Гемамекс: С честотно задвижване на компресорните мотори се постига висока енергийна ефективност

Според статистиката глобалното използване на електроенергия в света е 15.660 TWh/y на годишна база, от които количеството енергия за електрически мотори за задвижвания е 7.108 TWh/y, т.е. 45% от цялото потребление. Значително количество от консумираната енергия (32%) се пада на компресорите.

България като член на Европейския съюз трябва да спазва директивите на европейското законодателство. Освен това сме страна, подписала и протокола от Киото. Така се задължаваме да сведем с 20% парниковите газове, да увеличим енергийната ефективност с 20% и да консумираме 20% електроенергия от зелени енергоизточници. Срокът за изпълнение е до 2020г.

Директивата, която се отнася за електрозадвижвания е ErP (Енергийно свързани продукти) Директива(2009/125/EG). Тя дава насоки за енергийно ефективно проектиране на продукти и системи с висока консумация на енергия, но също така и за спестяване на енергия от потенциални консуматори.

Ефективността на електрическите двигатели се определя като съотношение на изходната мощност на вала и консумираната за това електрическа мощност. Съгласно стандарт IEC 60034-30 ефективността IE1 се отнася за стандартен мотор, IE2 за високо ефективни, а IE3 за супер ефективни мотори. Споменава се също за бъдещето равнище, по-високо от IE3, което ще се нарича IE4 супер премийна ефективност (super premium efficiency).

От 16 юни 2011 г. само електромотори, отговарящи или надвишаващи IE2 ниво, са разрешени за продажба и монтаж в ЕС. От януари 2015 г. всички двигатели ще трябва да достигнат IE3 (IE2 двигатели ще могат да се използват само ако са с честотни инвертори). Прогнозира се, че около 30 милиона от съществуващите промишлени двигатели в Европа постепенно трябва да се заменят. В резултат на икономиите от 5,5 млрд. киловатчаса електроенергия всяка година съответно ще се намалят емисиите на въглероден двуокис с 3,4 милиона тона.

Компресорните станции за сгъстен въздух се състоят от един или няколко компресора, подаващи въздух в общ колектор. При създаване на нова инсталация, производителността на машините се оразмерява така, че да покрие максималната потребност на предприятието, а в повечето от случаите се прави и презапасяване от порядъка на 20-25%.

Така на практика компресорите с постоянна скорост на мотора работят едва на около 60 - 75 % от капацитета си. Освен това най-често максималният обем на сгъстения въздух, който те компресират се ползва само в пикови моменти. Това се дължи от една страна на необходимостта за добавяне на нови консуматори, а от друга - за осигуряване на необходимата пикова натовареност на текущите.

Изводът, който може да се направи, е че неравномерният товаров график на електродвигателите монтирани на компресори води до ниска ефективност и повишени експлоатационни разходи.

При малки предприятия най-често се използва един компресор. Ето защо от съществено значение е системата му за управление. Почти винаги се налага използването на регулираща система, която да намали производителността на компресора, когато няма голяма консумация.

Следи се системното налягане и регулиращата система намалява производителността, когато то достигне предварително зададена максимална стойност. Производителността се увеличава отново, когато налягането спадне до друга, по-ниска зададена стойност. Разликата между тези две стойности на налягането представлява обхвата на регулиране.

На практика обхватът на регулиране се среща в доста широки граници - от 0.1 до 1.5 bar. При по-старите компресори управлението е в режим старт-стоп и въздухът се нагнетява в ресивер и оттам с регулатор (дросел) се сваля налягането му до необходимото. Тези системи са бавни, недостатъчно прецизни и водят до големи флуктуации на налягането. За да се избегне това, подходът е обикновено задаване на по-голямо налягане от необходимото, за да се избегне пропадане.

При големите предприятия най-често имаме инсталация с няколко работещи в паралел компресори. В този случай правилното решение е използване на т.н. балансиращ компресор, който поема колебанията в натоварването на системата и поддържа постоянно налягане. Така основните машини работят на постоянни обороти, а балансиращия компресор осигурява регулирането на системата. В този случай за работата на балансиращия компресор има завишени изисквания за бързодействие и точност.

От направените икономически разчети основните разходи при станциите за сгъстен въздух са за електроенергия. При непрекъснатото нарастване на цената и посочените по-горе факти се оказва, че около 40% от консумираната енергия на практика се явява като загуба. Ето защо като енергийно ефективно решение с голям икономически ефект може да се ползва честотно задвижване на компресорните мотори.

При компресорите без честотно управление на двигателя от значение е и големината на ресивера. По принцип ако консумацията попада в диапазона на регулиране на компресора не е нужен акумулиращ обем (ресивер). Но добавянето в повечето случаи е наложително, когато консумацията ще пада и под минималната производителност на машината.

В подобни случаи компресорът преминава в режим на регулиране посредством включване/изключване или натоварване/разтоварване. Конструктивно има заложени изисквания за времето на включване и изключване, които ограничават работата на компресора и влошават регулирането на въздуха. Така е възможно да се получат флуктуации при работата му. Всеки един производител дава препоръки за обемите на ресиверите от порядъка на 2 до 4 l/(m3/h).

