Energooszczędność układów napędowych w obliczu Dyrektywy Ecodesign

Dyrektywa Ecodesign i silniki Lenze M500

Nowa Dyrektywa Ecodesign – znana również jako Dyrektywa ErP bądź Ekoprojekt – wchodzi w życie w całej Europie 1 lipca 2021 r. Od tego momentu efektywność energetyczna standardowych silników asynchronicznych, w szczególności tych przeznaczonych do pracy ciągłej, będzie musiała ulec znacznej poprawie. Lenze, jako ekspert w dziedzinie techniki napędowej i automatyzacji, wprowadził na rynek nową platformę silników z serii m500, która została zaprojektowana jako przyszłościowe rozwiązanie napędowe, możliwe do stosowania na całym świecie.

W ramach tej serii oferujemy dwa typy silników:

• m550-H – obejmujący zakres mocy 0,12... 0,55 kW i zapewniający wysoką efektywność zgodnie z IE2;
• m550-P – obejmujący zakres mocy 0,75... 22 kW i zapewniający efektywność premium zgodnie z IE3.

Skalowalność i modułowość nowego rozwiązania umożliwiają zastosowanie go do rozmaitych zadań realizowanych przez maszyny. Silniki trójfazowe m550 tworzą podstawę systemu mechatronicznego złożonego z silnika, wydajnej przekładni z rodziny g500, przemiennika częstotliwości oraz dodatkowych akcesoriów.

Nasza oferta obejmuje też liczne opcje dla nowych silników, co w efekcie umożliwia dopasowanie ich do różnych wymagań w przyszłej maszynie. Są wśród tych opcji następujące rozwiązania:

• bezpośrednie podłączenie do sieci lub praca z przemiennikiem częstotliwości;
• hamulec postojowy (luzownik) albo hamulec aplikacyjny;
• sprzężenia zwrotne, takie jak resolwer, enkoder inkrementalny lub enkoder absolutny;
• wentylator zewnętrzny;
• układ kontroli temperatury z termokontaktem lub z dodatkowym PT1000;
• drugi koniec wału z pokrętłem albo bez niego.

Lenze udostępnia wyszukiwarkę, dzięki której można sprawdzić, czy aktualnie używane silniki trójfazowe spełniają minimalne wymagania w zakresie efektywności energetycznej, obowiązujące od 1 lipca 2021 r. Wystarczy podać numer katalogowy silnika, a system zaproponuje najlepszy odpowiednik, zgodny z nową dyrektywą.

Sprawność energetyczna systemów napędowych

Przy ocenie zużycia energii należy zawsze uwzględniać cały system napędowy, składający się z przemiennika częstotliwości, silnika i przekładni – ponieważ sprawność całkowita układu może dać oszczędność energii nawet do 50%. Podstawą tego podejścia jest zastosowanie komponentów o wysokiej wydajności. Duże możliwości oszczędności energii tkwią w dopasowaniu napędów i ich profili ruchów do rzeczywistych wymagań procesowych.

Przemienniki częstotliwości osiągają obecnie bardzo wysoką sprawność – od 94 do 97%. Dodatkowo w naszych przemiennikach dostępna jest specjalna funkcja VFC eco, która pozwala na automatyczne dopasowanie prądu magnesującego silnika do warunków pracy. Podnosi to współczynnik sprawności przy częściowym obciążeniu i redukuje do 30% zapotrzebowanie na moc. Funkcja VFC eco jest szczególnie użyteczna w aplikacjach niskodynamicznych, tj. w przenośnikach czy transporterach.

Kolejnym miejscem podniesienia efektywności systemu są przekładnie. Wyższa sprawność przekładni może umożliwić zastosowanie przemiennika częstotliwości lub silnika o niższej mocy, co dodatkowo podnosi sprawność napędu.

Oferujemy przekładnie walcowe i stożkowe serii g500 o sprawności 94‒96% oraz przekładnie planetarne g700 i g800 o sprawności 97‒98%.

Odzyskiwanie energii

Optymalne wykorzystanie energii zakłada również odzyskanie energii powstałej podczas hamowania elektrycznego. Wykorzystanie rezystora hamującego powoduje bezpowrotną utratę powstałej energii, dlatego też zastosowanie mechanizmu odzyskiwania energii hamowania przyczynia się do wzrostu sprawności energetycznej układu napędowego.

Odzyskana energia w procesie hamowania może być:

• oddana z powrotem do sieci, przy zastosowaniu modułu odzyskiwania energii – podstawowym urządzeniem umożliwiającym zwrot energii do sieci jest moduł zwrotu energi r750-C, który podłączony bezpośrednio do sieci, bez konieczności stosowania dodatkowego filtru, zapewnia odpowiednią jakość oddawanej do sieci energii. Ponadto ma możliwość zliczania ilości tej energii. Dla układów wieloosiowych można użyć modułu zasilacza oraz zwrotu energii E94APNE, który odbiera energię hamowania, przetwarza ją i przesyła do sieci;
  
  
• przechowywana w kondensatorze – rozwiązanie stosowane w bardzo dynamicznych układach; pozwala na krótkotrwałe przechowywanie energii w kondensatorze i wykorzystanie jej w kolejnych cyklach procesu;
  
  
• wymieniana pomiędzy kilkoma napędami za pomocą szyny DC. Rozwiązanie to można zastosować w sytuacji, gdy część napędów pracuje w trybie generatorowym, a pozostałe w trybie silnikowym. Zastosowanie takiej szyny do ograniczenia mocy pobieranej z sieci lub odzyskiwania energii hamowania do obwodu pośredniego to kolejna możliwość optymalizacji. Połączenie przemienników szyną DC pozwala wykorzystać również centralnie podłączony moduł zwrotu energii do sieci, pracujący dla kilku napędów. W układzie cała energia hamowania jest stale wymieniana pomiędzy napędami.

Wnioski

Firma Lenze wspiera producentów maszyn przy doborze napędów, które w sposób istotny wpływają na zużycie energii przez całą maszynę. Ten rodzaj współpracy zapewnia optymalizację wszystkich kosztów przez cały okres eksploatacji maszyny i podniesienie jej sprawności energetycznej. Lenze zapewnia również swoim klientom szeroką wiedzę na temat sieci DC i optymalizacji sprzętu.

Lenze
www.lenze.com