Nowe podejście przemysłu do problemu wykorzystania energii i jej kosztów skłania inżynierów i kierownictwo fabryk do poszukiwań nowych technologie zwiększających efektywność. Do rozwiązań tych zalicza się napędy prądu przemiennego i softstartery. Kontrola szczytowego zapotrzebowania na energię, będącego podstawą do ustalania stawek za pobór prądu, może przynieść wymierne korzyści.
Napędy prądu przemiennego
Pierwotnie napędy prądu przemiennego były przeznaczone do sterowania procesami, jednak zagadnienie oszczędności energii stało się tak samo ważne. Pierwsza generacja napędów pojawiła się w latach 70. ubiegłego wieku i miała zastosowanie tylko w silnikach dużych mocy. Wykorzystywano w nich zawodne układy tyrystorowe. Drugą generację napędów wprowadzono w latach 80. Tu stosowano bardziej trwałe tranzystory mocy, niestety drogie, o relatywnie długim czasie przełączania.
Obecnie napędy trzeciej generacji wykorzystują technologię modulacji szerokości impulsu, możliwe dzięki tranzystorom bipolarnym z izolowaną bramką o dużej częstotliwości przełączania. W przypadku właściwego zastosowania napędy te mogą zredukować koszty energii od 15% do 50% przy częściowych obciążeniach.
Ponieważ napędy prądu przemiennego pozwalają silnikom prądu przemiennego pracować z różnymi prędkościami obrotowymi, to mogą być wykorzystywane w systemach wentylacji, pompach, przenośnikach i napędach obrabiarek. Do aplikacji z wentylatorami można zaliczyć systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, chłodnie wentylatorowe, systemy klimatyzacyjne VAV, systemy zasilania i powrotu, okapy wyciągowe spalin, układy uzdatniania powietrza, systemy wymuszonego nawiewu powietrza oraz kontroli temperatury pieców. Pompy znajdują zastosowanie w układach chłodzenia wody, układach podnoszenia ciśnienia, chłodniach wentylatorowych, oczyszczalniach ścieków, chłodziarkach, systemach nawadniania i utrzymania wilgotności.
Softstartery
Choć napędy prądu przemiennego mają szerokie zastosowanie, to nie zawsze są one najlepszym rozwiązaniem. Jeśli występuje zbyt duży prąd rozruchowy, należy rozważyć zastosowanie softstartera. Obniżają one napięcie i wykorzystują zaawansowaną technologię cyfrową do zabezpieczania i sterowania silników, zamiast tradycyjnej metody redukcji napięcia za pomocą autotransformatorów, dławików lub rezystorów.
Ponieważ zmiana prędkości obrotowej silnika w pełnym zakresie jest precyzyjnie kontrolowana, elektroniczne softstartery redukują zużycie mechaniczne. Łagodne działanie redukuje udar mechaniczny układu napędowego, co z kolei wpływa na przedłużenie żywotności części i silnika oraz niższe koszty energii.
Nowa technologia zastosowana w softstarterach oraz skomplikowane układy sterownicze zabezpieczają pompy przed osiąganiem zbyt wysokiego ciśnienia przy największych obrotach i umożliwiają im stłumienie uderzenia wody, gdy obroty są najniższe. Kontrola momentu obrotowego powoduje, że prędkość zmienia się prawie liniowo bez udziału tachometru.
Zasady wyboru
Zarówno napędy prądu przemiennego, jak i softstartery zmniejszają zużycie energii, redukują koszty i wydłużać żywotność maszyn. Aby wybrać właściwą technologię, trzeba odpowiedzieć na kilku pytań:
Jaki jest charakter obciążenia? – Jeśli zamierzamy kontrolować obciążenia ze zmiennym momentem obrotowym w zależności od obciążenia, takie jak np. pompy – to w celu osiągnięcia oszczędności należy rozważyć zastosowanie napędu prądu przemiennego.
Czy uruchomienie aplikacji wymaga dużego prądu rozruchowego? – Jeśli tak, należy rozważyć zastosowanie softstarterów, które redukują zużycie eksploatacyjne i obniżają koszty energii.
Czy będzie kontrolowana prędkość podczas całego procesu? – Jeśli poza uruchomieniem i zatrzymaniem dodatkowo wymagana jest kontrola prędkości, należy zastosować napęd prądu przemiennego, w celu ulepszenia procesu i zwiększenia oszczędności energii.
Zwiększanie wydajności energii i redukcji kosztów operacyjnych jest wciąż ważnym priorytetem dla kierownictwa fabryk. Wykorzystanie napędów prądu przemiennego i softstarterów do sterowania urządzeń z napędami silnikowymi może znacząco przyczynić się do utrzymania wydajnej działalności fabryki.
Daniel Nakano jest dyrektorem produktów NEMA Control and Drives w GE Consumer and Industrial.
Artykuł pod redakcją Marka Olszewika
Autor: Daniel Nakano
