Przykłady oszczędności energii w aplikacjach napędowych Doradca Techniczny: Roman Dziaduch Rev 5058-CO900C
Oszczędności energetyczne dla pomp i wentylatorów z użyciem przemienników PowerFlex Rev 5058-CO900C
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
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 ]
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
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
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
Praca pompy/wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Czas zwrotu inwestycji w przemiennik PowerFlex nawet kilka miesięcy 8
Praca pompy/wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Przykład działania programu wyliczającego oszczędności energii z użyciem przemienników PowerFlex 9
Praca pompy/wentylatora z regulacją prędkości przez przemiennik Kalkulator oszczędności energii http://www.rockwellenergycalc.com 10
Funkcje uśpienia/budzenia dla pomp i wentylatorów Rev 5058-CO900C
Funkcje uśpienia/budzenia Prędkość pojawienia się wydajności pompy/wentylatora Określenie dla przemiennika prędkości minimalnej 12
Funkcje uśpienia/budzenia Jeśli wartość zadana jest poniżej wartości prędkości, gdzie pompa osiąga wydajność napęd jest automatycznie zatrzymywany (przy obecnej komendzie START) 13
Funkcje uśpienia/budzenia Zalety Zwiększenie oszczędności energii w stanach niskiego zapotrzebowania na ciśnienie/przepływ Zwiększenie żywotności urządzeń 14
Oszczędności energetyczne w systemie rozdziału energii elektrycznej przy użyciu przemienników Rev 5058-CO900C
Pobór prądu przy częstych rozruchach bezpośrednich Rozruch silnika prąd i prędkość Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 16
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
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
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
Dyspozycyjność rozdzielni pod kątem rozruchu bezpośredniego silnika Silnik 3,7MW 6,6kV Przemiennik PowerFlex7000 do rozruchu i regulacji prędkości
Funkcja Economizer przemiennika PowerFlex Rev 5058-CO900C
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
Funkcja Economizer przemiennika PowerFlex PowerFlex7 Sterowanie wektorowe typu economizer - ekonomiczny algorytm sterowania - automatyczna optymalizacja prądu silnika 23
Wykorzystanie inteligentnych prostowników typu 700AFE Rev 5058-CO900C
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
Praca silnika z przemiennikiem i obniżenie prądu nominalnego układu napędowego Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 26
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
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
Wykorzystanie wejściowych filtrów sinusoidalnych Rev 5058-CO900C
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
Wykorzystanie modułów zwrotu energii do sieci Rev 5058-CO900C
Praca silnika z przemiennikiem i odzysk energii z układu napędowego Aplikacje dźwigowe Copyright 2006 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved.
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
Wykorzystanie silników wysokosprawnych Rev 5058-CO900C
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
Rodzaj silnika, a oszczędności energii Zgodnie z eleceniami miedzynarodowego standardu IEC 60034-30:2008 wymagana sprawność silników powinna wynosić: Od 16.06.2011 silniki po raz pierwszy stosowane powinny mieć sprawność klasy IE2 Od 01.01. 2015 silniki o mocy 7,5kW 375kW powinny mieć sprawność klasy IE3 lub IE2 jeśli są zasilane z przemiennika częstotliwości Od 01.01. 2017 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
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
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
Sprawności silników indukcyjnych i z magnesami trwałymi dla różnych prędkości obrotowych 100% 80% PM Motor (SPM, IPM) IEC IE1 sprawność 60% 40% 20% 0 500 1000 1500 [obr/min] 39
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
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 0,2 237 1,5 88,5% 75,5% 0,20 0,2 342 2,2 88,5% 78,5% 0,22 0,2 385 4 89,5% 75,5% 0,56 0,2 981 5,5 91,2% 80,0% 0,62 0,2 1079 7,5 92,0% 81,5% 0,79 0,2 1380 11 92,7% 82,5% 1,12 0,2 1966 15 93,4% 82,5% 1,64 0,2 2865 22 94,0% 84,0% 2,20 0,2 3854 30 94,6% 86,5% 2,43 0,2 4257 37 95,1% 86,5% 3,18 0,2 5575 55 95,5% 88,5% 3,85 0,2 6745 75 96,0% 88,5% 5,63 0,2 9855 90 96,4% 88,5% 7,11 0,2 12457 110 96,8% 88,5% 9,13 0,2 15996 132 97,2% 90,2% 9,24 0,2 16188 160 97,2% 91,7% 8,80 0,2 15418 200 97,2% 93,0% 8,40 0,2 14717 400 98,2% 93,0% 20,80 0,2 36442 * Wyliczenie nie uwzględnia sprawności przemiennika 97,5% 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 5,5 91,2% 80,0% 0,62 0,2 1079 400 98,2% 93,0% 20,80 0,2 36442 * Wyliczenie nie uwzględnia sprawności przemiennika 97,5% 42
Przykłady oszczędności energii w aplikacjach napędowych Pytania? Copyright 2007 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 43
Dziękuję za uwagę Follow ROKAutomation on Facebook & Twitter. Connect with us on LinkedIn. www.rockwellautomation.com