Головна » Прес-Центр » Статті та публікації » Огляд інверторів для частотно-регульованих приводів (ЧРП)
На багатьох вітчизняних підприємствах сьогодні працюють потужні поршневі компресорні установки з продуктивністю від кількох десятків до сотень кубічних метрів за хвилину. При цьому очевидно, що використання зношеного за десятиліття компресорного парку призводить до величезних втрат електроенергії.
До непродуктивних витрат, зумовлених фізичним та моральним старінням обладнання, а також втратами через витоки в трубопроводах, додаються витрати на постійні ремонти поршневих компресорів, утримання численного обслуговуючого персоналу, організацію оборотного водопостачання (більшість поршневих компресорів мають водяне охолодження). Всі ці фактори призводять до значних фінансових витрат, які істотно впливають на собівартість продукції, що випускається заводом. Та й сам принцип централізованого забезпечення стисненим повітрям уже давно вважається у всьому світі безнадійно застарілим.
Ефект автономії
Рішенням цих проблем, як відомо, є широке впровадження у промислове виробництво гвинтових компресорів. Саме після появи на ринку став можливий перехід до децентралізованої системи забезпечення стисненим повітрям. Компактні, безшумні, що майже не вимагають матеріальних витрат на монтаж, гвинтові компресори практично повністю витіснили поршневі в діапазоні продуктивності від 1 до 100 м 3/хв.
Річний економічний ефект від переходу до децентралізованої системи, що за підрахунками здійснили такий перехід заводів, становить десятки тисяч гривень при окупності проекту переоснащення компресорного парку всього за два-три роки (тільки відмова від єдиної заводської пневмосистеми та перехід до локальної внутрішньоцехової сам по собі дозволяє заощадити значні кошти).
Сумуємо вклади
Наступним кроком у розвитку енергоефективних технологій стала розробка в середині 90-х років минулого століття гвинтових компресорів із частотно-регульованим приводом (ЧРП). Сучасний ЧРП складається з асинхронного двигуна та перетворювача частоти (інвертори). Електричний двигун перетворює електричну енергію на механічну і приводить в дію гвинтову пару. Перетворювач частоти (ПЧ) керує швидкістю обертання валу електричного двигуна і перетворює змінний струм однієї частоти на змінний струм іншої частоти. А назва «частотно-регульований електропривод» пояснюється тим, що регулювання швидкості обертання двигуна здійснюється зміною частоти напруги живлення, що подається на двигун від перетворювача частоти.
Регульовані електроприводи на базі ПЧ знайшли широке застосування у різних галузях промисловості. Зокрема, у насосах додаткового підкачування систем водо- та теплопостачання вони забезпечили заощадження від 20 до 30% електроенергії. Використання частотного приводу в компресоробудуванні зумовило отримання аналогічних переваг у порівнянні з обладнанням, яке не використовує ЧРП.
Відомо, що при пуску звичайного асинхронного електродвигуна пускові струми перевищують номінальні більш ніж у чотири рази, що призводить до перевантаження мережі та обмеження кількості допустимих включень компресора протягом години. Компресор же з регульованою продуктивністю стисненого повітря запускається в роботу плавно, відповідно і кількість операцій пуску в нього менше. ЧРП підтримує постійний робочий тиск у системі з точністю до 0,1 бар та практично миттєво реагує на зміну тиску в трубопровідній мережі. Адже відомо, що кожен надлишковий бар тиску нагнітання збільшує енергоспоживання компресора на 6—8%.
Частотно-регульований привід забезпечує точну відповідність продуктивності компрессора реальної потреби в стиснутому повітрі, що робить найзначніший внесок у енергозбереження
І, нарешті, найвагоміший внесок ЧРП в економію електроенергії — точна відповідність продуктивності компресора до реальної потреби в стислому повітрі. В результаті виключаються дорогі періоди холостого ходу, під час яких асинхронний двигун гвинтового компресора споживає електроенергію, не виробляючи стиснене повітря.
Умови економії
У частотно-регульованого приводу існують інші переваги при роботі з компресорним обладнанням (особливо якщо їх правильно використовувати). Наприклад, дуже перспективним є напрямок, що полягає в роботі компресора з частотним приводом у парі з гвинтовим компресором. Такі проекти вже реалізовані на низці підприємств, і завдяки їм отримано суттєву економію електроенергії.
