Постачальник пристрою зворотного зв'язку з енергією інвертора нагадує вам, що споживання енергії електродвигуном, який керує навантаженням, становить понад 70% від загального споживання енергії. Тому енергозбереження електродвигуна та навантаження, яке він керує, має особливо важливе соціальне значення та економічні переваги.
Існує два основних способи економії енергії для електродвигунів та їхніх навантажень: один – покращити ефективність роботи двигуна або навантаження, наприклад, встановити ліфт із «пам’яттю мозку» – у будівлі кілька ліфтів часто рухаються в одному напрямку, що споживає багато електроенергії. Як зробити ліфти розумними та енергоефективними? Можна сказати, що сучасні технології керування вирішили цю проблему. «Штучні нейрони» – це щось на кшталт обробки інформації та банків пам’яті, що записують роботу ліфтів за кожен тиждень як період часу. Згідно із записаною інформацією, «штучний нейрон» генеруватиме найбільш енергоефективний режим роботи, керуватиме кількома ліфтами в будівлі, забезпечить їм чіткий розподіл праці, прибуде у відповідне місце у відповідний час, полегшить посадку та висадку пасажирів, а також зменшить кількість запусків та запусків ліфта. Для групових ліфтів економія енергії може сягати понад 30%. Крім того, енергозберігаючі заходи, спрямовані на підвищення ефективності роботи електродвигуна, включають автоматичне вимкнення освітлення ліфта, коли ніхто не їде, автоматичну зупинку або роботу ескалаторів на низькій швидкості тощо; Другий полягає у перетворенні механічної енергії, що перетворюється двигуном на навантаження, назад в електричну енергію та її передачі назад в енергомережу, щоб зменшити споживання енергії двигуном і навантаженням за одиницю часу, тим самим досягаючи мети енергозбереження. Зворотний зв'язок по енергії є типовим пристроєм для економії електроенергії другої категорії.
Як добре відомо, електродвигуни мають механічну кінетичну енергію, коли вони приводять вантажі в рух. Якщо електродвигуни тягнуть вантажі, що рухаються вгору та вниз (такі як ліфти, крани, затвори резервуарів тощо), вони мають потенційну енергію. Коли електродвигун приводить вантаж у рух для уповільнення, його механічна кінетична енергія вивільняється; коли потенційна енергія навантаження зменшується під час руху (потенційна енергія зменшується), його механічна енергія також вивільняється. Якщо ці дві частини механічної енергії можна ефективно перетворити на електричну енергію та повернути її до мережі змінного струму, можна досягти мети енергозбереження.
Аналіз енергозбереження ліфтів
Ліфт, що використовує регулювання швидкості з перетворенням частоти, має максимальну механічну кінетичну енергію після досягнення максимальної робочої швидкості. Перш ніж досягти цільового поверху, ліфт повинен поступово сповільнюватися, доки не зупиниться. Цей процес є періодом, коли навантаження ліфта вивільняє механічну кінетичну енергію. Перетворювач частоти може перетворити механічну енергію протягом цього періоду на електричну енергію за допомогою електродвигуна та накопичувати її у великому конденсаторі ланки постійного струму перетворювача частоти. У цей час великий конденсатор подібний до малого резервуара з обмеженою ємністю. Якщо вода, що впорскується в малий резервуар, не розряджається своєчасно, можуть виникнути аварії через переповнення резервуара. Аналогічно, якщо енергія в конденсаторі не розряджається своєчасно, може також виникнути перенапруга. Наразі метод підсилення конденсаторів у перетворювачах частоти полягає у використанні гальмівних блоків або зовнішніх потужних резисторів, які витрачають електроенергію у великих конденсаторах на зовнішні потужні резистори. Інвертори можуть повертати накопичену електроенергію у великих конденсаторах до електромережі без її споживання, таким чином досягаючи мети енергозбереження та усуваючи потребу в потужних резисторах, які споживають електроенергію та генерують тепло, значно покращуючи робоче середовище системи.
