Przykłady oszczędności energii w aplikacjach napędowych

Transkrypt

1 Przykłady oszczędności energii w aplikacjach napędowych Doradca Techniczny: Roman Dziaduch Rev 5058-CO900C

2 Oszczędności energetyczne dla pomp i wentylatorów z użyciem przemienników PowerFlex Rev 5058-CO900C

3 Korzyści w aplikacjach pompowo-wentylatorowych Czy każda inwestycja w napędy przemiennikowe w aplikacjach pompowych, wentylatorowych, kompresorach itd. generuje oszczędności po stronie zmniejszenia zużycia energii elektrycznej? Nie. Przykład: 100% czasu pracy na maksymalnym obciążeniu, brak wykonawczych elementów dławiących, przemiennik jest elementem o sprawności <100% wprowadzającym straty energii elektrycznej 3

4 Korzyści w aplikacjach pompowo-wentylatorowych P[kW] = Moment M [Nm] x ω[2πn/60] Moment jest proporcjonalny do kwadratu prędkości [n 2 ] Moc kw jest proporcjonalna do sześcianu prędkości [n 3 ]

5 Wentylator z tłumieniem przepływu zasilany z sieci 400V Zwiększenie oporów na wylocie wentylatora dla uzyskania mniejszego przepływu Silnik zasilany z sieci 400VAC 50Hz, prędkość maksymalna %Ciśnienie %Moc 100% 100% 85% 60% 100% % Przepływ 60% 100% % Przepływ Aby uzyskać przepływ 60% dostarczamy moc 85% Pn

6 Praca wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Zmiana obrotów wentylatora dla uzyskania mniejszego przepływu Silnik zasilany z przemiennika PowerFlex, prędkość zmienna Możliwe ogromne oszczędności energii %Ciśnienie %Moc 100% 100% 20% 60% 100 % Przepływ 60% 100 % Przepływ Aby uzyskać przepływ 60% dostarczamy moc 20%Pn

7 Praca wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Porównanie pracy silnika wentylatora zasilanego z sieci oraz z przemiennika PowerFlex 80% Mocy 400V Oczędności energii z użyciem przemiennika PowerFlex mogą wynieść nawet kilkadziesiąt procent PowerFlex 20% Mocy

8 Praca pompy/wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Czas zwrotu inwestycji w przemiennik PowerFlex nawet kilka miesięcy 8

9 Praca pompy/wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Przykład działania programu wyliczającego oszczędności energii z użyciem przemienników PowerFlex 9

10 Praca pompy/wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Kalkulator oszczędności energii 10

11 Funkcje uśpienia/budzenia dla pomp i wentylatorów Rev 5058-CO900C

12 Funkcje uśpienia/budzenia Prędkość pojawienia się wydajności pompy/wentylatora Określenie dla przemiennika prędkości minimalnej 12

13 Funkcje uśpienia/budzenia Jeśli wartość zadana jest poniżej wartości prędkości, gdzie pompa osiąga wydajność napęd jest automatycznie zatrzymywany (przy obecnej komendzie START) 13

14 Funkcje uśpienia/budzenia Zalety Zwiększenie oszczędności energii w stanach niskiego zapotrzebowania na ciśnienie/przepływ Zwiększenie żywotności urządzeń 14

15 Oszczędności energetyczne w systemie rozdziału energii elektrycznej przy użyciu przemienników Rev 5058-CO900C

17 Pobór prądu przy częstych rozruchach Y/Δ lub poprzez soft-starter Rozruch silnika prąd i prędkość. rozruch Y/Δ rozruch poprzez soft-starter Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 17

18 Pobór prądu przy częstych rozruchach silników Pobór prądu podczas rozruchu bezpośredniego 700% In silnika 200% Mn silnika Pobór prądu podczas rozruchu poprzez soft-starter 400% In silnika 100% Mn silnika Pobór prądu podczas rozruchu przez przemiennik PowerFlex 110% In silnika 100% Mn silnika Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 18

