Dodávateľ zariadenia spätnej väzby energie meniča pripomína, že spotreba energie elektromotora poháňajúceho záťaž predstavuje viac ako 70 % celkovej spotreby energie. Preto má úspora energie elektromotora a záťaže, ktorú poháňa, obzvlášť dôležitý spoločenský význam a ekonomické výhody.
Existujú dva hlavné spôsoby, ako môžu elektromotory a ich záťaže šetriť energiu: jedným je zlepšenie prevádzkovej účinnosti motora alebo záťaže, napríklad inštalácia výťahu s „pamäťovým mozgom“ – v budove často jazdí viacero výťahov rovnakým smerom, čo spotrebuje veľa elektriny. Ako urobiť výťahy inteligentnými a energeticky úspornými? Dá sa povedať, že moderná riadiaca technológia tento problém vyriešila. „Umelé neuróny“ sú ako spracovanie informácií a pamäťové banky, ktoré zaznamenávajú prevádzku výťahov za každý týždeň ako časové obdobie. Podľa zaznamenaných informácií „umelý neurón“ vygeneruje energeticky najefektívnejší prevádzkový režim, bude riadiť viacero výťahov v budove, zabezpečí im jasné rozdelenie práce, dorazí na vhodné miesto v správnom čase, uľahčí cestujúcim nastupovanie a vystupovanie a zníži počet štartov a jázd výťahu. V prípade skupinových výťahov môže úspora energie dosiahnuť viac ako 30 %. Okrem toho medzi opatrenia na úsporu energie zamerané na zlepšenie účinnosti prevádzky elektromotora patrí automatické vypínanie osvetlenia výťahu, keď nikto nejazdí, automatické zastavenie alebo pomalá prevádzka eskalátorov atď.; Druhým je premena mechanickej energie premenenej motorom na záťaž späť na elektrickú energiu a jej odoslanie späť do elektrickej siete, aby sa znížila spotreba energie motora a záťaže za jednotku času, čím sa dosiahne cieľ úspory energie. Energetická spätná väzba je typickým zariadením na úsporu elektriny v druhej kategórii.
Ako je dobre známe, elektromotory majú mechanickú kinetickú energiu, keď poháňajú záťaže do otáčania. Ak elektromotory ťahajú záťaže, ktoré sa pohybujú hore a dole (ako sú výťahy, žeriavy, brány nádrží atď.), majú potenciálnu energiu. Keď elektromotor poháňa záťaž do spomalenia, uvoľní sa jej mechanická kinetická energia; keď sa potenciálna energia záťaže v pohybe zníži (potenciálna energia sa zníži), uvoľní sa aj jej mechanická energia. Ak sa tieto dve časti mechanickej energie dajú efektívne premeniť na elektrickú energiu a poslať späť do elektrickej siete striedavého prúdu, je možné dosiahnuť cieľ úspory energie.
Analýza úspor energie výťahov
Výťah s reguláciou rýchlosti frekvenčnou konverziou má maximálnu mechanickú kinetickú energiu po dosiahnutí maximálnej prevádzkovej rýchlosti. Pred dosiahnutím cieľového poschodia musí výťah postupne spomaľovať, až kým sa nezastaví. Tento proces je obdobím, kedy záťaž výťahu uvoľňuje mechanickú kinetickú energiu. Frekvenčný menič dokáže počas tohto obdobia premeniť mechanickú energiu na elektrickú energiu prostredníctvom elektromotora a uložiť ju vo veľkom kondenzátore jednosmerného prepojovacieho článku frekvenčného meniča. V tomto čase je veľký kondenzátor ako malá nádrž s obmedzenou skladovacou kapacitou. Ak sa voda vstrekovaná do malej nádrže včas nevypustí, môže dôjsť k pretečeniu nádrže. Podobne, ak sa energia z kondenzátora včas nevypustí, môže dôjsť aj k prepätiu. V súčasnosti je metódou zosilňovania kondenzátorov vo frekvenčných meničoch použitie brzdových jednotiek alebo externých vysokovýkonných rezistorov, ktoré plytvajú elektrinou z veľkých kondenzátorov na externé vysokovýkonné rezistory. Invertory dokážu vrátiť uloženú elektrinu vo veľkých kondenzátoroch späť do elektrickej siete bez spotreby, čím dosiahnu cieľ úspory energie a eliminujú potrebu vysokovýkonných rezistorov, ktoré spotrebúvajú elektrinu a generujú teplo, čím výrazne zlepšujú prevádzkové prostredie systému.
Výťah je stále potenciálnym zaťažením a aby sa zaťaženie rovnomerne ťahalo, skladá sa z osobných kabín výťahu a vyvažovacích blokov protizávažia. Až keď je nosnosť kabíny výťahu približne 50 % (napríklad osobný výťah s hmotnosťou 1 000 kg a približne 7 cestujúcimi), vyvažovací blok protizávažia kabíny výťahu sa nachádza v základnom stave rovnováhy hmotnosti medzi oboma stranami. V opačnom prípade bude medzi kabínou výťahu a vyvažovacím blokom protizávažia rozdiel v hmotnosti, čo počas prevádzky výťahu generuje mechanickú potenciálnu energiu. Keď sa ťažké komponenty výťahu pohybujú nahor, mechanická potenciálna energia absorbovaná elektromotorom a premieňaná z elektrickej siete sa zvyšuje. Keď sa ťažké komponenty výťahu pohybujú nadol, mechanická potenciálna energia klesá a znížená mechanická potenciálna energia sa uvoľňuje a premieňa na elektrickú energiu uloženú vo veľkom kondenzátore jednosmerného prepojenia frekvenčného meniča prostredníctvom elektromotora. Zariadenie na spätnú väzbu energie potom túto časť elektrickej energie odosiela späť do elektrickej siete.
