Контроллеры «ЭнерджиСейвер» — альтернатива частотно-регулируемому приводу и устройствам плавного пуска

Электродвигатели обеспечивают преобразование электрической энергии в механическую и приводят в движение рабочий элемент технологического механизма. По принципу действия электрические машины подразделяются на синхронные, в которых частота вращения магнитного поля равна частоте вращения ротора, и асинхронные, в которых первый показатель превосходит второй. Для управления асинхронными электроприводами и оптимизации их работы используются частотные преобразователи, устройства плавного пуска, а также более современные и эффективные контроллеры-оптимизаторы, о которых мы поговорим ниже.

Методы управления электроприводом

В настоящее время около 90% промышленных электроприводов в мире работают на базе асинхронных двигателей. Последние отличаются простотой изготовления, высокой надежностью, низкой стоимостью и минимальными эксплуатационными затратами.

Однако у асинхронных двигателей есть и ряд недостатков, в частности:

1. Высокий пусковой ток , который приводит к износу изоляции обмоток, повреждению контактов и повышенной нагрузке на питающую сеть. Вследствие последнего необходимо обеспечивать повышенную номинальную мощность электросетей, что требует значительных денежных затрат.
2. Невозможность согласования механического момента на валу привода с механической нагрузкой в момент пуска и в процессе работы, что приводит к сокращению срока службы двигателя.
3. Создание электромагнитных помех в момент запуска.
4. Сложность точной регулировки скорости работы машины.
5. Ограничение максимальной скорости двигателя частотой сети.
6. Иногда низкий коэффициент загрузки в циклическом режиме , в результате чего электрический привод большую часть времени работает в режиме холостого хода. Следствием этого является нерациональный расход электроэнергии.

Для устранения этих недостатков в работе электрической машины были разработаны специальные электронные устройства.

Модернизация электропривода частотным преобразователем

Одним из способов решения проблемы является управление электроприводом на основе преобразователя однофазного или трехфазного электрического тока с частотой 50 Гц в ток с переменной частотой и необходимой амплитудой.

Модернизация электропривода частотным преобразователем позволяет уменьшить расход энергоресурсов, обеспечивает необходимый пусковой момент, плавный запуск двигателя, стабилизацию скорости вращения механизма при изменении нагрузки и высокую точность регулирования. Использование частотного преобразователя позволяет повысить ресурс оборудования. Но есть у такой системы управления электроприводом и недостатки, например, высокая стоимость и создание электромагнитных помех. Кроме того, частотное регулирование далеко не всегда применимо в условиях конкретных технологических процессов.

Применение устройств плавного пуска

Для того чтобы сделать запуск и разгон двигателя плавными, используются устройства плавного пуска (УПП). Последние также позволяют уменьшить пусковой ток и снизить механическую нагрузку на привод в момент его запуска. Главное достоинство подобного устройства — ограничение скорости повышения пускового тока до необходимого значения в течение заданного отрезка времени.

Использование устройства плавного пуска, как и преобразователя частоты, предусматривает применение дополнительного оборудования, в частности, автоматических выключателей, выбранных по типу и номиналу с учетом рекомендаций производителя.

Обычные УПП могут применяться только для управления электроприводом с небольшой нагрузкой на валу, так как уменьшение начального напряжения влечет за собой снижение пускового момента. В отсутствие мониторинга нагрузки это нередко приводит к тому, что механический момент, развитый электродвигателем, может оказаться меньше тормозящего момента нагрузки. Запуск электродвигателя в этом случае не произойдет.

Применение контроллера-оптимизатора «ЭнерджиСейвер»

Максимальное энергосбережение при эксплуатации приводов, не нуждающихся в изменении числа оборотов двигателя, обеспечивает контроллер «ЭнерджиСейвер» (устройство плавного пуска с функцией энергосбережения (коррекции коэффициента мощности)). Это оборудование представляет собой регулятор напряжения питания электродвигателя, обеспечивающий полный контроль двигателя при его запуске и работе. Кроме того, контроллер-оптимизатор защищает привод от повышенного и пониженного напряжения, перегрузки, обрыва фаз или нарушения их чередования.

Контроллеры «ЭнерджиСейвер» оснащены следящими цепями, благодаря которым они регистрируют изменения нагрузки в каждый конкретный момент времени. Это позволяет контроллерам осуществлять запуск электроприводов, характеризующихся тяжелыми и очень тяжелыми пусковыми режимами «номинал в номинал», чего не в состоянии обеспечить обычные УПП.

