ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫХ СИСТЕМАХ

Введение

Современные электроприводные системы занимают ключевое место в различных отраслях промышленности и транспорта, обеспечивая преобразование и управление электрической энергией. В условиях растущих требований к экономии ресурсов и снижению экологической нагрузки энергосбережение и повышение энергоэффективности в электроприводах становятся приоритетными задачами.

Актуальность энергоэффективности в электроприводах

При работе электроприводных систем значительная часть энергии теряется в виде тепла в электродвигателях, преобразователях частоты и механических компонентах. Эти потери напрямую влияют на эксплуатационные расходы и воздействие на окружающую среду. Повышение энергоэффективности позволяет не только снизить энергозатраты, но и увеличить ресурс оборудования, уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферу.

Метод энергосбережения на примере лифтовых механизмов

Рассматривается энергосбережение в электроприводах на примере лифтовых механизмов. Лифт выполняет множество циклов подъема, спуска и остановок в течение рабочего времени. Для остановки лифта традиционно применяются колодочные тормоза и тормозные резисторы в цепи постоянного тока преобразователя частоты. Предлагается заменить резисторы на систему рекуперации электроэнергии.

В отечественном производстве подобное оборудование представлено ограниченно, однако компания «ВЕСПЕР» предлагает собственное решение. [1]. Рекуператор интегрируется с преобразователем частоты и обеспечивает режим динамического торможения с возвратом электроэнергии обратно в питающую сеть. Силовая схема подключения двигателя, преобразователя частоты и рекуператора продемонстрирована на рисунке 1, в котором:

АВ – автоматический выключатель;

Д – датчик скорости (энкодер);

ДР – дроссель (ЭМС-фильтр или сетевой дроссель);

КМ – контактор для управления тормозом;

М – электродвигатель;

ПЧ – преобразователь частоты;

РП – рекуператор;

ТК – тормоз колодочный.

Рисунок 1. Подключение рекуператора в силовую часть схемы управления электроприводом лифта

Принцип работы рекуператора энергии в лифтовых электроприводах базируется на преобразовании кинетической энергии движения кабины лифта в электрическую энергию, которая затем возвращается обратно в питающую сеть.

В нормальном режиме работы электропривод питает двигатель электрической энергией для подъема или спуска кабины. Однако во время торможения или при движении кабины с избыточной кинетической энергией (например, при движении груженой кабины вниз) электродвигатель переходит в генераторный режим и начинает вырабатывать электрический ток.

Это приводит к возникновению тормозного момента, который замедляет движение кабины. Вместо того чтобы рассеивать эту энергию в виде тепла в тормозных резисторах, рекуператор преобразует постоянное напряжение в цепи преобразователя частоты обратно в переменное напряжение, синхронизированное с питающей сетью, и возвращает энергию обратно в сеть. [2].

Таким образом рекуперация обеспечивает:

• Снижение энергозатрат за счет повторного использования энергии торможения.
• Отказ от громоздких и тепловыделяющих тормозных резисторов.
• Повышение скорости и эффективности торможения.
• Снижение тепловых потерь и улучшение экологической характеристики электропривода.

В итоге энергия, ранее терявшаяся при торможении лифта, эффективно возвращается в сеть, что повышает общую энергоэффективность и снижает эксплуатационные расходы.

Для работы рекуператора необходим преобразователь частоты с функцией рекуперативного торможения, а также система управления, обеспечивающая переход двигателя в генераторный режим при необходимости торможения.

Эффективность данного метода

Например, лифт рассчитан на грузоподъемность в 600 кг. С учетом веса самого лифта и оборудования, установленного на нём, общий вес лифта при максимальной загруженности составит около 1.2 т. Тогда можно рассчитать примерную требуемую мощность электродвигателя:

Где:

 – грузоподъемность;

 – ускорение свободного падения (9.81 м/с²);

 – скорость подъема лифта;

 – КПД.

Тогда при ,  получим:

С учетом запаса в 30% преобразователь частоты должен быть 37 кВт. Для эффективного динамического торможения подойдет рекуператор в 30 кВт. [3]. Поэтому будем использовать его.

Итого примерно при 5 остановках потребление составит около 600 Вт*ч, а возврат энергии в сеть – около 185 Вт*ч.

Это говорит о том, что использование рекуператора снизит расход электроэнергии примерно на 20-40%. 

Заключение

Энергосбережение и повышение энергоэффективности в электроприводных системах являются важнейшими задачами современной промышленности. Внедрение передовых технологий и методов управления способствует снижению затрат, улучшению экологической ситуации и повышению надежности оборудования. Дальнейшее развитие в этой области будет способствовать устойчивому развитию энергетики и промышленного производства.