Analýzy, výpočty a testovanie prototypov ukazujú, že čím vyššia je rýchlosť výťahu, čím vyššie je poschodie a čím nižšia je spotreba mechanickej rotácie, tým viac energie sa môže vrátiť do elektrickej siete. Množstvo vrátenej elektriny môže dosiahnuť približne 50 % celkovej spotreby výťahu, čo znamená, že účinnosť úspory energie je až okolo 50 %.
Vyššie uvedená analýza naznačuje, že použitie zariadení so spätnou väzbou energie má významný efekt úspory energie v rýchlo sa pohybujúcich zariadeniach, ako sú výťahy a žeriavy. Okrem toho existuje významný efekt úspory energie aj v zariadeniach, ako sú elektrické lokomotívy a portálové rýpadlá, ktoré sa často rozbiehajú a brzdia.
Štruktúra a základné princípy riadenia energeticky úsporných zariadení
Hlavná štruktúra obvodu zariadenia s energetickou spätnou väzbou je znázornená na obrázku 1 a pozostáva hlavne z trojfázového mostíka IGBT (bipolárny tranzistor s izolovanou hradlou), sériovej indukčnosti, filtračného kondenzátora a niektorých periférnych obvodov.
Aplikácia zariadení s energetickou spätnou väzbou pri úspore energie vo výťahu
Obrázok 1: Schéma štruktúry hlavného obvodu a spôsobu pripojenia zariadenia spätnej väzby energie PFE
Jeho výstupný terminál je pripojený k vstupným terminálom R, S a T frekvenčného meniča výťahu. Na vstupnom konci sú dve izolačné diódy VD1 a VD2 zapojené sériovo, ktoré sú potom pripojené k PN linke frekvenčného meniča. Keď výťah generuje elektrinu regeneráciou, napätie zbernice frekvenčného meniča výťahu sa zvyšuje a po prechode cez VD1 a VD2 sa zvyšuje aj napätie zbernice spätnoväzobného zariadenia. Keď je napätie zbernice vyššie ako nastavená hodnota otvorenia, spätnoväzobné zariadenie sa spustí a dodáva elektrickú energiu späť do siete.
Funkciu zariadenia na spätnú väzbu energie možno opísať pomocou obrázku 2. Riadiaci obvod (v rámci prerušovaného rámčeka) pozostáva z programovateľného logického čipu s jedným mikropočítačom a periférneho vzorkovača signálu, spolu s vysoko redundantným softvérovým dizajnom, ktorý umožňuje riadiacemu obvodu automaticky identifikovať fázovú postupnosť, fázu, napätie a okamžité hodnoty prúdu trojfázovej striedavej elektrickej siete a riadne riadiť IPM (inteligentný výkonový modul) tak, aby pracoval v stave PWM, čím sa zabezpečí, že jednosmerný prúd sa môže okamžite vrátiť do striedavej elektrickej siete.
Aplikácia zariadení s energetickou spätnou väzbou pri úspore energie vo výťahu
Obrázok 2 Funkčná bloková schéma zariadenia s energetickou spätnou väzbou
V súčasnosti sú k dispozícii produkty so spätnou väzbou energie, ktoré majú nasledujúce vlastnosti:
① Výmena vykurovacích prvkov, ako sú brzdové odpory, eliminácia zdrojov tepla, zlepšenie prostredia v strojovni, zníženie nepriaznivých účinkov vysokých teplôt na komponenty, ako sú motory a riadiace systémy, a predĺženie životnosti výťahov;
② Dokáže okamžite eliminovať napätie čerpadla, účinne zlepšiť brzdný výkon výťahu a zvýšiť komfort výťahu;
③ Použitím stratégie fázového riadenia je možné účinne potlačiť harmonické rušenie frekvenčného meniča poháňajúceho výťah v elektrickej sieti a tým vyčistiť elektrickú sieť;
④ Priebeh výstupného napätia je dobrý, účinník je vysoký, nedochádza k pulzujúcemu obehu a jeho napätie zodpovedá napätiu siete;
⑤ Mať účinné opatrenia na elektrickú izoláciu, ktoré nebudú rušiť iné elektrické zariadenia ani ich nebudú rušiť vonkajšie faktory;
⑥ Produkt má vysoký stupeň inteligencie, stabilnú prevádzku, bezpečnosť a spoľahlivosť a je vybavený rôznymi funkciami ochrany pred poruchami a alarmu;
⑦ Pokiaľ je výber správny, zapojenie je správne a nie je potrebné ladenie, je možné ho uviesť do prevádzky;
⑧ Produkt má jednoduchú konštrukciu, kompaktné rozmery a jednoduchú inštaláciu a údržbu.