Aplikace vysokonapěťových frekvenčních měničů se synchronizací s napájecí sítí

• Foto

SYSTÉM SE SYNCHRONIZACÍ SNAPÁJECÍ SÍTÍ

Systém čerpadel nebo ventilátorů s frekvenčním měničem se synchronizací s napájecí sítí umožňuje jednomu měniči nezávisle řídit otáčky jednotek tak, aby byl celkový výstup procesu spojitě regulovaný. Se zvyšujícím se požadavkem na průtok (případně jinou veličinu) zvyšuje měnič otáčky a průtok na maximum jednotky, synchronizuje motor s frekvencí sítě a startuje další jednotku na nízkých otáčkách tak, aby dodávala další průtok. Se snižujícím se požadavkem průtoku zpomaluje měnič jednotku, dokud požadavek neklesne pod úroveň dodávky jednotky pracující s konstantními otáčkami s frekvencí sítě. Měnič vypíná řízený motor, desynchronizuje motor s konstantními otáčkami od síťové frekvence a plynule přebírá jeho řízení. Celkový spojitý rozsah řízení systému je tedy od nuly až po maximální možný dodávaný průtok všemi jednotkami. Nedochází také k rázovým jevům v napájecí síti. Řídicí systém měniče zajišťuje přepínání mezi motory, umožňuje měniči synchronizaci a desynchronizaci motorů v závislosti na požadavku na průtok, případně jinou veličinu. Každý motor má stykač připojující jej k výstupu měniče a stykač k připojení na napájecí síť – viz. obr. 1. Stykače také pro potřeby údržby umožňují nezávislé zajištění každého motoru a měniče.

APLIKAČNÍ VÝHODY

Každá aplikace má své unikátní výhody. Společnými jsou pak přesnější a jemnější řízení procesu a větší rozsah regulace. Díky tomu, že frekvenční měnič plynule řídí otáčky nebo krouticí moment motoru, je výsledek regulace přesnější, než řízení ventilem nebo klapkou. Přesnost regulace otáček je lepší než 0,1 % a jsou umožněny strmé rampy zrychlení a zpomalení motoru. Nežádoucí jevy jako tlakové rázy způsobené spuštěním a zastavením čerpadla jsou potlačeny řízeným náběhem a doběhem. Ostatní nežádoucí jevy mohou být eliminovány nastavením odezvy řízení frekvenčního měniče na specifické jevy daného procesu. Rušivé poklesy napětí sítě způsobené
vysokými záběrnými proudy motorů jsou omezeny jejich plynulým rozběhem.

Mechanické regulační prvky jako hydrospojky, ventily, klapky, jsou zařízení vyžadující náhradní díly, které jsou často nákladné a hůře dostupné. S frekvenčním měničem jsou sníženy úrovně záběrných momentů a tím je sníženo opotřebování mechanických komponentů. Plynulými náběhy jsou také sníženy vibrace a tlakové rázy mohou být potlačeny úplně. Lze tedy obecně říci, že použití frekvenčního měniče sníží opotřebovávání mechanických komponentů systému a zvýší životnost motoru a poháněných zařízení.

PROVOZNÍ BEZPEČNOST

Proces může být chráněn před přetížením omezením momentu a proudu frekvenčním měničem. Limity mohou být nastaveny tak, aby nedošlo k přerušení provozu omezením otáček čerpadla na přípustnou úroveň průtoku.

Při poruše nebo údržbě frekvenčního měniče je možné motory spouštět přímým připojením na síť. Po opětovném uvedení měniče do provozu tento převezme plynule řízení systému. Můžeme provádět údržbu na jednom z motorů bez omezení provozu ostatních. Při extrémních požadavcích na bezpečnost provozu se nabízí použití dvou frekvenčních měničů v redundanci. V případě poruchy jednoho z měničů přebírá řízení druhý měnič. Měniče si také předávají řízení pro rovnoměrné opotřebení a prodloužení životnosti každého z nich.

V případě, že u dané aplikace předpokládáme převážný provoz motoru na maximální otáčky, tj. na frekvenci sítě, nabízí se použití frekvenčního měniče se synchronizací na síť i s jedním motorem. Při maximálních otáčkách dojde k odpojení frekvenčního měniče, a tím k eliminaci ztrát na něm vznikajících, úspoře energie a prodloužení jeho životnosti.

ÚSPORY ENERGIE

Úspory nákladů za energii jsou primárním aspektem pro uvolnění investice s rychlou dobou návratnosti. Ekonomické výhody systému frekvenčního měniče se synchronizací s napájecí sítí jsou v pořizovacích, instalačních a provozních nákladech. Při porovnání se systémy s více měniči jsou kapitálové a instalační náklady přibližně o 33% nižší pro systémy se dvěma motory a o 60 % nižší pro systémy se čtyřmi motory. Frekvenční měnič se synchronizací s napájecí sítí také snižuje ztráty, které by vznikaly na systému s více měniči.

V případě regulace škrcením mohou být úspory, které přinese frekvenční měnič rychle vypočítány porovnáním spotřeby energie při průměrném provozním a maximálním možném průtoku daným systémem. Pracovní body a křivky účinnosti v různých otáčkách jsou data, která poskytne výrobce čerpadla nebo ventilátoru a přinesou důležité informace o spotřebě energie. Z těchto grafů určíme potřebný příkon v daných provozních bodech.

Application of medium voltage drives with synchronization to the power grid
Pumps and fans are often used in cluster configurations that are independent of each other. The advantages of continuous control is possible even without using a frequency converter for each separate unit, namely by using a single drive with synchronization to the power grid to control several pumps or fans. Exceptionally good economic returns can thus be achieved by reducing investment costs.

Autor

• Grundel Jan