«ЭнерджиСейвер» измеряет фазовый сдвиг между напряжением и током и согласует механический момент, развиваемый электродвигателем, с механическим моментом нагрузки на валу путем повышения или понижения напряжения на клеммах электродвигателя. Это изделие является функционально законченным, а соответственно, не требует подключения дополнительного оборудования. К его основным достоинствам можно отнести и относительно невысокую стоимость.

Принцип работы контроллеров «ЭнерджиСейвер»

Контроллер-оптимизатор асинхронных электрических двигателей «ЭнерджиСейвер» позволяет экономить электроэнергию, которая потребляется двигателем при работе на пониженных нагрузках. Данное оборудование используется в тех случаях, когда отсутствует необходимость в изменении скорости вращения двигателя.

«ЭнерджиСейвер» осуществляет непрерывный контроль нагрузки на валу двигателя, сопоставляет ее с мощностью двигателя и в случае необходимости изменяет напряжение на его контактах. При этом частота вращения привода остается прежней. За счет этого снижаются потери энергии и повышается коэффициент мощности. Уменьшение напряжения обеспечивается путем использования схем встречно-параллельно включенных тиристоров (управляемых диодов), применяемых в устройствах плавного пуска.

При подаче управляющего импульса тиристоры открываются, а при переходе тока через ноль закрываются. Напряжение на выходе изменяется пропорционально изменению периода задержки открытия тиристора. При данном способе регулирования напряжения «отбор» мощности из питающей сети прекращается в те периоды, когда полупроводниковые переходы тиристоров закрыты. «ЭнерджиСейвер» является идеальным решением для двигателей, работающих в режиме динамично меняющихся нагрузок, потому что время реакции контроллера на происходящие изменения нагрузки составляет не более сотой доли секунды.

Возможности и ограничения применения систем автоматизированного управления электроприводами

Достоинства и недостатки, имеющиеся у контроллеров «ЭнерджиСейвер», определяются принципом их работы. К основным преимуществам контроллеров-оптимизаторов можно отнести:

1. Высокую скорость реагирования на изменения напряжения, подаваемого на двигатель (что обеспечивает эффективную работу контроллера даже при быстро меняющихся нагрузках).
2. Значительное снижение расхода электроэнергии (до 30–40%).
3. Уменьшение влияния реактивной нагрузки на сеть.
4. Повышение коэффициента мощности привода.
5. Увеличение КПД двигателя.
6. Оптимальное соотношение потребительских свойств изделия и его стоимости.
7. Снижение затрат на конденсаторные компенсирующие устройства.
8. Увеличение срока службы оборудования.
9. Повышение экологичности производства за счет уменьшения нагрева, вибрации и шума.

Единственное ограничение при использовании контроллера «ЭнерджиСейвер» заключается в том, что его невозможно использовать в тех электроприводах, где требуется регулирование скорости вращения ротора электродвигателя.

Сферы применения и варианты исполнения контроллеров

Контроллеры «ЭнерджиСейвер» используются во всех отраслях сельского хозяйства, промышленности и в сфере ЖКХ. В частности, они устанавливаются на вентиляторах, дробилках, мельницах, лебедках, ленточных транспортерах, крутильных машинах, дерево- и металлообрабатывающих станках.

Контроллеры «ЭнерджиСейвер» позволяют решить проблемы, связанные с работой того или иного агрегата. В частности, они обеспечивают плавный разгон центрифуги, устранение перегрузки кронштейнов при запуске мешалки, нейтрализацию ударных волн в трубопроводах при запуске и остановке двигателей насосов, предотвращение разрывов проволоки волочильного станка и др.

Ассортимент контроллеров включает устройства, различающиеся по степени защиты оболочки (IP20, IP54), по климатическому исполнению (УХЛ1, УХЛ4) и по мощности (5,5–400 кВт). Также доступны контроллеры серии VTG для управления вихревыми тепловыми генераторами.

Наиболее современным оборудованием являются контроллеры-оптимизаторы «ЭнерджиСейвер» серии ESM, в которых скорость реакции на изменение нагрузки в 10 000 раз выше (!), а точность управления в 100 раз выше (!), чем в устройствах предыдущих поколений. Также они отличаются интеллектуальной системой автоматической настройки и возможностью программирования прибора с компьютера.

Таким образом, контроллеры «ЭнерджиСейвер» являются отличной альтернативой частотно-регулируемым приводам двигателя в тех случаях, когда скорость вращения электропривода изменять невозможно или не обязательно. Они могут обеспечить экономию электроэнергии и позволяют продлить срок службы оборудования. Широкая область применения контроллеров-оптимизаторов делает их универсальным решением для многих областей народного хозяйства.