Dobre praktyki BRANŻA DRZEWNA Oszczędność drewna dzięki zastosowaniu pomniejszonych przekrojów elementów mebli szkieletowych
Zastosowaniefalownikówibateriijakośrodkówdoograniczenia zużyciaenergiiwbranżydrzewnej
Opisprzedsiębiorstwa,wktórymwdrożonoGMP Przedsiębiorstwem, w którym wdrożono proponowane rozwiązanie, jest docelowo firma P.H.D P.ArturKniejskiiStolarnia,któranależywchwiliobecnejdoFeliksaKniejskiego,ojca ArturaKniejskiego.Stolarniaprodukujewysokiejjakościmeble,drzwi,oknaorazschody.Do produkcji ww. produktów firma korzysta z maszyn stolarskich, które miesięcznie pobierają wspólnie ok. 1000 kwh energii elektrycznej. W ostatnim okresie stolarnia pracowała w bardzoniewielkimstopniu(pracajednegopracownikaijednegoucznia).możemyprzyjąć,na podstawierozmówzwłaścicielem,żewnajbliższymczasiepobórenergiiwzrośnieook.60%i zatrudnieniepodniesiesiędo6 7pracowników. Stolarnia, w której wdrożono dobrą praktykę, jest mała, wyposażona w podstawowe maszyny stolarskie. Miesięczny pobór prądu maszyn, które firma posiadała dotychczas, wykazanyjestwtabeliponiżej. Tab.1.Miesięcznypobórprądumaszyn Opisprocesu,któryzmodyfikowanowceluredukcjizużyciazasobów Zakładając podwyższenie mocy przerobowej stolarni, chęć realizacji większej liczby zleceń oraz zatrudnienie większej liczby pracowników, przewidziano również znaczny wzrost poboruenergii.wyznaczajączagłównyceloszczędnośćenergiielektrycznej,postanowiono, że razem ze zwiększeniem produkcji, konieczna stanie się rewitalizacja maszyn stolarskich. PootrzymaniuofertyodfirmyFELDERzdecydowanosięnanastępującemaszyny: piłaformatowa(felderk700professional), okleiniarkaprostoliniowa(felderg660), grubiarka(felderd951), frezarkazestołemprzesuwnym(felderf700z), wyrówniarka(feldera951), pilarkataśmowa(felderfb610).
W momencie wdrożenia zaplanowanych zmian założono, że maszyny będą pobierały 60% więcejprądu.przyobecnej,średniejwielkościrachunkuzaenergięelektrycznąwwysokości 750 zł, przy zwiększonym poborze prądu przewidywano, że koszty na energię elektryczną wzrosnądo1200zł. Opisceluizaplanowanychdojegoosiągnięciadziałań Mając na względzie zwiększenie produkcji i jednocześnie zwiększenia zużycia energii elektrycznej, zaplanowano zakup ww. maszyn wraz z zainstalowaniem w nich falownika. Zainstalowanie falownika jako dodatkowego wyposażenia zakładu ma spowodować zmniejszeniezakładanegozużyciaenergiielektrycznej. Poprzeprowadzeniubadaniadostępnychnarynkufalownikówzdecydowanosięnafalownik SINUS K firmy Santerno. Falownik ten umożliwia kompensację mocy biernej i w konsekwencji mniejszych wartości prądu pobieranych przez maszynę podczas rozruchu. W opisywanymprzykładziedobrejpraktykiprodukcyjnejpowyższyfalownikzainstalowanowe frezarce(felderf700z)orazpileformatowejfelderk700professional.umożliwiałoto regulację obrotów silnika frezarki poprzez falownik i tym samym wyeliminowanie regulacji obrotówsilnikazapomocąprzekładniipasów. Obecnie rozruch 3Dfazowych silników elektrycznych może odbywać się w przypadku bezpośredniego podłączenia do sieci lub za pomocą przełącznika gwiazda/trójkąt. Zaobserwowano jednak, że układy gwiazda/trójkąt rozruchu 3Dfazowych silników elektrycznych są popularniejsze. Rezygnuje się z bezpośredniego podłączenia do sieci ze względunadużyprądpoczątkowy. Poniższyschematprzedstawiarozruchsilnikapodłączonegobezpośredniodosieciipokazuje wysokipobórprądu(wykres1.). Wykres1.Rozruchsilnikapodłączonegobezpośredniodosieci
