Bezstopniowe napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową mogą być potężnym narzędziem w rękach menedżerów, wykorzystywanym w celu poprawy wydajności energetycznej. Mimo że to kluczowy element mogący przynieść ogromne korzyści, jest to dopiero początek drogi. Na przykład można by uniknąć przedłużającej się przerwy w dowolnym procesie poprzez zaimplementowanie w napędzie systemu predykcyjnego. Do zalet należy zaliczyć unikanie nieterminowych dostaw, nieprzyjemnych pytań klientów, a nawet utraty zaufania i potencjalnie ogromnych kosztów.
By w pełni wykorzystać zalety napędów prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową istotne jest, aby kierownictwo zrozumiało ich pełną wartość, a nie tylko tę wynikającą z oszczędności energii. Jest to istotne dla tych gałęzi przemysłu, w których nie wykorzystuje się obciążeń o zmiennych wartościach momentów obrotowych, takich jak: pompy i wentylatory odśrodkowe, gdzie oszczędność energii jest dość trudno osiągalna. Jednak ciekawe mogą się okazać również inne zalety tych napędów.
Oszczędność energii, poprawa procesu
Potencjał oszczędności energii, który tkwi w napędach prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową, jest niezaprzeczalny i szczególnie znaczący przy obciążeniach charakteryzujących się zmiennym momentem obrotowym. Jest to ważne w takich obciążeniach, jak pompy i wentylatory, gdzie zużycie energii rośnie wraz z sześcianem prędkości. W tych aplikacjach mała zmiana prędkości powoduje duże zmiany w poborze energii. Krótko mówiąc, im więcej czasu system pracuje z mniejszą prędkością, tym więcej energii można zaoszczędzić. Zyski te można powiększyć poprzez zoptymalizowanie struktury poboru energii zakładu – warunków zużycia i eksploatacji w zależności od czasu.
Dla aplikacji o stałych momentach obrotowych oszczędność energii wynikająca z kontroli prędkości ma drugorzędne znaczenie dla poprawy wydajności. Innymi słowy, możliwość kontrolowania prędkości i momentu obrotowego pozwala na poprawę jakości, redukcję strat oraz zwiększenie produkcji. Wszystko to daje wymierne korzyści rynkowe.
Dobrym przykładem jest dźwig i aplikacje podnośnikowe. Napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową mogą kontrolować prędkość silnika przez cały czas podnoszenia, zmniejszając ryzyko uszkodzenia urządzenia dźwigowego i towaru. Nowe wyspecjalizowane napędy mają funkcję zapobiegającą kołysaniu się, nastawiając prędkość urządzenia podnośnikowego na podstawie takich zmiennych, jak: ciężar ładunku, położenie i warunki otoczenia. Jest to krytyczne z punktu widzenia zapobiegania uszkodzeniom oraz zwiększenia wydajności dla ładunków o różnej wadze. W niektórych przypadkach prędkości bez obciążenia mogą być większe od pełnej prędkości, poprzez nastawienie wyjścia napędu powyżej 60 Hz.
To tylko początek
Jest wiele innych korzyści, które można uzyskać poprzez zastosowanie napędów prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową w danej aplikacji.
Zredukowane koszty utrzymania – Napędy bezstopniowe zmniejszają zapotrzebowanie na mechaniczne lub hydrauliczne przekładnie oraz sprzęgła, redukując w ten sposób koszty utrzymania i napraw tych części.
Zredukowane czasy przestojów – Napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową można wykorzystać do monitorowania zmian obciążenia, aby przewidywać zużycie mechaniczne, np. zużycie łożysk, unikając tym samym przedłużających się przestojów. Naprawa urządzeń i ich konserwacja może być zaplanowana, zanim nastąpi nadmierne zużycie elementów. W ten sposób można uniknąć kosztownych awarii i napraw.
Zredukowane koszty wyposażenia – Ponieważ napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową są podłączone bezpośrednio do napędzanych mechanizmów, są z reguły tańsze od napędów prądu stałego lub systemów napędów mechanicznych.
Regulacja rozproszona – Napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową wyposażone w programowalne sterowniki nie wymagają kontroli z zewnątrz oraz zastosowania dodatkowych sterowników, aby kontrolować procesy obsługiwane przez dany napęd.
Sterowanie ręczne – Sterowanie lokalne pozwala na pracę napędu, gdy system sterowania nie jest wymagany lub nie pracuje poprawnie.
Zredukowane oprzewodowanie i czas instalacji – napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową z możliwością komunikacji szeregowej mogą być sterowane i monitorowane poprzez sieć komunikacyjną za pomocą pojedynczego lub pary kabli. Kable te są łatwe do podłączenia w porównaniu do tradycyjnego oprzewodowania I/O.
Zredukowane koszty obsługi – Jako element systemu automatyki i sterowania, napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową mogą być wykorzystane do zmniejszenia ilości wymaganego personelu w przypadku wielu procesów. Oznacza to, że siłę roboczą można wykorzystać bardziej efektywnie.
Zachęty i rabaty – Zakłady energetyczne często oferują rabaty i inne zachęty do stosowania środków oszczędzających energię elektryczną. Istnieją także przepisy i programy związane z podatkiem, z których także można skorzystać.
Uproszczenie – Ponieważ zastosowanie technologii z napędami prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową poprawia wydajność, to jest możliwe wykorzystanie jej do aplikacji wymagających dużo bardziej złożonych napędów prądu stałego, systemów serwo, łączników gwiazda-trójkąt lub nawrotników oraz silników pierścieniowych.
Wygładzanie wartości szczytowych lub ich redukowanie – Zakłady energetyczne – dodatkowo do opłat za energię elektryczną (kWh) – pobierają opłaty za szczytowe zapotrzebowanie energii. Opłaty te mogą być oparte na chwilowym poborze energii lub piętnastominutowych okresach uśrednionego zapotrzebowania. Czasami zachęca się zakłady do zredukowania poboru mocy w okresach największego zapotrzebowania na energię. Zamiast koordynowania przestojów, napędy prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową mogą pracować na mniejszych obrotach.
Wybór
Jak w przypadku elementów automatyki lub wyposażenia sterowniczego, kluczowe znaczenie ma właściwa instalacja i uruchomienie napędów prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową. Przy właściwym zastosowaniu aplikacja jest w pełni niezawodna. Z reguły najlepiej skontaktować się ze sprawdzonym instalatorem systemów, integratorem systemów lub dostawcą rozwiązań automatyki i sterowania, ponieważ posiadają oni szczegółową wiedzę na temat danej aplikacji.
Jacob Kimball jest specjalistą do spraw napędów prądu przemiennego z regulowaną prędkością obrotową w firmie Schneider Electric.
Artykuł pod redakcją Marka Olszewika
Autor: Jacob Kimball