Зазначимо, що компресор із частотним приводом має сенс впроваджувати тільки після упорядкування та оптимізації пневмосистеми підприємства — саме в цьому випадку він дасть помітний економічний ефект (очевидно, що жоден навіть найдосконаліший компресор не залатає «дірки» у пневмомережі підприємства ). До того ж суттєву економію можна отримати лише за зміни навантаження від 20 до 60 % протягом робочої зміни, а при навантаженні понад 80 % економія електроенергії вже не така помітна.
Керуюче тріо: розподіл повноважень
Серед останніх новинок, що з'явилися нещодавно на українському ринку ЧРП, — перетворювачі частоти виробництва німецької компанії Lenze серії 8400. Закладена в цій лінійці концепція вибору оптимальної платформи з чітко визначеною функціональністю (версії BaseLine, StateLine та HighLine) спрощує пошук відповідного інвертора для кожного приводного механізму з оптимальним співвідношенням «ціна/можливості»
Серед основних властивостей всіх цих версій ПЧ — простота підключення, програмування та обслуговування. Крім того, компанія Lenze також пропонує повнофункціональні приводні системи з узгодженням роботи різних мотор-редукторів в одній системі.
Перетворювачі частоти серії 8400 характеризуються перевантажувальною здатністю до 200 % та допустимою температурою навколишнього середовища до +45 °С (навіть у таких жорстких умовах експлуатації не відбувається зменшення потужності ). Тому вони відносяться до пристроїв з підвищеною надійністю, що не потребують охолодження в монтажних шафах при високих температурах усередині них, внаслідок чого забезпечується суттєва економія витрат при експлуатації ПЧ, їх інсталяції та контролю.
Перетворювачі частоти версій StateLine і HighLine додатково підтримують теплову оптимізацію шаф, в які встановлюються приводи з винесенням радіатора охолодження за межі шафи (або опціонально без радіатора). /p>
Інвертори серії 8400 випускаються як в однофазному, так і в трифазному виконанні в стандартній лінійці потужностей до 2,2 кВт. В даний час серії StateLine та HighLine виробляються для трифазних двигунів потужністю до 11 кВт (планується розширення діапазону потужностей до 55 кВт).
Інвертори версії BaseLine використовуються як перетворювачі частоти зі скалярним регулюванням швидкості обертання валу електродвигуна або з векторним бездатчиковим керуванням. Ці інвертори спеціалізовані для використання у безперервних процесах, таких як приводи конвеєрів, насосів та вентиляторів. За функціональністю та режимами роботи BaseLine — внутрішньорівневі пристрої, призначені в першу чергу для керування механізмами з порівняно невисокою потужністю.
Інвертори версії StateLine рекомендуються для автоматизованих систем складування, екструдерів та інших приводів лінійних переміщень. Для таких програм, керованих програмованими логічними контролерами, зазвичай використовуються стандартні асинхронні двигуни із середньою динамікою.
Основною вимогою для приводів цієї лінійки є плавне безривкове керування з S-кривими розгону/уповільнення з точністю позиціонування близько кількох міліметрів. Перетворення енергії здійснюється в генераторному режимі до гальмівного резистора та з прямим керуванням гальмом.
Версії інверторів StateLine та HighLine також мають варіанти виконання з платами управління із захисним покриттям для використання в агресивному середовищі (додатково планується введення функції «Безпечна зупинка»)
Підключення перетворювачів частоти серії 8400 по мережних шинах, таких як, наприклад, ProfiBus, Ethernet, Powerlink, EtherCAT і ProfiNET, можуть бути зроблені за допомогою змінних модулів . Стандартним вбудованим компонентом цих інверторів є шина CANopen.
ПЧ версії HighLine на додаток до можливостей пристроїв StateLine мають вбудовану функцію табличного позиціонування. Завдяки цьому зовнішній контролер здійснює лише функцію контролю за процесом позиціонування і не вирішує завдання перетворення та перерахунку табличних (заданих) значень в абсолютні переміщення та положення енкодера. Ці перетворювачі частоти рекомендуються для таких програм, як поворотний стіл, системи дозування, а також для циклічних систем, які повинні забезпечувати відпрацювання великої кількості певних переміщень.
Справка
Порівняльний аналіз роботи гвинтового компресора з електродвигуном потужністю 60 кВт і максимальним тиском 10 бар (за, завантаженим на 70 % при річному напрацюванні 4000 годин) і того ж пристрою з частотним регулюванням призводить до наступних результатів на користь ЧРП:
