Invertterienergian takaisinkytkentälaitteen toimittaja muistuttaa, että kuormaa käyttävän sähkömoottorin energiankulutus muodostaa yli 70 % kokonaisenergiankulutuksesta. Siksi sähkömoottorin ja sen käyttämän kuorman energiansäästöllä on erityisen tärkeä yhteiskunnallinen merkitys ja taloudelliset hyödyt.
Sähkömoottoreilla ja niiden kuormilla on kaksi päätapaa säästää energiaa: yksi on parantaa moottorin tai kuorman toimintatehokkuutta, kuten asentamalla hissi "muistiaivoilla" - rakennuksessa useat hissit kulkevat usein samaan suuntaan, mikä kuluttaa paljon sähköä. Miten hisseistä tehdään älykkäitä ja energiatehokkaita? Nykyaikaisen ohjaustekniikan voidaan sanoa ratkaisseen tämän ongelman. "Keinotekoiset neuronit" ovat kuin tiedonkäsittely- ja muistipankkeja, jotka tallentavat hissien toiminnan viikoittain aikajaksona. Tallennetun tiedon perusteella "keinotekoinen neuroni" luo energiatehokkaimman toimintatilan, ohjaa useita hissejä rakennuksessa, varmistaa niiden selkeän työnjaon, saapuu oikeaan paikkaan oikeaan aikaan, helpottaa matkustajien nousua ja poistumista ja vähentää hissien käynnistysten ja ajojen määrää. Ryhmähisseissä energiansäästö voi olla yli 30 %. Lisäksi sähkömoottorien toiminnan tehokkuuden parantamiseen tähtääviä energiansäästötoimenpiteitä ovat hissin valaistuksen automaattinen sammutus, kun kukaan ei matkusta, liukuportaiden automaattinen pysäytys tai hidas käyttö jne.; Toinen on muuntaa moottorin kuormaan muuntama mekaaninen energia takaisin sähköenergiaksi ja lähettää se takaisin sähköverkkoon, jotta moottorin ja kuorman tehonkulutus pienenee aikayksikössä ja saavutetaan siten energiansäästötavoite. Energian takaisinkytkentä on tyypillinen laite sähkön säästämiseen toisessa kategoriassa.
Kuten hyvin tiedetään, sähkömoottoreilla on mekaanista liike-energiaa, kun ne pyörittävät kuormia. Jos sähkömoottorit vetävät ylös ja alas liikkuvia kuormia (kuten hissejä, nostureita, säiliöportteja jne.), niillä on potentiaalienergiaa. Kun sähkömoottori hidastaa kuormaa, sen mekaaninen liike-energia vapautuu. Kun kuorman potentiaalienergia pienenee liikkeessä (potentiaalienergia pienenee), myös sen mekaaninen energia vapautuu. Jos nämä kaksi mekaanisen energian osaa voidaan tehokkaasti muuntaa sähköenergiaksi ja lähettää takaisin vaihtovirtaverkkoon, energiansäästön tavoite voidaan saavuttaa.
Hissien energiansäästöanalyysi
Taajuusmuunnosnopeuden säätöä käyttävällä hissillä on suurin mekaaninen kineettinen energia saavutettuaan suurimman käyttönopeuden. Ennen kohdekerroksen saavuttamista hissin on hidastettava nopeutta vähitellen, kunnes se pysähtyy. Tämä prosessi on ajanjakso, jolloin hissin kuorma vapauttaa mekaanista kineettistä energiaa. Taajuusmuuttaja voi muuntaa tänä aikana syntyneen mekaanisen energian sähköenergiaksi sähkömoottorin avulla ja varastoida sen taajuusmuuttajan tasavirtalinkin suureen kondensaattoriin. Tällöin suuri kondensaattori on kuin pieni säiliö, jonka varastointikapasiteetti on rajallinen. Jos pieneen säiliöön ruiskutettua vettä ei pureta ajoissa, säiliössä voi tapahtua ylivuoto-onnettomuuksia. Samoin, jos kondensaattorin tehoa ei pureta ajoissa, voi esiintyä myös ylijännitettä. Tällä hetkellä taajuusmuuttajissa kondensaattoreita vahvistetaan jarrutusyksiköillä tai ulkoisilla suuritehoisilla vastuksilla, jotka tuhlaavat suurten kondensaattoreiden sähkön ulkoisiin suuritehoisiin vastuksiin. Invertterit voivat palauttaa suuriin kondensaattoreihin varastoidun sähkön sähköverkkoon ilman kulutusta, mikä saavuttaa energiansäästötavoitteen ja poistaa tarpeen suuritehoisille vastusten käyttöön, jotka kuluttavat sähköä ja tuottavat lämpöä, mikä parantaa huomattavasti järjestelmän toimintaympäristöä.
Hissi on edelleen potentiaalinen kuorma, ja kuorman tasaisen vetämisen varmistamiseksi hissin kuorma koostuu henkilövaunuista ja vastapainolohkoista. Vasta kun hissivaunun kantavuus on noin 50 % (kuten 1000 kg:n matkustajahississä, jossa on noin 7 matkustajaa), hissivaunun vastapainolohko on perusmassatasapainotilassa molempien puolien välillä. Muussa tapauksessa hissivaunun ja vastapainolohkon välille syntyy massaero, joka tuottaa mekaanista potentiaalienergiaa hissin käytön aikana. Kun hissin raskaat komponentit liikkuvat ylöspäin, sähkömoottorin absorboima ja sähköverkosta muunnettu mekaaninen potentiaalienergia kasvaa. Kun hissin raskaat komponentit liikkuvat alaspäin, mekaaninen potentiaalienergia pienenee ja vähentynyt mekaaninen potentiaalienergia vapautuu ja muunnetaan sähkömoottorin kautta taajuusmuuttajan tasavirtalinkin suureen kondensaattoriin varastoiduksi sähköenergiaksi. Energian takaisinkytkentälaite lähettää sitten tämän osan sähköenergiasta takaisin sähköverkkoon.
Analyysit, laskelmat ja prototyyppitestaus osoittavat, että mitä nopeampi hissin nopeus, mitä korkeampi kerros ja mitä pienempi mekaanisen pyörityksen kulutus, sitä enemmän energiaa voidaan palauttaa sähköverkkoon. Palautetun sähkön määrä voi olla jopa noin 50 % hissin kokonaiskulutuksesta, mikä tarkoittaa jopa noin 50 %:n energiansäästötehokkuutta.
Yllä oleva analyysi osoittaa, että energian takaisinkytkentälaitteiden käytöllä on merkittävä energiansäästövaikutus nopeasti ylös ja alas liikkuvissa laitteissa, kuten hisseissä ja nostureissa. Lisäksi merkittävä energiansäästövaikutus on myös laitteissa, kuten sähkövetureissa ja höylähautoissa, jotka käynnistyvät ja jarruttavat usein.
Energiansäästölaitteiden rakenne ja perusohjausperiaatteet
Energian takaisinkytkentälaitteen pääpiirirakenne on esitetty kuvassa 1, ja se koostuu pääasiassa kolmivaiheisesta IGBT-täyssillasta (Insulated Gate Bipolar Transistor), sarjainduktanssista, suodatuskondensaattorista ja joistakin oheispiireistä.
Energian takaisinkytkentälaitteiden käyttö hissien energiansäästössä
Kuva 1: PFE-energian takaisinkytkentälaitteen pääpiirin rakenne ja kytkentämenetelmäkaavio
Sen lähtöliitin on kytketty hissin taajuusmuuttajan tuloliittimiin R, S ja T. Tulopäässä on sarjaan kytketty kaksi eristysdiodia, VD1 ja VD2, jotka sitten on kytketty taajuusmuuttajan PN-linjaan. Kun hissi tuottaa sähköä regeneroinnin kautta, hissin taajuusmuuttajan väyläjännite kasvaa, ja VD1:n ja VD2:n läpi kulkemisen jälkeen myös takaisinkytkentälaitteen väyläjännite kasvaa. Kun väyläjännite on korkeampi kuin asetettu avausarvo, takaisinkytkentälaite alkaa toimia ja syöttää sähköenergiaa takaisin verkkoon.
Energian takaisinkytkentälaitteen toiminta voidaan kuvata kuvan 2 avulla. Ohjauspiiri (katkoviivalla merkityn laatikon sisällä) koostuu yhden sirun mikrotietokoneen ohjelmoitavasta logiikkapiiristä ja oheislaitteen signaalinäytteenottajasta, johon on yhdistetty erittäin redundantti ohjelmistosuunnittelu. Tämä mahdollistaa ohjauspiirin tunnistaa automaattisesti kolmivaiheisen vaihtovirtaverkon vaihejärjestyksen, vaiheen, jännitteen ja virran hetkelliset arvot ja ohjaa järjestelmällisesti IPM:ää (Intelligent Power Module) toimimaan PWM-tilassa varmistaen, että tasavirta voidaan palauttaa nopeasti vaihtovirtaverkkoon.
Energian takaisinkytkentälaitteiden käyttö hissien energiansäästössä
Kuva 2 Energian takaisinkytkentälaitteen toiminnallinen lohkokaavio
Tällä hetkellä saatavilla on energian takaisinkytkentälaitteita, joilla on seuraavat ominaisuudet:
① Lämmityselementtien, kuten jarruvastusten, vaihtaminen, lämmönlähteiden poistaminen, konehuoneen ympäristön parantaminen, korkeiden lämpötilojen haitallisten vaikutusten vähentäminen komponentteihin, kuten moottoreihin ja ohjausjärjestelmiin, sekä hissien käyttöiän pidentäminen;
② Se voi poistaa pumpun jännitteen välittömästi, parantaa tehokkaasti hissin jarrutuskykyä ja parantaa hissin mukavuutta;
③ Vaiheohjausstrategiaa käyttämällä hissiä käyttävän taajuusmuuttajan harmoniset häiriöt sähköverkossa voidaan tehokkaasti vaimentaa ja puhdistaa sähköverkko;
④ Lähtöjännitteen aaltomuoto on hyvä, tehokerroin on korkea, ei ole sykkivää kiertoa ja sen jännite vastaa verkkojännitettä;
⑤ Tehokkaat sähköeristystoimenpiteet, jotka eivät häiritse muita sähkölaitteita eivätkä ulkoisia tekijöitä;
6. Tuotteella on korkea älykkyysaste, vakaa toiminta, turvallisuus ja luotettavuus, ja siinä on erilaisia vikasieto- ja hälytystoimintoja.
⑦ Niin kauan kuin valinta on oikea, johdotus on oikein eikä virheenkorjausta tarvita, se voidaan ottaa käyttöön;
⑧ Tuotteella on yksinkertainen rakenne, kompakti koko ja helppo asentaa ja huoltaa.