Prawidłowy dobór komponentów napędu elektrycznego to redukcja kosztów zużycia energii

W budowie maszyn niezwykle ważnym obszarem pozwalającym na zwiększanie energooszczędności stanowią napędy elektryczne. Są one obecnie najbardziej efektywnym rozwiązaniem pozwalającym szybko i znacznie zredukować zużycie energii. Regulacja prędkości obrotowej w silnikach elektrycznych pozwala na optymalizację pracy kompresorów w systemach chłodniczych, wentylatorów w układach klimatyzacji, pomp w aplikacjach wodno-ściekowych i wielu innych napędów używanych w przemyśle.

Niemiecki Centralny Związek Przemysłu Elektrotechnicznego i Elektrycznego (ZVEI) zakłada w samym tylko przemyśle możliwość oszczędności powyżej 15% zużycia prądu w przypadku systemów napędzanych silnikami elektrycznymi. Niezależnie jednak od tego, jakie środki podejmą użytkownicy, muszą oni zawsze przed realizacją sprawdzić ich realną opłacalność. Dokładne spojrzenie pozwala oszczędzić wydawane pieniądze, a przy ocenie współczynnika sprawności i strat cieplnych należy uwzględnić obecność modułów filtrów przeciwzakłóceniowych.

Z uwagi na swą zasadę działania przetwornice częstotliwości wytwarzają zaburzenia elektromagnetyczne. Aby je ograniczyć, dla każdej przetwornicy częstotliwości producent prezentuje w ofercie filtry zakłóceń elektromagnetycznych (EMV/RFI). Filtry te mogą być wbudowane w urządzeniu lub zewnętrznie podłączane od strony zasilania. Możliwa jest także kombinacja wbudowanych filtrów wewnętrznych i zewnętrznych.

Kolejnym elementem są filtry sinusoidalne bądź filtry du/dt instalowane od strony silnika. Napięcie wyjściowe przetwornicy częstotliwości jest sygnałem modulowanym składającym się z impulsów o wysokiej częstotliwości. Skutkiem tego napięcie wyjściowe traci postać sinusoidalną. W zależności od długości kabla i samego silnika napięcie to może stwarzać zagrożenie uszkodzenia izolacji uzwojeń silnika. Jest to problematyczne przede wszystkim w przypadku starszych silników. Filtry ograniczają szybkość narastania napięcia na zaciskach uzwojeń i ograniczają amplitudę napięć szczytowych. Tym samym chronią izolację uzwojeń przed przebiciem.

Niewątpliwie zaletą przetwornic częstotliwości z zewnętrznym opcjonalnym filtrem jest ich cena - ubogie wyposażenie w standardzie to niższy koszt zakupu. Urządzenia są tańsze i często bardziej kompaktowe niż te z wbudowanymi filtrami. Poważną wadą jest jednak potrzeba dodatkowego miejsca, szafie rozdzielczej na montaż filtru. Większa szafa i konieczność montażu to także koszty, których możemy uniknąć, stosując rozwiązania z filtrami zintegrowanymi wewnątrz.

W świetle oceny sprawności układu napędowego najważniejsze są informacje dotyczące strat cieplnych danego urządzenia. Naturalnie i tu należy poddać analizie profil czasowy poziomu obciążenia układu w stosunku do parametrów znamionowych. Ponieważ użytkownicy i konstruktorzy właśnie na tej podstawie ustalają między innymi zapotrzebowanie na wentylację danej szafy rozdzielczej, informacje te mogą być uważane za bardziej rzetelne do ostatecznej oceny sprawności układu.

Wracając jednak do zagadnienia wyposażenia falowników w układy przeciwzakłóceniowe, należy zaznaczyć, że wszystkie filtry zewnętrzne generują dodatkowe straty, które nie są uwzględnione we współczynniku sprawności samej przetwornicy. Dotyczy to zarówno filtrów zakłóceń elektromagnetycznych (filtry EMV/RFI), jak również filtrów silnikowych: sinusoidalnych czy du/dt instalowanych od strony silnika. Te dodatkowe straty należy uwzględnić przy projektowaniu wentylacji szafy rozdzielczej. W przypadku przetwornic z fabrycznie wbudowanymi filtrami, ich straty są już zwykle ujęte w danych katalogowych urządzenia.

Podsumowując - przy porównywaniu współczynników sprawności dwóch przetwornic częstotliwości należy mieć na uwadze, czy obie mają wbudowane filtry i czy - odnośnie do filtrów EMV/RFI - spełniają te same normy ograniczania zaburzeń. Z drugiej strony oszczędności kosztów poprzez zastosowanie gorszych filtrów EMV/RFI lub rezygnację z nich, jak również rezygnacja z niezbędnych filtrów silnikowych mogą pociągnąć za sobą wysokie koszty dodatkowego wyposażenia, dodatkowe straty i montaż klimatyzacji.

Danfoss Poland
www.danfoss.pl/napedy