Рекуператоры

В условиях современного промышленного производства большое внимание уделяется вопросам энергоэффективности и энергосбережения при эксплуатации оборудования.

Учитывая, что затраты на электропотребление крупного промышленного предприятия могут составлять до 50% от общей суммы всех затрат на выпуск продукции, вопрос оптимизации расходов энергоресурсов очень актуален для каждого предприятия.

Необходимость решения данной проблемы обусловлена также постоянным увеличением цен на электричество и энергоносители, что влечет за собой удорожание услуг/конечной продукции, которую производит предприятие, поскольку себестоимость этой продукции включает в себя, в том числе, и расходы на энергопотребление. Все это ведет к неэффективности производства и уменьшению конкурентоспособности производителя на мировом рынке.

Современное промышленное предприятие

Применение частотно-регулируемого привода позволило решить множество задач не только в области оптимизации и автоматизации всего процесса производства, удобства управления и регулирования технологических параметров, но и в сфере энергосбережения.

Применение частотных преобразователей при управлении электроприводным оборудованием позволяет напрямую подстраивать регулируемые производственные параметры (температуру, давление, скорость) под различные нужды с сохранением высокого коэффициента мощности, обеспечивая при этом существенное снижение энергопотребления.

Но на этом преимущества применения частотной техники не заканчиваются, а при грамотном использовании возможностей такого оборудования открываются еще большие просторы для усовершенствования и повышения энергоэффективности производственного комплекса.

Одна из замечательных возможностей качественного энергосбережения при использовании преобразователя частоты – применение рекуператоров электроэнергии.

Назначение рекуператоров

Рекуператор

Рекуператор предназначен для функционирования совместно с частотным преобразователем и позволяет при работе преобразователя в режиме динамического торможения производить рекуперацию электрической энергии в питающую сеть. Чаще всего рекуператор поставляется в качестве отдельной комплектной позиции для частотника, поскольку выполняет обособленную технологическую задачу и подходит не для всех возможных применений.

Рекуператор электроэнергии, как правило, устанавливают в комплексах электропривода с длительным, либо интенсивным торможением управляемых механизмов. Он рекомендован и экономически обоснован для применения в приводах кранов, подъемных механизмов, мельницах, центрифугах, сепараторах и других подобных механизмов. В том числе, применяется в современных электропоездах и электромобилях (при разгоне частотный электропривод этих механизмов потребляет энергию из сети, либо аккумулятора, а при торможении – возвращает электроэнергию обратно в питающую сеть).

Долгое время единственным способом высвобождения излишней энергии, выделяемой в частотных преобразователях при торможении привода, было рассеивание этой энергии в виде тепла на специальных резисторных элементах. Такие элементы называются тормозные резисторы, и они применялись (и до сих пор применяются) в комплексах электропривода с высокой инерционной нагрузкой для ограничения перенапряжения в преобразователях частоты в режиме торможения. В ином случае, возможен выход из строя оборудования, потому что высвобождающуюся при торможении энергию необходимо где-то изолировать.

Электропоезд - один из примеров механизмов,
где используется рекуперация при торможении

При этом тормозные резисторы довольно габаритны, необходимо создание определенных условий для их охлаждения, защиты от влаги и пыли, и для подключения тормозных резисторов к преобразователю частоты часто требуется специальный тормозной модуль, приобретаемый отдельно.

К тому же, если вести речь об электросбережении, то энергия, рассеиваемая на тормозных резисторах, преобразуется в тепло, что экономически невыгодно, а в ряде случаев, ещё и технически нереализуемо.

В отличие от тормозных резисторов, рекуператор позволяет направлять высвобождающуюся электроэнергию обратно в сеть, тем самым, обеспечивается существенная экономия электроэнергии при торможении и возможность работы рекуператора в продолжительном режиме.

Преимущества рекуператоров

Применение рекуператоров совместно с преобразователем частоты позволит решить следующие задачи оптимизации производства:

• Использовать более 95% высвобождаемой при торможении привода электроэнергии, возвращая её в питающую сеть для использования этой энергии другими потребителями в сети.
  
  Как результат – практически 100% эффективность использования электроэнергии. С экономической точки зрения это означает существенную экономию денежных средств для производителя (даже по сравнению с использованием отдельного преобразователя частоты без рекуператора). Окупаемость вложенных затрат на приобретение/модернизацию оборудования может в этом случае составить менее 1 года, что экономически более чем целесообразно.
  
  
• Существенно снизить уровень гармонических искажений в сети и значительно увеличить коэффициент мощности используемого комплекса оборудования. К тому же возможности широтно-импульсной модуляции преобразователей частоты позволяют генерировать сигнал практически синусоидальной формы на стороне переменного тока.
  
  Таким образом увеличение коэффициента мощности обеспечивает существенное улучшение показателей энергоэффективности всего комплекса оборудования, а снижение гармоник тока и возможности ШИМ-модуляции позволяют улучшить характеристики питающей сети предприятия, что уменьшает расходы на замену и ревизию оборудования в данной энергосети.
  
