Повышение энергоэффективности подъёмно-транспортного оборудования благодаря рекуперации энергии
Подразделение Delta Industrial Automation, используя свой многолетний опыт в промышленной автоматизации и управлении энергией, разработало ряд продуктов и решений для повышения энергоэффективности и надежности подъемно-транспортного оборудования (ПТО), которые успешно применяются как в России, так и по всему миру.
Краны и другие подъемно-транспортные механизмы незаменимы в современной промышленности – они находят широкое применение в различных производственных процессах, транспорте, логистике, строительстве и др.
Условно все краны можно разделить на три типа: мостовые, тросовые и консольные. В большинстве случаев в мостовых кранах для управления вращением электродвигателей используются преобразователи частоты (ПЧ), оснащенные тормозными резисторами для преобразования энергии торможения в тепловую энергию и ее рассеивания в окружающую среду. Такое решение по утилизации избыточной энергии не просто неэффективно, — оно приводит к бесполезной потере энергии, тогда как ее можно было бы вернуть в сеть.
Крановое решение Delta Electronics
Подразделение Delta Industrial Automation (IA), используя свой многолетний опыт в промышленной автоматизации и управлении энергией, разработало ряд продуктов и решений для повышения энергоэффективности и надежности подъемно-транспортного оборудования (ПТО), которые успешно применяются как в России, так и по всему миру.
Кран-балка является наиболее распространенным видом мостового крана. И именно для него многие интеграторы (например, российские «ПЭСК», «АрТес» и др., британская Softstart UK) выбирают энергоэффективное экономичное высоконадежное решение компании Delta Electronics, в состав которого входят:
универсальный ПЧ Delta серии C2000 или специализированный ПЧ для ПТО серии CH2000 для главного привода (лебедки),
многофункциональные ПЧ серии VFD-E для продольного и поперечного перемещения,
рекуператор серии REG2000 вместо тормозных резисторов для возвращения энергии торможения обратно в электросеть для повторного использования электропотребителями.
Крановое решение Delta с функцией энергосбережения уже успешно применяется в ряде морских портов мира.
Возможности и функции ПЧ Delta VFD-С2000/CH2000
Преобразователи частоты Delta Electronics универсальной серии VFD-C2000 и специализированной крановой серии VFD-CH2000 предназначены для управления как асинхронными, так и синхронными двигателями с постоянными магнитами. При этом обеспечиваются высокие динамические характеристики и точность позиционирования, управление скоростью и моментом благодаря наличию большого числа функций и режимов управления.
Основные функции серий:
Режимы управления скоростью, моментом, положением.
Методы управления: V/F, SVC, VF+PG, FOC+PG, TQC+PG.
Высокоэффективное векторное управление (FieldOrientedControl, FOC) в качестве базовой технологии управления двигателем. Благодаря этому достигаются беспрецедентно высокие характеристики привода, такие как пусковой момент, точность поддержания скорости и момента в широком диапазоне регулирования.
Усовершенствованное по отклику и управлению моментом векторное управление (SVC)без использования датчиков, например, для крановых применений.
Улучшенная работа с ударными нагрузками.
Управление/ограничение момента в 4-х квадрантах. Гибкая настройка предельных значений тока и момента в режиме FOC помогает защитить оборудование от ударных нагрузок и сделать процесс управления более гибким.
Помимо традиционного ПИД-регулятора в контуре скорости используется также PDFF-управление, которое устраняет перерегулирование и улучшает отклик системы.
Функция безопасной остановки двигателя в соответствии со стандартами EN954-1, EN60204-1 и IEC61508 позволяет предотвратить травмирование персонала в ситуации случайного запуска.
Функция использования энергии торможения для плавного замедления двигателя при пропадании напряжения питания сети Deceleration Energy Backup (dEB). Позволяет управлять замедлением двигателя при кратковременных провалах напряжения и плавно останавливать его при полном отключении питания за счёт энергии, накопленной в звене постоянного тока. После восстановления напряжения двигатель плавно разгоняется до прежней скорости. Применение функции DEB позволяет избежать механических повреждений оборудования.
