Dostawcy systemów napędowych zauważają rosnącą z roku na rok świadomość i znaczne zwiększenie potrzeb klientów w zakresie stosowania rozwiązań energooszczędnych. Nie bez znaczenia jest fakt wejścia w życie w połowie 2011 r. dyrektywy UE, nakazującej producentom silników wytwarzanie wyrobów zgodnie z nowymi standardami energooszczędności.
Z punktu widzenia użytkownika niezwykle istotne jest kompleksowe podejście do energooszczędności, a więc wykorzystanie właściwości dostępnych rozwiązań technicznych, zarówno pod względem elektrycznym, jak i mechanicznym.
Firma Nord, wychodząc naprzeciw oczekiwaniom rynku, od wielu lat wzbogaca swoje wyroby elektroniczne w zakresie rozwiązań elektrycznych i w obszarze sterowania o funkcje przekładające się bezpośrednio na korzyści dla środowiska i na oszczędność kosztów zużywanej energii. Sprawność silników elektrycznych, niezależnie od klasy energooszczędności, znacząco się zmienia, zależnie od chwilowego stopnia obciążenia silnika. Silniki obciążone w mniej niż 50 proc. konsumują znaczne ilości energii biernej, przez co ich sprawność wyraźnie spada. Jednocześnie bywa jednak tak, że układy wentylacji, pompowe lub przenośnikowe, są dobierane w taki sposób, aby pracować w zakresie obciążeń minimalnych, by w razie konieczności zwiększyć swą wydajność. Skutkiem jest nadmierne zużycie energii przez większość czasu pracy takich systemów.
Wprowadzanie stanu niedomagnesowania
W celu rozwiązania tego problemu firma Nord opracowała dla swoich przetwornic częstotliwości algorytm sterowania, umożliwiający redukcję poboru przez silnik energii biernej. Polega on na wymuszeniu pracy silnika w stanie niedomagnesowania.
W typowym sterowaniu wektorowym wektor prądu Is jest złożony z dwóch składowych: Iq – proporcjonalnej do momentu obrotowego oraz Id – składowej odpowiedzialnej za magnesowanie silnika (rys. 1). Przy obciążeniu częściowym składowa Iq spada, ale magnesowanie silnika i tak musi pozostać niezmienione (rys. 2). Dzięki zaawansowanemu algorytmowi sterowania składową Id, przetwornice Nord wymuszają pracę w stanie niedomagnesowania, przez co spada wartość sumaryczna prądu wyjściowego przetwornicy.
Rozpoznanie stanu niedociążenia trwa około 7,5 s, ale powrót do pełnego namagnesowania w przypadku wzrostu obciążenia następuje już po 350 ms (rys. 3). Przekładając to na sprawność silnika, dochodzi do sytuacji, w której dla pracy silnika pod częściowym obciążeniem zyskujemy 5–20 proc. sprawności systemu. Inaczej mówiąc, zabieg ten pozwala uzyskać stan, w którym wielkość silnika jest adekwatna do jego aktualnego obciążenia, dzięki czemu użytkownik może zminimalizować koszty energii elektrycznej, potrzebnej do eksploatacji przewymiarowanych zespołów napędowych. Warto wspomnieć, że stosowanie funkcji autodopasowania strumienia magnetycznego silnika to tylko jedna z wielu metod podnoszenia sprawności energetycznej systemu. Zwiększając zakres częstotliwości regulacji do 87 Hz, przy wyższych częstotliwościach napięcia zasilającego silnik, można uzyskać dodatkowe 4 proc. sprawności. Wynika to z właściwości silnika asynchronicznego, gdzie część strat silnika jest niezależna od częstotliwości. Możliwe jest również sprzęganie przetwornic, tak aby w sytuacji pracy generatorowej silnika energia przepływała między urządzeniami lub wracała do sieci.
Zintegrowane zespoły napędowe
Optymalizacja kosztów zakupu i eksploatacji stworzyła również nowe podejście do techniki napędowej, objawiające się integracją zespołów napędowych z przetwornicami częstotliwości. Rozwiązanie integrujące napęd i przetwornicę częstotliwości w jeden zespół napędowy staje się coraz bardziej pożądane, zarówno pod względem technicznym, jak i cenowym. Do tej kategorii należą produkty serii Nord SK 200E. Brak konieczności prowadzenia okablowania ekranowanego oraz sterowanie magistralowe, w połączeniu ze stopniem ochrony IP66 i zakresem temperatury pracy od –25 °C do +50 °C, stawiają produkty firmy Nord na czele wśród producentów przetwornic częstotliwości, wytwarzających tzw. rozwiązania zdecentralizowane. Jest to istotne szczególnie teraz, gdy rynek oczekuje rozwiązań, dzięki którym można poczynić duże oszczędności inwestycyjne oraz eksploatacyjne.
Nowe przetwornice i softstarty
Sukces rynkowy rodziny falowników Nord SK 200E, będących dobrym przykładem techniki zdecentralizowanej, zmotywował dział konstrukcyjny firmy do szybszego wdrożenia nowej przetwornicy częstotliwości SK 180E oraz softstartu SK 135E.
Seria przetwornic częstotliwości SK 200E, o zakresie mocy 0,25–22 kW, jest już dobrze znana producentom maszyn i urządzeń. Firma Nord, badając potrzeby klientów, zauważyła, iż częste zastosowania układów zdecentralizowanych w zakresie do 2,2 kW, to proste układy transportowe i urządzenia mobilne. Niekoniecznie wymaga się wtedy od falownika obsługi hamulca silnika, wejścia enkoderowego ani trybów serwo lub Posicon. Nie zawsze potrzebna jest też regulacja prędkości – czasami wystarczy miękki rozruch i zatrzymanie napędu. Dzięki pracom zespołu Nord sukcesem zakończyła się faza wdrożeniowa i na początkiem 2014 r. w ofercie firmy pojawiły się dwa nowe wyroby: SK 180E, czyli uproszczona i tańsza odmiana SK 200E oraz SK 135E – dwukierunkowy programowalny softstart zintegrowany z silnikiem.
SK 180E
Podstawowe cechy napędu SK 180E:
•obsługa wszystkich powszechnie stosowanych funkcji napędu,
•prąd upływowy < 16 mA,
•praca samodzielna (wbudowany zasilacz 24 V),
•trzy wejścia cyfrowe i dwa wyjścia cyfrowe,
•dwa wejścia analogowe, które można stosować jako „wyspę” dla czujników,
•funkcja oszczędzania energii,
•dostępne dodatkowe moduły rozszerzeń I/O,
•opcjonalna wersja ATEX 3D, •praca lokalna lub sieciowa – w sieciach szeregowych i ethernetowych.
SK 135E
Podstawowe cechy softstartu SK 135E:
•dwie wielkości: do 3,0 kW oraz do 7,5 kW,
•regulacja funkcji za pomocą przełączników DIP i potencjometrów,
•praca dwukierunkowa,
•automatyczna detekcja kolejności faz,
•zabezpieczenie termiczne silnika,
•komunikacja RS-232, •dostępne dodatkowe moduły rozszerzeń.
Jarosław Nowak
NORD Napędy sp. z o.o.
ul. Krakowska 58, 32-020 Wieliczka
tel. 12 288 99 00, fax 12 288 99 11 www.nord.pl
