از عبور از VD1 و VD2، ولتاژ باس دستگاه فیدبک نیز افزایش مییابد. هنگامی که ولتاژ باس از مقدار باز شدن تنظیم شده بیشتر باشد، دستگاه فیدبک شروع به کار میکند و انرژی الکتریکی را به سمت شبکه برمیگرداند.
عملکرد دستگاه بازخورد انرژی را میتوان با استفاده از شکل ۲ توصیف کرد. مدار کنترل (درون کادر خطچین) شامل یک تراشه منطقی قابل برنامهریزی میکروکامپیوتر تک تراشهای و یک نمونهگیر سیگنال جانبی است که با طراحی نرمافزاری بسیار افزونه همراه شده است و مدار کنترل را قادر میسازد تا به طور خودکار توالی فاز، فاز، ولتاژ و مقادیر لحظهای جریان شبکه برق AC سه فاز را شناسایی کند و IPM (ماژول برق هوشمند) را به طور منظم برای عملکرد در حالت PWM کنترل کند و اطمینان حاصل کند که برق DC میتواند به سرعت به شبکه برق AC بازگردد.
کاربرد دستگاههای بازخورد انرژی در صرفهجویی در مصرف انرژی آسانسور
شکل 2 نمودار بلوکی عملکردی دستگاه بازخورد انرژی
در حال حاضر محصولاتی برای دستگاههای بازخورد انرژی موجود است که دارای ویژگیهای زیر هستند:
۱. تعویض عناصر گرمایشی مانند مقاومتهای ترمز، حذف منابع گرما، بهبود محیط موتورخانه، کاهش اثرات نامطلوب دمای بالا بر اجزایی مانند موتورها و سیستمهای کنترل و افزایش عمر مفید آسانسورها؛
② میتواند فوراً ولتاژ پمپ را حذف کند، عملکرد ترمز آسانسور را به طور مؤثر بهبود بخشد و عملکرد راحتی آسانسور را افزایش دهد.
③ با استفاده از استراتژی کنترل فاز، میتوان تداخل هارمونیکی مبدل فرکانس که آسانسور را در شبکه برق هدایت میکند، به طور مؤثر سرکوب کرد و شبکه برق را تصفیه نمود.
④ شکل موج ولتاژ خروجی خوب است، ضریب توان بالا است، گردش ضربانی وجود ندارد و ولتاژ آن با ولتاژ شبکه مطابقت دارد.
⑤ داشتن اقدامات ایزولاسیون الکتریکی مؤثر که با سایر تجهیزات الکتریکی تداخل نداشته باشد یا توسط عوامل خارجی مختل نشود؛
⑥ این محصول از درجه بالایی از هوش، عملکرد پایدار، ایمنی و قابلیت اطمینان برخوردار است و عملکردهای مختلف محافظت در برابر خطا و هشدار کامل هستند.
⑦ تا زمانی که انتخاب صحیح باشد، سیمکشی صحیح باشد و نیازی به اشکالزدایی نباشد، میتوان از آن استفاده کرد.
⑧ این محصول دارای ساختار ساده، اندازه جمع و جور و نصب و نگهداری آسان است.