Рекуперативное торможение электроприводов Schneider Electric (2014г.)
оборудовании, может быть возвращено в электросеть – рекуперативное торможение
электроприводов грузоподъемных машин
Энергоэффективность и энергосбережение входят в 5 стратегических направлений приоритетного технологического развития, обозначенных Президентом России Д. А. Медведевым на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России. Стратегическая цель сократить к 2020 году энергоёмкость отечественной экономики на 40% по отношению к уровню 2007 г. Согласно Федеральному закону РФ от 23 ноября 2009г N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» бюджетные предприятия и предприятия, затраты которых на энергоресурсы превышают 10 млн. руб. в год, обязаны пройти энергоаудит.» Рост тарифов на электроэнергию также побуждает предприятия к поиску энергоэффективных решений
Одним из методов повышения энергетической эффективности считается применение преобразователей частоты (ПЧ) для управления электродвигателями, экономия электроэнергии доходит до 30%. С насосами и вентиляторами обычно используется только сам ПЧ, но у подъемных механизмов при спуске груза или при торможении происходит генерация электроэнергии приводом и возникает необходимость ее рассеивания или в тепло (воздух) на тормозном сопротивлении[1] или ее можно рекуперировать в питающую сеть.
Ниже приведены графики разгона, работы и торможения для кранового привода подъема (слева) и передвижения (справа) при работе от преобразователя частоты. Закрашенные области отображают энергию выделяемую в генераторном режиме при спуске груза и при торможении.
Данные процессы происходят при каждом подъеме/спуске груза и при каждом движении крана. Как правило, в крановой отрасли при переводе крана с контакторной или тиристорной схемы управления на частотное регулирование очень часто для торможения выбираются и используются тормозные сопротивления. Отчасти это связано с традицией, перенятой из контакторных схем управления, отсутствием стимулов энергосбережения и малой информированностью о развитии технологии рекуперации энергии в сеть.
SoMachine – платформа решений Шнейдер Электрик для управления подъемными механизмами. Одним из решений повышения энергоэффективности оборудования является переход от торможения с использованием тормозных сопротивлений на активный выпрямитель AFE.
<
Активный выпрямитель AFE (Active Front End) является опцией к преобразователям частоты Altivar ATV31/32 и ATV71 и имеет 2 основных преимущества:
- Повышение энергоэффективности - рекуперация электроэнергии торможения электроприводов в сеть до 60% от суммарно потребляемой оборудованием электроэнергии.
На металлургическом заводе IDCAS (Турция) на кранах для дуговой печи в 2012г произведены измерения работы выпрямителей AFE за 50 дней эксплуатации:
1. Разливочный кран г/п 265т
AFE всего энергии потреблено приводами 29509 кВт-ч
AFE всего энергии возвращено в сеть 15595 кВт-ч
52,8% энергии возвращено в сеть
2. Заливочный кран г/п 125т
AFE всего энергии потреблено приводами 16542 кВт-ч
AFE всего энергии возвращено в сеть 5217 кВт-ч
31,5% энергии возвращено в сеть
- Повышение качества энергии - уменьшение гармоник в сети. Любой потребитель электроэнергии, и тем более преобразователи частоты,создают в электросети помехи и для их снижения используются встроенные в ПЧ фильтры, а также рекомендуются дополнительные дроссели и фильтры. Количество помех значительно увеличивается с количеством ПЧ подключенных в одной точке сети, но иногда для «удешевления» установкой дополнительного оборудования пренебрегают с последующим снижением срока службы преобразователей частоты и ухудшением качества энергии в электросети предприятия.
Разумеется выбор между торможением сопротивлениями или активным выпрямителем связан с разницей в стоимости оборудования и ожидаемой экономией электроэнергии. Проекты реализации рекуперативного торможения показывает высокую эффективность его применения для машин с суммарной мощностью электроприводов 90 кВт и более. Средний срок окупаемости разницы в стоимости оборудования составляет 1,5-2 года. Учитывая срок службы оборудования в 15 и более лет, можно говорить о значительной окупаемости вложенных в систему управления средств
В категорию рекомендованного рекуперативного торможения попадают все краны с тяжелыми режимами работы - мостовые, портальные, контейнерные, грейферные, а также многодвигательные (20 и более приводов) машины.
Специалистами ООО «Промышленный ресурс» был произведен расчет экономической эффективности рекуперативного торможения для портального крана Альбатрос: г/п крана 10т, масса грейфера 5т, скорость механизма подъема 63 м/мин, кран работает ~2310 часов в год (210дней*11часов). Механизм подъема крана является самым энергетически загруженным, вклад других механизмов крана в рекуперацию энергии будет в пределах погрешности расчета. Однако можно с уверенностью считать, что при стоимости электроэнергии 3 руб./кВт-ч применение активного выпрямителя AFE даст экономию затрат на электроэнергию не менее 185 тыс. руб. в год на один кран.
Также следует учитывать и другие аспекты замены сопротивлений на активный выпрямитель – габариты, кабели, степень защиты оборудования, затраты на обслуживание и риски повреждения оборудования при замыкании от токопроводящей пыли или влаги. Все тормозные сопротивления на кранах представляют собой немалые по размерам железные ящики со степенью защиты IP21-IP23, на которые во время торможения с ПЧ подается постоянный ток напряжением 780В и более[2]. При применении активного выпрямителя AFE все сопротивления заменяются на еще один шкаф с AFE со степенью защиты IP54.
На сегодняшний день на рынке практически отсутствуют предложения в виде новых кранов с системами управления использующих рекуперативное торможение механизмов. При этом имеется огромный парк кранов с сохранившимися металлоконструкциями, но изношенным электрооборудованием и во время ремонта и реконструкции электрооборудования кранов зачастую не учитываются возможности по улучшению их энергетической эффективности.
Промышленный ресурс как системный интегратор Шнейдер Электрик предлагает комплексное решение для реконструкции крана на частотном приводе с активным выпрямителем AFE , что позволяет не только значительно улучшить характеристики крана, но и экономить до 60% потребляемой краном электроэнергии, тем самым окупая инвестиции вложенные в электрооборудование крана. Повышение энергоэффективности может быть дополнено другими решениями платформы SoMachine: автоматическая компенсация раскачки груза (антираскачка), автогрейфер, контроль управления поворотом, адаптивное торможение и противоперекос крана.
[1] В классических контакторных и тиристорных крановых схемах энергоэффективность еще ниже, так как тормозные сопротивления включены в обмотки двигателя для регулирования его скорости вращения и используются постоянно и при спуске и при подъеме груза!
[2] При переборке и использовании старых резисторных сборок ИРАК, следует учитывать, что они рассчитаны на переменное напряжение 3*380В или постоянное до 460В.