Jak zmniejszać zużycie energii przez systemy napędowe?

Energooszczędne układy napędowe - Jak zmniejszać zużycie energii przez systemy napędowe?

Szacuje się, że udział napędów elektrycznych w globalnym zużyciu energii elektrycznej przekracza 50%, a w przemyśle sięga 70%. Aby go zmniejszyć, musi ona być wykorzystywana efektywniej. Przyniesie to korzyści użytkownikom, którzy poniosą za nią niższe opłaty, oraz środowisku, dzięki ograniczeniu ilości szkodliwych substancji emitowanych do atmosfery. Do oszczędzania energii zasilającej zachęca odgórne wsparcie, wymuszają je także przepisy. W artykule przedstawiamy potencjał w zakresie zwiększenia sprawności energetycznej napędów, jaki mają ich poszczególne komponenty.

Na rysunku 1 przedstawiono najważniejsze komponenty napędów elektrycznych. Obowiązkowo w każdym występuje: podłączenie do sieci zasilającej, silnik elektryczny i napędzana maszyna. Ta ostatnia to na przykład: wentylator, pompa, sprężarka. W przypadku, gdy napędzana maszyna wykazuje stałe zapotrzebowanie na moc, niezmienną prędkość obrotową uzyskuje się przez podłączenie silnika bezpośrednio przez aparat rozruchowy do zasilania. Jest on zazwyczaj zbudowany ze stycznika i układów zabezpieczeń, na przykład termicznego przekaźnika przeciążeniowego. Aparaty rozruchowe są tanie i nie zajmują wiele miejsca.

Zamiast nich elementem pośredniczącym jest często układ łagodnego rozruchu (softstart) albo, jeżeli wymagana jest regulacja prędkości obrotowej silnika, wykorzystywany jest wymieniony na rysunku 1 przemiennik częstotliwości. Opcjonalne wyposażenie to: układy przeniesienia napędu oraz regulacji z komponentami mechanicznymi takimi jak przekładnie i pasy.

Rys. 1 Główne komponenty napędów elektrycznych

UKŁADY ŁAGODNEGO ROZRUCHU

Softstart stopniowo podwyższa napięcie zasilania na zaciskach silnika. Na początku jest na tyle niskie, że nie występuje gwałtowne szarpnięcie, a możliwa jest jedynie płynna regulacja na przykład luzów komponentów mechanicznych albo naprężenia pasów. Następnie, wraz ze zwiększaniem przez softstart napięcia zasilania, rośnie moment obrotowy silnika. To z kolei powoduje, że maszyna się rozpędza. Układy łagodnego rozruchu umożliwiają również płynne hamowanie przez stopniowe zmniejszanie napięcia zasilającego silnik.

Softstarty eliminują główne wady podłączenia silnika przez aparat rozruchowy bezpośrednio do zasilania. Chodzi o krótkotrwały pobór prądu startowego o wartości kilka razy większej (typowo 6‒9 razy) niż znamionowy prąd silnika, chociaż zdarzają się i jego kilkunastokrotne przekroczenia. Oprócz tego występuje wtedy duży moment rozruchowy, przeważnie znacznie większy niż wymaga tego napędzana maszyna.