19 Oszczędności energetyczne w systemie rozdziału energii elektrycznej przy użyciu przemienników Użycie przemiennika PowerFlex do rozruchu silnika zmniejsza zużycie energii elektrycznej i zwiększa dyspozycyjność mocy rozdzielni i pozwala na efektywne jej wykorzystanie - dołączenie nowych odbiorów bez konieczności rozbudowy rozdzielni - zmniejszenie prądów rozruchowych - zmniejszenie udarów mechanicznych maszyn - zmniejszenie wpływu rozruchu na sieć zasilajacą Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 19

20 Dyspozycyjność rozdzielni pod kątem rozruchu bezpośredniego silnika Silnik 3,7MW 6,6kV Przemiennik PowerFlex7000 do rozruchu i regulacji prędkości

21 Funkcja Economizer przemiennika PowerFlex Rev 5058-CO900C

22 Funkcja Economizer przemiennika PowerFlex Czy jest możliwe obniżenie prądu pobieranego przez układ napędowy bez utraty prędkości i momentu silnika? 400V I= 60% In PowerFlex I= 55% In Jeśli silnik pracuje w stanie niedociążenia to PowerFlex z funkcją Economizer automatycznie obniży prąd zasilania silnika Powoduje to spadek prądu zasilania układu napędowego o około 1..5% Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 22

23 Funkcja Economizer przemiennika PowerFlex PowerFlex7 Sterowanie wektorowe typu economizer - ekonomiczny algorytm sterowania - automatyczna optymalizacja prądu silnika 23

24 Wykorzystanie inteligentnych prostowników typu 700AFE Rev 5058-CO900C

25 Praca silnika z przemiennikiem i obniżenie prądu nominalnego układu napędowego Czy jest możliwa praca układu napędowego pod pełnym obciążeniem z prądem niższym niż prąd nominalny silnika? 400V P=250kW, I= 440A PowerFlex700AFE, P=250kW, I= 375A AFE Wykorzystanie inteligentnych prostowników PowerFlex700AFE obniża prąd zasilania układu napędowego poniżej wartości prądu nominalnego silnika!!! Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 25

27 Praca silnika z przemiennikiem i oszczędności mocy biernej dla układu napędowego Czy jest możliwa praca przemiennika jako lokalnego kompensatora mocy biernej w sieci rozdzielczej? 400V, 50Hz cosφ 0,8 PowerFlex700AFE, cosφ regulowany AFE PowerFlex700AFE pozwala na regulowanie współczynnika mocy układu napędowego w zakresie od charakteru pojemnościowego po indukcyjne, w tym cosφ =1 Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 27

28 Praca silnika z przemiennikiem i odzysk energii z układu napędowego W maszynach, gdzie często dochodzi do hamowania silnikiem można zmniejszyć pobór energii z sieci, poprzez wymianę energii pomiędzy przemiennikami 400V, 50Hz Przemieniki PowerFlex mogą wymieniać między sobą energię PowerFlex700AFE pozwala na zwrot energii do sieci AFE Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. zwrot energii hamowania pobór energii napędowej 28

29 Wykorzystanie wejściowych filtrów sinusoidalnych Rev 5058-CO900C

30 Praca silnika z przemiennikiem i obniżenie prądu nominalnego układu napędowego Czy jest możliwa praca układu napędowego pod pełnym obciążeniem z prądem niższym niż prąd nominalny silnika? 400V P=250kW, I= 440A Filtr Sinus PowerFlex + filtr Sinus, P=250kW, I= 375A Wykorzystanie filtrów sinusoidalnych obniża prąd zasilania układu napędowego poniżej wartości prądu nominalnego silnika!!! Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 30

31 Wykorzystanie modułów zwrotu energii do sieci Rev 5058-CO900C

33 Oszczędności energii w układach dźwigowych 400V 50Hz motoring regen regen motoring 250kW/420A 630A/60sek 840A/3sek Master Slave synchlink 50us (ring) 250kW/420A 630A/60sek 840A/3sek 200kW/349A Copyright 2006 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 200kW/349A

