Inverteri energiatagasiside seadme tarnija tuletab meelde, et koormust käitava elektrimootori energiatarve moodustab üle 70% kogu energiatarbimisest. Seetõttu on elektrimootori ja selle käitatava koormuse energiasäästul eriti oluline sotsiaalne tähtsus ja majanduslik kasu.
Elektrimootorite ja nende koormuste energiasäästuks on kaks peamist viisi: üks on mootori või koormuse tööefektiivsuse parandamine, näiteks lifti paigaldamine "mäluajuga" – hoones sõidab sageli mitu lifti samas suunas, mis tarbib palju elektrit. Kuidas muuta liftid nutikaks ja energiatõhusaks? Võib öelda, et tänapäevane juhtimistehnoloogia on selle probleemi lahendanud. "Kunstlikud neuronid" on nagu infotöötlus- ja mälupangad, mis salvestavad liftide tööd igal nädalal ajaperioodina. Salvestatud teabe põhjal genereerib "kunstlik neuron" kõige energiatõhusama töörežiimi, juhib hoones mitut lifti, tagab neile selge tööjaotuse, jõuab õigesse kohta õigel ajal, hõlbustab reisijate peale- ja mahaminekut ning vähendab lifti käivitamiste ja sõitude arvu. Grupiliftide puhul võib energiasääst ulatuda üle 30%. Lisaks hõlmavad elektrimootorite tööefektiivsuse parandamisele suunatud energiasäästumeetmed lifti valgustuse automaatset väljalülitamist, kui kedagi ei sõida, eskalaatorite automaatset peatamist või madalal kiirusel töötamist jne; Teine eesmärk on muuta mootori poolt koormuseks muundatud mehaaniline energia tagasi elektrienergiaks ja saata see tagasi elektrivõrku, et vähendada mootori ja koormuse energiatarbimist ajaühikus, saavutades seeläbi energiasäästu eesmärgi. Energia tagasiside on tüüpiline seade elektrienergia säästmiseks teises kategoorias.
Nagu teada, on elektrimootoritel mehaanilist kineetilist energiat, kui nad panevad koorma pöörlema. Kui elektrimootorid veavad üles ja alla liikuvaid koormaid (näiteks liftid, kraanad, reservuaari väravad jne), on neil potentsiaalne energia. Kui elektrimootor paneb koorma aeglustuma, vabaneb selle mehaaniline kineetiline energia; kui koorma potentsiaalne energia liikumises väheneb (potentsiaalne energia väheneb), vabaneb ka selle mehaaniline energia. Kui need kaks osa mehaanilisest energiast saab tõhusalt muundada elektrienergiaks ja saata tagasi vahelduvvooluvõrku, saab energia jäävuse eesmärgi saavutada.
Liftide energiasäästu analüüs
Sagedusmuunduriga kiiruse reguleerimist kasutaval liftil on maksimaalne mehaaniline kineetiline energia pärast maksimaalse töökiiruse saavutamist. Enne sihtpõrandale jõudmist peab lift järk-järgult aeglustuma, kuni see peatub. See on periood, mil lifti koormus vabastab mehaanilist kineetilist energiat. Sagedusmuundur saab selle aja jooksul mehaanilise energia elektrienergiaks muundada elektrimootori kaudu ja salvestada selle sagedusmuunduri alalisvooluühenduse suurde kondensaatorisse. Sel ajal on suur kondensaator nagu väike reservuaar, millel on piiratud mahutavus. Kui väikesesse reservuaari süstitud vesi ei tühjendata õigeaegselt, võivad reservuaaris tekkida ülevooluõnnetused. Samamoodi, kui kondensaatori energiat ei tühjendata õigeaegselt, võib tekkida ka ülepinge. Praegu on sagedusmuundurites kondensaatorite võimendamise meetodiks pidurdusseadmete või väliste suure võimsusega takistite kasutamine, mis raiskavad suurtes kondensaatorites oleva elektri välistele suure võimsusega takistitele. Inverterid saavad suurtes kondensaatorites salvestatud elektrienergia tarbimiseta võrku tagasi suunata, saavutades seeläbi energiasäästu eesmärgi ja kõrvaldades vajaduse suure võimsusega takistite järele, mis tarbivad elektrit ja tekitavad soojust, parandades oluliselt süsteemi töökeskkonda.
Lift on endiselt potentsiaalne koormus ja koorma ühtlaseks lohistamiseks koosneb lifti koormus reisijatevagunitest ja vastukaaluplokkidest. Ainult siis, kui liftivaguni kandevõime on umbes 50% (näiteks 1000 kg reisijatelift umbes 7 reisijaga), on liftivaguni vastukaaluplokk kahe poole vahel baastasakaalu olekus. Vastasel juhul tekib liftivaguni ja vastukaaluploki vahel massierinevus, mis tekitab lifti töötamise ajal mehaanilist potentsiaalset energiat. Kui lifti rasked komponendid liiguvad üles, suureneb elektrimootori poolt neelatud ja elektrivõrgust muundatav mehaaniline potentsiaalenergia. Kui lifti rasked komponendid liiguvad alla, väheneb mehaaniline potentsiaalenergia ning vähenenud mehaaniline potentsiaalenergia vabaneb ja muundatakse elektrimootori kaudu sagedusmuunduri alalisvooluühenduse suures kondensaatoris salvestatud elektrienergiaks. Seejärel saadab energia tagasiside seade selle osa elektrienergiast tagasi elektrivõrku.
Analüüs, arvutused ja prototüübi testimine näitavad, et mida suurem on lifti kiirus, mida kõrgem on korrus ja mida väiksem on mehaanilise pöörlemise tarbimine, seda rohkem energiat saab elektrivõrku tagastada. Tagastatud elektri hulk võib ulatuda umbes 50%-ni lifti kogutarbimisest, mis tähendab, et energiasäästu efektiivsus on koguni umbes 50%.
Ülaltoodud analüüs näitab, et energiatagasisideseadmete kasutamisel on märkimisväärne energiasäästuefekt kiiresti üles-alla liikuvate seadmete, näiteks liftide ja kraanade puhul. Lisaks on oluline energiasäästuefekt ka selliste seadmete puhul nagu elektrivedurid ja höövlid, mis sageli käivituvad ja pidurdavad.
Energiasäästlike seadmete struktuur ja juhtimispõhimõtted
Energia tagasiside seadme põhiahela struktuur on näidatud joonisel 1, mis koosneb peamiselt kolmefaasilisest IGBT (isoleeritud paisuga bipolaartransistor) täissillast, jadainduktiivsusest, filtreerimiskondensaatorist ja mõnest välisahelast.
Energia tagasiside seadmete rakendamine lifti energia säästmisel
Joonis 1: PFE energia tagasiside seadme põhiahela struktuur ja ühendusmeetodi skeem
Selle väljundklemm on ühendatud lifti sagedusmuunduri sisendklemmidega R, S ja T; sisendotsas on järjestikku ühendatud kaks isolatsioonidioodi VD1 ja VD2, mis seejärel ühendatakse sagedusmuunduri PN-liiniga. Kui lift genereerib regenereerimise teel elektrit, suureneb lifti sagedusmuunduri siinipinge ning pärast VD1 ja VD2 läbimist suureneb ka tagasisideseadme siinipinge. Kui siinipinge on kõrgem kui seatud avamisväärtus, hakkab tagasisideseade tööle ja annab elektrienergiat tagasi võrku.
Energiatagasiside seadme funktsiooni saab kirjeldada joonise 2 abil. Juhtimisahel (katkendliku kasti sees) koosneb ühest kiibist koosnevast mikroarvuti programmeeritavast loogikakiibist ja perifeerse signaali valimivõtjast, mis on ühendatud ülimalt redundantse tarkvaradisainiga, võimaldades juhtimisahelal automaatselt tuvastada kolmefaasilise vahelduvvooluvõrgu faasijärjestuse, faasi, pinge ja voolu hetkeväärtused ning juhtida IPM-i (intelligentne toitemoodul) korrapäraselt PWM-olekus töötamiseks, tagades alalisvoolu kiire tagasitoomise vahelduvvooluvõrku.
Energia tagasiside seadmete rakendamine lifti energia säästmisel
Joonis 2 Energia tagasiside seadme funktsionaalne plokkskeem
Praegu on saadaval energia tagasiside seadmeid, millel on järgmised omadused:
① Kütteelementide, näiteks pidurdustakistite asendamine, soojusallikate kõrvaldamine, masinaruumi keskkonna parandamine, kõrgete temperatuuride kahjuliku mõju vähendamine komponentidele, näiteks mootoritele ja juhtimissüsteemidele, ning liftide kasutusea pikendamine;
2 See kõrvaldab koheselt pumba pinge, parandab tõhusalt lifti pidurdustõhusust ja suurendab lifti mugavust;
③ Faasijuhtimisstrateegia abil saab lifti elektrivõrgus töötava sagedusmuunduri harmoonilisi häireid tõhusalt summutada, puhastades elektrivõrku;
4. Väljundpinge lainekuju on hea, võimsustegur on kõrge, pulseerivat ringlust ei ole ja selle pinge vastab võrgupingele;
⑤ Tõhusate elektriisolatsioonimeetmete olemasolu, mis ei sega teisi elektriseadmeid ega lase end välistest teguritest häirida;
6 Tootel on kõrge intelligentsusaste, stabiilne töö, ohutus ja töökindlus ning mitmesugused rikkekaitse- ja häirefunktsioonid on täielikud;
⑦ Niikaua kui valik on õige, juhtmestik on õige ja silumist pole vaja, saab selle kasutusele võtta;
⑧ Tootel on lihtne konstruktsioon, kompaktne suurus ning lihtne paigaldus ja hooldus.