Момент, когда двигатель может быть запущен снова, зависит от уровня нагрузки и периода времени, в течение которого отсутствовало напряжение. В случае пропадания напряжения сети на длительный период, очередной запуск двигателя может осуществляться либо в режиме автозапуска после пропадания питания, либо в ручном режиме.
Модели ПЧ компании Delta Electronics серий VFD-C2000/CH2000 разработаны для работы с тяжелыми нагрузками, в которых необходимо обеспечить высокий пусковой момент. На нулевой скорости в режиме FOC+PG серия С2000 обеспечивает пусковой момент до 150%, а серия СН2000 — до 200% (!).
Пример для модели ПЧ мощностью 3,7 кВт:
Кроме того, серия CH2000 обладает высокой устойчивостью к перегрузкам: до 150% в течение 60 секунд и до 200% в течение 3 секунд.
В ПЧ серии CH2000 встроена расширенная функция управления механическим торможением (по 8 независимым критериям), которая обеспечивает надежность и безопасность работы в сложных применениях. Кроме того, задержка торможения и функция удержания позволяют повысить плавность работы.
Встроенный в ПЧ компании Delta Electronics серий VFD-С2000/СН2000 ПЛК (на 10 тыс. шагов) с LD-программированием и часами реального времени, интерфейсы CANOpen и Modbus, модульная конструкция с богатым набором плат и модулей расширения (в том числе интерфейсов PROFIBUS-DP, DeviceNet, MODBUS TCP и Ethernet/IP) позволяют изменять аппаратную конфигурацию системы под конкретное приложение и упрощают обслуживание оборудования.
Решение Delta для мостового крана на базе специализированных ПЧ VFD-CH2000
На рисунке ниже приведена архитектура решения Delta для управления кран-балкой. Здесь для управления продольным и поперечным перемещением используются два компактных многофункциональных ПЧ Delta VFD-E, а для главного привода лебедки — VFD-CH2000. Также используется рекуператор DeltaREG2000 (стоит вне шкафа управления и на рисунке не показан), который устанавливается в любом месте, удобном пользователю.
Рекуперация энергии
В традиционных схемах управления кранами тормозные резисторы преобразуют энергию торможения двигателей в тепловую, а затем рассеивают это тепло в окружающую среду. Такая система с тормозными резисторами требует квалифицированного обслуживания и имеет низкий коэффициент использования энергии за счет бесполезной потери энергии.
В отличие от описанной системы крановое решение от Delta за счет установки собственного рекуператора энергии REG2000 позволяет добиться значительного снижения потребления электроэнергии из сети. Все дело в том, что REG2000 в автоматическом режиме преобразует энергию, генерируемую в процессе торможения механизмов (перемещения груза и тележки), и возвращает ее обратно в сеть. Таким образом, в процессе работы оборудования до 95% энергии, которая ранее рассеивалась на тормозных резисторах, теперь может быть использована эффективно.
Разработано также альтернативное решение с активным выпрямителем-рекуператором Delta AFE2000. Помимо рекуперации энергии он является еще и активным фильтром гармоник, что позволяет снизить влияние преобразователя на питающую сеть.В соответствии со стандартом IEEE-519-1992 уровень помех (ThiD) не превышает 8%. AFE2000 позволяет обеспечить коэффициент нелинейных искажений потребляемого тока (THD) ≤ 4%, а коэффициент мощности достигает 99%.
Решение с активным выпрямителем-рекуператором Delta AFE2000 позволяет объединять несколько преобразователей частоты C2000/CH2000 и VFD-E по шине постоянного тока для эффективного перераспределения энергии, рекуперации энергии торможения и снижения влияния преобразователя на питающую сеть.