34 Wykorzystanie silników wysokosprawnych Rev 5058-CO900C

35 Rodzaj silnika, a oszczędności energii Zgodnie z szacunkami IEC silniki elektryczne w przemyśle konsumują 30%...40% światowego zużycia energii. Nawet niewielka poprawa sprawności układów napędowych przyniesie znaczne oszczędności energii. Szacuje się, że potencjał do oszczędności wynosi od 30% do 60% obecnego zużycia energii w przemyśle. 35

36 Rodzaj silnika, a oszczędności energii Zgodnie z eleceniami miedzynarodowego standardu IEC :2008 wymagana sprawność silników powinna wynosić: Od silniki po raz pierwszy stosowane powinny mieć sprawność klasy IE2 Od silniki o mocy 7,5kW 375kW powinny mieć sprawność klasy IE3 lub IE2 jeśli są zasilane z przemiennika częstotliwości Od silniki o mocy 0,75kW 375kW powinny mieć sprawność klasy IE3 lub IE2 jeśli są zasilane z przemiennika częstotliwości IE1= Standard Efficiency IE2= High Efficiency IE3= Premium Efficiency

37 Porównanie sprawności dla różnych typów silników 100% 95% IEC IE3 IEC IE2 IEC IE1 sprawność 90% 85% 80% 0.1kW 50kW 100kW 150kW 200kW 37

38 Porównanie sprawności silników indukcyjnych i silników z magnesami trwałymi PM 100% 95% PM Motor (SPM, IPM) IEC IE3 IEC IE2 IEC IE1 sprawność 90% 85% 80% 0kW 50kW 100kW 150kW 200kW

39 Sprawności silników indukcyjnych i z magnesami trwałymi dla różnych prędkości obrotowych 100% 80% PM Motor (SPM, IPM) IEC IE1 sprawność 60% 40% 20% [obr/min] 39

40 Silniki z magnesami trwałymi SPM i IPM 100% PM Motor (SPM, IPM) 95% sprawność 90% Silniki 85% PM (SPM, IPM) są to silniki z magnesami trwałymi współpracujące tylko z przemiennikami częstotliwości 80% 0kW 50kW 100kW 150kW 200kW 40

41 Oszczędności energii dla układu przemiennik-silnik Silnik: klatkowy lub z magnesami trwałymi PM kw Sprawność silnika PM Sprawność silnika IE1 Oszczędność kw Cena PLN/kWh Oszczędności rocznie PLN 1 87,5% 74,0% 0,14 0, ,5 88,5% 75,5% 0,20 0, ,2 88,5% 78,5% 0,22 0, ,5% 75,5% 0,56 0, ,5 91,2% 80,0% 0,62 0, ,5 92,0% 81,5% 0,79 0, ,7% 82,5% 1,12 0, ,4% 82,5% 1,64 0, ,0% 84,0% 2,20 0, ,6% 86,5% 2,43 0, ,1% 86,5% 3,18 0, ,5% 88,5% 3,85 0, ,0% 88,5% 5,63 0, ,4% 88,5% 7,11 0, ,8% 88,5% 9,13 0, ,2% 90,2% 9,24 0, ,2% 91,7% 8,80 0, ,2% 93,0% 8,40 0, ,2% 93,0% 20,80 0, * Wyliczenie nie uwzględnia sprawności przemiennika 97,5% 41

42 Oszczędności energii dla układu przemiennik-silnik Silnik: klatkowy lub z magnesami trwałymi PM kw Sprawność silnika PM Sprawność silnika IE1 Oszczędność kw Cena PLN/kWh Oszczędności rocznie PLN 5,5 91,2% 80,0% 0,62 0, ,2% 93,0% 20,80 0, * Wyliczenie nie uwzględnia sprawności przemiennika 97,5% 42

44 Dziękuję za uwagę Follow ROKAutomation on Facebook & Twitter. Connect with us on LinkedIn.