Може да се даде и по-точна препоръка: обемът на ресивера при разлика в наляганията за включване и изключване 0.5 - 0.8 bar е необходимо да бъде между 10 и 20 l/(m3/h) от производителността на компресора при долната граница на честотното регулиране. При големите компресорни системи тези ресивери са с много голям обем, заемат място и често изискват изграждане на отделни помещения, защото са много шумни.

Вече 22 години ГЕМАМЕКС реализира висококачествени задвижвания на OMRON и впоследствие на OMRON-YASKAWA. Базирайки се на инженеринговия ни опит от десетки внедрявания на екструдери, високомощни помпи и вентилатори, компресори, навиващи, развиващи и изтеглящи съоръжения, производствени линии, машини, конвейери и др.

Използването на специализираните честотни регулатори e отлично решение, което позволява да се регулират директно оборотите на мотора във функция от обратната връзка по дебит или налягане, което води до значително намаляване на консумираната мощност. Използването на бързодействащ ПИД закон води до премахване на недостатъците на пропорционалното регулиране.

Лесно се поддържа налягането в оптимални граници. Честотно регулираните компресори поддържат крайното налягане при сгъстяване на +/- 0.1 bar постоянно ниво в диапазона на налягането, дори при променящи се изисквания за количеството сгъстен въздух. Това спомага за по-ниско крайно налягане при сгъстяване и пести енергия.

Честотните регулатори от YASKAWA са лесни за конфигурация. Чрез софтуерът DriveWisard Plus те лесно се параметризират. Чрез специализиран софтуер DriveWorksEZ позволяват директно програмиране чрез логически блокове в самия инвертор. Софтуерът е съвместим със сериите V1000, A1000 и E1000. Благодарение на функционалността му може да се спести апаратура, като таймери, броячи и др. Така отново се пестят време и средства.

При използването на честотен инвертор, благодарение на заложените алгоритми в него се осигурява константен момент дори и в честотите под 1Hz. При А1000 YASKAWA гарантират 200% момент при 0Hz. Това е уникално за честотен инвертор.

Много полезна е функцията, която привежда в т.н. „Sleep" режим честотния регулатор. Благодарение на нея се избягва работата при ниски обороти или на празен ход. В същото време честотния регулатор очаква сигнал за спадане на налягането, за да се активира отново.

Екипът на Гемамекс е реализирал няколко проекта за управление на мощни компресори с помощта на честотни задвижвания А1000 в промишлени предприятия. Базирайки се на нашия опит в тази сфера можем да посочим следните предимствата при ползване на честотно регулиране на компресори: позволява се качествено и лесно параметризиране, както и логическо управление; осигурява се покриване на европейските директиви за енергийна ефективност; управлението на компресора е в зависимост от неговото натоварване чрез следене на налягането му.

Освен това, честотното регулиране спестява енергия и следователно и пари; предпазва мотора от претоварване, прегряване и осигурява по-дълъг жизнен цикъл без авария. Честотното регулиране позволява премахването или използване на разширителни съдове с по-малък обем.

От няколко месеца Гемамекс предлага на пазара най-новото и иновативно решение за икономия на електроенергия и средства. Продуктът е YASKAWA SPRiPM (Supreme) - Super premium efficiency motor drive package. Пакетът от инвертор и мотор е идеалното решение за приложения като вентилатори, помпи, конвейери, компресори като осигурява висока ефективност на разумни цени. SPRiM моторите са много по-леки и по-малки от стандартните асинхронни двигатели, като осигуряват висока ефективност в много компактен размер. SPRiM двигателят е с ротор.

Стандартен асинхронен двигател може лесно да се замени със SPRiM мотор. Закрепването е стандартно, а настройката за пускане отнема не повече от 3 минути. Най-важното предимство е високият им клас на енергийна ефективност. Те отговарят на стандарта IE4+. Предлагат се в комплект с инвертори v1000 за малките мощности до 18кв.

За по-големите се използва серията А1000. Самата комбинация инвертор със SPRiPM двигател позволява да се постигне до 48% икономия на електроенергия спрямо конвенционалния двигател. Направената инвестиция в подмяна на двигателя може да се изплати за по-малко от две години експлоатация на компресора.

При използване на SPRiPM двигателите получаваме следните положителни ефекти: премахване на енкодера като обратна връзка благодарение на т.н. безсензорно векторно управление; компактен дизайн на машината (SPRiPM двигателите са с по-малки габарити от конвенционалните); висока надеждност; висока енергийна ефективност; висок начален момент; висока скорост на управление до 150Hz.

Изискванията към съвременната техника непрекъснато нарастват. Ето защо ние с удоволствие помагаме на нашите клиенти да решат първи своите задачи с високотехнологична японска техника.

Инж. Георги Генчев, президент на фирма Гемамекс