Zastosowanie układu gwiazda/trójkąt zmniejsza ilość poboru prądu początkowego, ale równocześniewydłużasamprocesrozruchu.zastosowanietegotypurozwiązaniawpełninie jest zadowalające, również ztego powodu, że przy przełączaniu występuje bardzo duży chwilowywzrostprąduimomentu,powodującnarażeniamechaniczneprzekładnizębatych, pasowych, wałów oraz innych elementów napędu, szczególnie gdy załączenie odbywa się przyznamionowymobciążeniu. Poniższy schemat przedstawia rozruch silnika za pomocą przełącznika gwiazda/trójkąt (wykres2.). Wykres2.Rozruchsilnikazapomocąprzełącznikagwiazda/trójkąt Wprzypadkumaszynwopisywanejstolarninajlepszymrozwiązaniem byłozastosowanieprzemiennikaczęstotliwości(falownika)sinusk w układzie falownika z algorytmem pracy U/f oraz pomocniczym stycznikiem(bydpass)(fot.1.).rozwiązanietozapewniłowytwarzanie przez silnik znamionowego momentu oraz najmniejszych poborów mocypodczasrozruchu(wykres3.). Fot.1. FalownikSinusKfirmySanterno
Wykres3.Rozruchzapomocąfalownika Proces ukazany na powyższym wykresie ukazuje wzrost obrotów pracy silnika poprzez zastosowanie falownika, którego działanie polega na zmianie częstotliwości napięcia zasilającegosilnikaprzyrównoczesnejzmianiewartościskutecznejnapięcia. ZastosowanieprzełącznikabyDpasssłużywtymprocesiedoprzełączeniazasilaniazfalownika nanapięciebezpośredniozsieci,pozakończeniuetapurozruchusilnika.możemyrównieżw tymprzypadkupodłączyćdofalownikadwielubkilkamaszyn,leczwymagatowprowadzenia dodatkowegosterownikaprzełączaniazasilanianamaszynę,którawtymmomenciewymaga rozruchu. Schemat poniżej przedstawia zasady pracy silnika z falownikiem i przełącznikiem bydpass(fot.2.). Fot.2.SchematpracysilnikazfalownikiemiprzełącznikiembyDpass
Wrazzwprowadzeniemfalownikakorzystnestająsięnietylkoaspektyobniżeniaprądu,lecz takżebrakzjawiskaprzegrzaniasilnikapodczasstartuizatrzymania,ponieważniewystępuje znaczącywzrostpoboruprądu.czasprzyspieszanianiezależyodobciążeniasilnika. Poniżej przedstawiono obniżenie kosztów w wyniku zainstalowania falownika w przypadku podłączeniafalownikadopiłyformatowejfelderk700professional.wykresskładasięz dwóchwcześniejszychwykresównałożonychnasiebie rozruchzsystememgwiazda/trójkąt orazfalownikiem(wykres4). Wykres4.Schematrozruchuzsystememgwiazda/trójkątorazfalownikiem Obliczeniewartości,którąobrazujepodświetlonyprostokąt,wskazujenaróżnicewpoborze prądu na jednym rozruchu. Piła formatowa FELDER K700 PROFESSIONAL podczas pracy nominalnejpobiera7,35kw. 12sekundrozruchu=1/300całejgodziny 250%mocynominalnej=18,375kW 18,375/300=61Wh Zakładając,żemaszynajesturuchamiana50razudziennie,dajenamtorealneoszczędności na poziomie 3 kwh na dobę w przypadku jednej maszyny. Wmomencie gdy podłączymy falownik do kilku maszyn jednocześnie, wielkość tych oszczędności wzrośnie. Nominalnie falownik ma obsługiwać 5maszyn, wtedy zmniejszenie kosztów będzie wyglądać następująco:
5x3kWh=15kWh 15kWhx0,5zł=7,5złdziennie 7,5złx20dniroboczych=150zł Przy miesięcznych kosztach za energię elektryczną wynoszących 1500 zł uzyskuje się 10% oszczędności. 7,5złx250dniroboczych=1875zł W przypadku zakupu falownika za cenę ok. 1500 zł inwestycja zwraca się po około 10 miesiącach. Dodatkowo oprócz oszczędności na prądzie rozruchowym można też uzyskać oszczędności poprzezsterowanieobrotamisilnikazapomocąfalownika. Oszczędności te zaprezentowane zostały poniżej na przykładzie frezarki (FELDER F700Z) o zmiennej prędkości obrotów. Frezarka ta posiada następujące prędkości obrotowe: 3500/6500/8000/10000. Prędkości w tej maszynie są sterowane za pomocą pasów i przekładni. Zainstalowany falownik może również służyć do kontroli obrotów silnika i jednoczesnegoobniżeniaenergiipobieranejzsieci.zakładając,żenastawieniepracysilnika na maksymalną wielkość obrotów, tj. 10000 obrotów na minutę, przy pomocy falownika możeregulowaćzmniejszenieobrotówbezwyłączeniamaszynyizmianyprzekładni. Poniżej przedstawiono przykładowe wyliczenia uzyskanych oszczędności podczas pracy frezarki w wyniku zastosowania falownika do płynnej regulacji poniższych zróżnicowanych obrotów: 1) 6500obrotów/min(35%prędkościmaksymalnej) Liczba%godzin%pracy%dziennie 3"godz. Liczba&dni&pracy&w&tygodniu 5"dni" Liczba&tygodni&pracy&w&roku 56#tyg. Koszt&energii 0,6$zł/kWh Moc$silnika 4"zł/kWh Obroty'zmniejszone'o 35% Koszt&falownika&i&instalacji 1"000"zł Liczba'godzin'pracy'rocznie'frezarki 840$h Koszt&energii&rocznie 2"016,00"zł Koszt&energii&z&falownikiem 553,64&zł
Oszczędności+rocznie 1462,36zł Oszczędności+rocznie+(w%) 73% Zwrot&inwestycji 8mies. 2) 8500obrotów/min(15%prędkościmaksymalnej) Liczba%godzin%pracy%dziennie 3"godz. Liczba&dni&pracy&w&tygodniu 5"dni" Liczba&tygodni&pracy&w&roku 56#tyg. Koszt&energii 0,6$zł/kWh Moc$silnika 4"zł/kWh Obroty'zmniejszone'o 15% Koszt&falownika&i&instalacji 1"000"zł Liczba'godzin'pracy'rocznie'frezarki 840$h Koszt&energii&rocznie 2"016,00zł Koszt&energii&z&falownikiem 1"238,08"zł Oszczędności+rocznie 777,92zł Oszczędności+rocznie+(w%) 39% Zwrot&inwestycji 15#mies. Wyliczenia przeprowadzone powyżej są wartościami szacunkowymi i będą ulegać zmianie względem liczby rozruchów oraz poboru prądu znamionowego maszyn. Jednakże należy zauważyć, że koszty związane z poborem energii elektrycznej w każdym przypadku będą malejące. Zainstalowaniefalownikaniwelujerównieżcałkowicieoddawaniemocybiernejdosieci,ato powoduje dodatkowe oszczędności. W tym przypadku jednocześnie oszczędzamy zarówno nazużyciuenergiiczynnej,jakioddaniumocybiernejdosieci.niemożemyzapominaćtakże o tym, że zastosowanie falownika nie obciąża silnika w taki sposób, jak np. w systemie gwiazdy, ponieważ nie występuje znaczący wzrost poboru prądu podczas rozruchu oraz falowniki nie doprowadzają do przegrzania maszyny podczas startu, co zmniejsza jej podatność na usterki. W przypadku użyciu falownika do sterowania frezarki o zmiennych obrotach, oszczędności zmieniają się względem użytkowania. Oszczędzamy te same wartości,coprzyrozruchachpoprzednichmaszyn,dodającdotegoobniżkinazużyciuprądu podczaspracynominalnejsilnika.