  
• Улучшить компактность расположения оборудования и условия эксплуатации.
  
  Сравнивая с прежним методом рассеивания излишков энергии с помощью тормозных резисторов и модулей, можно с уверенностью сказать, что установка рекуператора вместо прежних тормозных устройств позволит освободить около половины занимаемого этими устройствами пространства, а также снизить требования к условиям эксплуатации оборудования (рекуператоры ввиде отдельного комплектного устройства выполняются со степенью защиты IP54, либо IP65 без необходимости обеспечения дополнительного охлаждения и пыле/влагозащиты).
  
  
• Увеличение тормозного момента и уменьшение времени торможения привода.
  
  Данный эффект позволяет уменьшить время производственного цикла и увеличить быстродействие и производительность оборудования. Тем самым оптимизируется производственный процесс, увеличивается количество производимой продукции за единицу времени при сохранении технологии производства.
  
  
• Возможности связи с рекуператором по промышленным сетям (Modbus, Profibus, Ethernet/IP).
  
  Позволяет включить рекуператор в общую систему мониторинга и управления всем комплексом оборудования, передавать в режиме реального времени параметры потребления и экономии электроэнергии, характеристики работы рекуператора (ток, мощность, коэффициент мощности). Это дает возможности обслуживающему персоналу оперативно реагировать на выполняемые производственные процессы, оптимизируя и уменьшая, в конечном итоге, затраты предприятия на эксплуатацию оборудования.
  
  
• Высокая гибкость в применении рекуператора для различных применений.
  
  Применение рекуператоров возможно не только с частотным преобразователем аналогичной марки, но и с частотниками и приводным оборудованием различных фирм и исполнений, поскольку современные рекуператоры унифицированы для множества применений. Данная особенность позволяет использовать рекуператоры не только для новейших применений и задач, но и для модернизации/оптимизации работы уже действующих приводных комплексов, в том числе, устаревших модификаций.
  
  
• Возможность соединения рекуператоров параллельно.
  
  Данная функция позволит увеличить мощность рекуперации электроэнергии параллельным подключением двух и более рекуператоров без необходимости приобретения одного рекуператора большей мощности. В случае, если на производстве имеется несколько рекуператоров, и требуется увеличить мощность рекуперации для отдельного процесса, можно обойтись параллельным соединением рекуператоров, не затрачивая денежные средства на приобретение нового более мощного и дорогостоящего оборудования.

Экономически обоснованные сферы применения рекуператоров

Таким образом, рекуператоры находят свое оптимальное и экономически обоснованное применение для следующих производственных сфер:

• производства, где используются механизмы с большой инерционной нагрузкой: центрифуги, мельницы, намоточное оборудование, сепараторы;
• частотно-регулируемые приводы с преимущественно тормозными режимами: лифты, подъемно-транспортное оборудование, станки-качалки;
• системы с необходимостью выполнения быстрого останова: станкостроение, системы автоматизированных складов, транспортные системы, электротранспорт (электропоезды и электромобили, в том числе);
• механизмы с длительными циклами генерации энергии: печатные машины, эскалаторы и другие подобные устройства;
• испытательные и нагрузочные стенды большой мощности.

Основные требования при выборе рекуператора

Выбор рекуператора под условия применения производится согласно персональным характеристикам приводного комплекса (преобразователь частоты-двигатель-нагрузка), в составе которого он будет функционировать:

• необходимо подобрать требуемое значение напряжения, тока и мощности рекуператора, при которых либо в длительном режиме работы, либо в режиме повторно-кратковременного режима он не будет перегреваться;
• выбрать необходимую степень защиты и характеристики условий эксплуатации (температура, влажность, вибрационность);
• подобрать оптимальный набор встроенных функций (возможность связи с верхним уровнем по промышленным интерфейсам, комплекс выполняемых защит, режимы автоматического управления/индикации, дополнительные аксессуары).

Выводы

В качестве заключения можно сделать вывод о том, что вопросы энергосбережения на предприятии невозможно рассматривать отдельно от технологических процессов – эффективность производства нужно оценивать не только с позиции обеспечения требуемых количественно-качественных показателей выпускаемой продукции, но и с точки зрения энергоэффективности выполнения технологических процессов.

Энергоэффективность

На производствах, построенных более 10-15 лет назад, преобладающую часть технологических процессов можно осуществлять на порядок эффективнее, не снижая требований к качеству продукции. Внедрение инновационных энергосберегающих мероприятий, таких как применение современных преобразователей частоты совместно с рекуператорами электроэнергии, на промышленном предприятии позволит обеспечить экономию до 30% энергоресурсов. При этом, затраты на приобретение подобного оборудования, по опыту эксплуатации, окупятся менее чем через год.

По всем вопросам оптимального подбора оборудования
применительно к вашим техническим требованиям и технологическим процессам
Вам помогут специалисты компании ООО «РусАвтоматизация»