Oszczędności energii

Przez lata parametry przemienników częstotliwości ulegały systematycznej poprawie. Przykład to sprawność energetyczna, która przede wszystkim dzięki postępowi w dziedzinie energoelektroniki w najnowszych modelach tych urządzeń sięga nawet 98%. Z kolei oszczędności energii, jakie można uzyskać dzięki przemiennikom częstotliwości przez dynamiczne dopasowanie prędkości silnika napędu do aktualnego zapotrzebowania, zależą od tego, jaki charakter ma obciążenie.

W powyższym zakresie rozróżnić należy dwie kategorie – są to obciążenia: stałomomentowe oraz zmniennomomentowe. Jeśli chodzi o te pierwsze, w ich przypadku moment obrotowy nie zmienia się wraz z prędkością. Moc pobierana przez napęd obciążenia stałomomentowego jest wprost proporcjonalna do prędkości obrotowej silnika. Dlatego zmniejszenie tej ostatniej przykładowo o połowę zapewnia oszczędności energii elektrycznej również na poziomie 50%. Do grupy obciążeń stałomomentowych zaliczane są m.in.: przenośniki, mieszadła, kruszarki, pompy wyporowe oraz sprężarki powietrza.

 

Rys. 4. Charakterystyka obciążenia: stałomomentowego a) i zmiennomomentowego b)

Obciążenia zmiennomomentowe

Znacznie większy potencjał w zakresie ograniczenia zużycia energii elektrycznej mają obciążenia zmiennomomentowe, w przypadku których moment obrotowy zmienia się wraz z prędkością. Do tej kategorii zaliczane są m.in.: wentylatory i pompy wirowe mające charakterystyką kwadratową. Przy zmniejszeniu prędkości obrotowej ich zapotrzebowanie na energię maleje w trzeciej potędze. Oznacza to na przykład, że w razie zmniejszenia prędkości obrotowej o połowę obciążenie będzie wymagało zaledwie jednej ósmej mocy. Zatem już nawet niewielkie spowolnienie obrotów silnika zapewni znaczące oszczędności energii.

Warto dodać, że zastąpienie mechanicznych komponentów przemiennikami częstotliwości oprócz zwiększenia sprawności energetycznej systemu napędowego ma dodatkowe zalety. Na przykład w systemach klimatyzacji z wentylatorami, rezygnując z regulatorów przepływu powietrza, zapobiega się powstawaniu zawirowań, które powodują hałas i wibracje w przewodach instalacji.

Przemienniki regeneracyjne

Funkcją znacząco zwiększającą efektywność energetyczną systemu napędowego jest dostępna w niektórych modelach przemienników częstotliwości możliwość odzyskiwania energii hamowania. Dzięki tej opcji w czasie zatrzymywania maszyny energia hamowania nie jest tracona na ciepło w rezystorach hamujących, lecz zostaje efektywnie zagospodarowana. W tym zakresie możliwości są dwie – energia hamowania jest oddawana z powrotem do sieci zasilającej lub jest współdzielona z innymi przemiennikami częstotliwości, zasilając podłączone do nich systemy napędowe. W obu przypadkach można zaoszczędzić znaczące ilości energii.

Dodatkowo, korzystając z przemienników częstotliwości z funkcją odzyskiwania energii, nie ponosi się wydatków na zakup ani utrzymanie rezystorów hamujących. Zapewnia to spore oszczędności, bowiem w razie gdy wymagane jest częste i szybkie zatrzymywanie silników, czemu towarzyszy wydzielanie dużych ilości ciepła, są drogie i wymagają kosztownego chłodzenia. Brak rezystorów hamujących oznacza znaczące ograniczenie ryzyka pożaru. Dodatkowe zalety to kompaktowość, mniejsza waga i mniej okablowania napędu.

Pod względem budowy regeneracyjne przemienniki częstotliwości wyróżniają się konstrukcją stopnia wejściowego, który, aby możliwy był dwukierunkowy przepływ energii, musi być podobny do sekcji wyjściowej. Warto pamiętać, że inwestycja w zakup urządzenia z taką funkcjonalnością zwróci się tylko wówczas, gdy zachodzi potrzeba częstego hamowania. Przykładem takich aplikacji są napędy przenośników, dźwigów, nawijarek, schodów ruchomych czy wind.