Ліфт все ще є потенційним навантаженням, і для рівномірного перетягування вантажу його складають пасажирські кабіни та блоки противаги. Тільки коли вантажопідйомність кабіни ліфта становить близько 50% (наприклад, пасажирський ліфт вантажопідйомністю 1000 кг з приблизно 7 пасажирами), блок противаги кабіни ліфта знаходиться в стані базового балансу маси між двома сторонами. В іншому випадку між кабіною ліфта та блоком противаги виникне різниця мас, що призведе до генерування механічної потенційної енергії під час роботи ліфта. Коли важкі компоненти ліфта рухаються вгору, механічна потенційна енергія, що поглинається електродвигуном і перетворюється з електромережі, збільшується. Коли важкі компоненти ліфта рухаються вниз, механічна потенційна енергія зменшується, а зменшена механічна потенційна енергія вивільняється та перетворюється на електричну енергію, що накопичується у великому конденсаторі ланки постійного струму перетворювача частоти через електродвигун. Пристрій зворотного зв'язку по енергії потім передає цю частину електричної енергії назад в електромережу.
Аналіз, розрахунки та випробування прототипів показують, що чим вища швидкість ліфта, чим вищий поверх і чим менше споживання енергії на механічне обертання, тим більше енергії може бути повернуто в електромережу. Кількість поверненої електроенергії може сягати близько 50% від загального споживання ліфта, що означає ефективність енергозбереження до 50%.
Наведений вище аналіз показує, що використання пристроїв зворотного зв'язку по енергії має значний ефект енергозбереження в швидкохідному обладнанні, такому як ліфти та крани. Крім того, значний ефект енергозбереження спостерігається також в такому обладнанні, як електровози та портальні фуговальні машини, які часто запускаються та гальмують.
Структура та основні принципи керування енергозберігаючими пристроями
Основна схема пристрою зворотного зв'язку за енергією показана на рисунку 1, вона в основному складається з трифазного повного мосту на IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором), послідовної індуктивності, фільтруючого конденсатора та деяких периферійних кіл.
Застосування пристроїв зворотного зв'язку з енергією в енергозбереженні ліфтів
Рисунок 1: Схема структури основного кола та методу підключення пристрою зворотного зв'язку за енергією PFE
Його вихідний термінал підключений до вхідних терміналів R, S та T перетворювача частоти ліфта; на вході є два ізолюючі діоди VD1 та VD2, з'єднані послідовно, які потім підключаються до лінії PN перетворювача частоти. Коли ліфт генерує електроенергію шляхом рекуперації, напруга шини перетворювача частоти ліфта збільшується, і після проходження через VD1 та VD2 також збільшується напруга шини пристрою зворотного зв'язку. Коли напруга шини перевищує встановлене значення відкриття, пристрій зворотного зв'язку починає працювати та подає електричну енергію назад до мережі.
Функцію пристрою зворотного зв'язку по енергії можна описати за допомогою рисунка 2. Схема керування (у пунктирній рамці) складається з однокристального мікрокомп'ютера з програмованою логікою та периферійного семплера сигналу, поєднаних з високонаддрібним програмним забезпеченням, що дозволяє схемі керування автоматично визначати послідовність фаз, миттєві значення фази, напруги та струму трифазної мережі змінного струму та впорядковано керувати IPM (інтелектуальним силовим модулем) для роботи в режимі ШІМ, забезпечуючи швидке повернення постійного струму до мережі змінного струму.
Застосування пристроїв зворотного зв'язку з енергією в енергозбереженні ліфтів
Рисунок 2. Функціональна блок-схема пристрою зворотного зв'язку по енергії
Наразі доступні пристрої з енергетичним зворотним зв'язком, які мають такі характеристики:
① Заміна нагрівальних елементів, таких як гальмівні резистори, усунення джерел тепла, покращення середовища в машинному приміщенні, зменшення негативного впливу високих температур на такі компоненти, як двигуни та системи керування, а також подовження терміну служби ліфтів;
② Це може миттєво усунути напругу насоса, ефективно покращити гальмівну ефективність ліфта та підвищити комфорт ліфта;
③ Завдяки використанню стратегії фазового керування можна ефективно придушити гармонійні перешкоди перетворювача частоти, що керує ліфтом в електромережі, очищаючи електромережу;
④ Форма хвилі вихідної напруги хороша, коефіцієнт потужності високий, немає пульсуючої циркуляції, а її напруга відповідає напрузі мережі;
⑤ Наявність ефективних заходів електричної ізоляції, які не заважатимуть роботі іншого електрообладнання та не будуть порушуватися зовнішніми факторами;
⑥ Продукт має високий ступінь інтелекту, стабільну роботу, безпеку та надійність, а також різноманітні функції захисту від несправностей та сигналізації;
⑦ Якщо вибір правильний, підключення правильне та немає потреби в налагодженні, його можна використовувати;
⑧ Виріб має просту конструкцію, компактний розмір, а також легке встановлення та обслуговування.