Эффективная технология питания

Siemens AG устанавливает полностью новый уникальный стандарт в области компактных преобразователей частоты: технология впервые в мире допускает рекуперацию энеогии в меньших, более лёгких и дешёвых преобразователях частоты.

Преобразователи частоты с Эффективным питанием

SINAMICS G120 (интегрированно в PM250 и PM260 силовые модули)
SINAMICS G120D
SIMATIC ET 200S FC
SIMATIC ET 200pro FC

Информацию о SINAMICS G120 и SINAMICS G120D Вы найдёте в данном каталоге (главы 3 и 4).
для информации о преобразователе частоты SIMATIC ET 200, пожалуйсто, обратитесь к главе 8 и каталогу IK PI.

Потенциал сохранения энергии за счёт Эффективного питания

Таблица ниже показывает преимущества технологии в сравнении с общепринятыми 2-х квадрантными преобразователями частоты.

Особо можно отметить три критерия:

Рекуперация энергии
- 100% энергии торможения возвращается в сеть, что допускает длительное торможение. Такой режим не реализуем на практике с тормозным сопротивлением.
- Не требуется подбор тормозного резистора
- Не требуется установка контроля рассеиваемого тепла
Отсутствие генерации реактивной мощности
- Потребление энергии без пиков, поэтому требуется минимальная мощность трансформатора и снижается реактивная составляющая тока
- Для достижения низкого уровня гармоник со стандартным звеном постоянного тока, требуется сетевой фильтр с u_K = 6 %.
- Как результат потребление энергии ниже на 22 %, что соответствует снижению потерь в системе питания примерно на 40%
- Снижается нагруженность системы питания
Компенсация реактивной мощности, улучшенный cos ϕ
- Незначительная ёмкость на входе ≅ 0.94
- Компенсация реактивной мощности двигателя и других индуктивных нагрузок
- Требуемый ток системы в целом уменьшается. В системе, состоящей из преобразователя с двигателем и другого двигателя в сети, общий ток уменьшается приблизительно на 12%.

Условия питающей сети

Преобразователи частоты с Эффективным питанием имеют гораздо меньшее содержание гармоник (и, следовательно, меньшую реактивную составляющую) чем стандартные преобразователи частоты. Гармоники до 11-ой включительно значительно ниже указанных в соответствующих стандартах. Амплитуды этих основных гармоник снижены более чем вдвое по сравнению с описанными в соответствующем стандарте (EN 61000-3-12).

Требования к системе питания более не такие строгие, как для стандартных преобразователей частоты. Эксперименты показали, что данная технология может применяться повсеместно. Исключение: в изолированных сетях с отдельным генератором (без подключения к сети), для уменьшения резонанса должен использоваться внешний конденсатор. Ёмкости должны расчитываться персонально для каждого случая. Допустимое отношение между мощностью короткого замыкания сети

S_{K_network} и полной мощностью преобразователя частоты S_inverter:

S_{K_network} ≥ 100 × S_inverter в соответствии с u_K ≤ 1 %

Пример применения на устройстве подъёма кране-штабелёре

Приведённый пример показывает общую экономию для устройства подъёма крана-штабелёра. Сравнивается обычный компактный преобразователь частоты без возможности рекуперации энергии в сеть и преобразователи частоты с Эффективным питанием (т.е. SINAMICS G120 с PM250 с рекуперацией). Затраты на установку и экономический эффект рассматриваются раздельно. Результат - дополнительная экономия времени и цене за счёт системы Эффективного питания.

	Цена	Занимаемое пространство(только оборудование)
	Euro	cm³
Стандартная технология
Стандартный преобразователь частоты без PROFIBUS или модуля энкодера, без блока рекуперации, 22 кВт с высокой перегрузочной способностью.	2830	35035
Тормозное сопротивление (2 последовательно, 2 параллельно)	1480	80100
Сетевой дроссель	240	12155
Стоимость электроэнергии ¹⁾	8850	-
Общая стоимость	13400	127290
Технология Эффективного питания
SINAMICS G120 с PM250 и CU240E с рекуперацией энергии в сеть, 22 kW высокая перегрузочная способность	3780	29610
Стоимость электороэнергии ¹⁾	4220	-
Общая стоимость	8000	29610
	40 % экономия затрат	77 % экономия пространства

¹⁾ Для срока службы 12500 час, FEM 9.512 для кранов-штабелёров.

Данный пример основывается на следующих данных:

Привод подъёма (техническая спецификация)

m_total = 1900 kg

m_load = 1000 kg

m_own = 900 kg

v_hoist = 60 m/min = 1 m/s

a_{starting/braking} = ±0.5 m/s² (t_{starting/braking} = 2 s)

η_total = 0.85

Общая высота = 24 m

Высота подъёма = 18 m

Двигатель (техническая спецификация)

P_rated = 11.0 kW

n_50 Hz = 1460 rev/min

n_max = 2980 rev/min (102 Hz)

M_rated = 71.9 Nm

η = 0.89

I_rated = 37.2 A (at 230 V)

87 Hz - характеристика

Редуктор (техническая спецификация):

Цилиндрический-конический редуктор с передаточным отношением i = 40.5

η = 0.96

Область применения

Всегда, когда работа работа включает движение с частыми изменениями скорости или направления вращения, или когда большие массы должны быть электрически остановленны, преобразователи частоты с возможностью рекуперативного торможения являются привлекательным решением, как для производителя машины, так и для её пользователя.

Ниже перечисленны основные применения:

Применения с вертикальным перемещением
Приводы с транспортными тележками
Машины с высокими моментами инерции
Центрифуги
Возобновляемые источники энергии (энергия воды, энергия ветра)
Применения с большой энергией торможения и длительным периодом торможения

Особенности

Длительное торможение со 100 % тормозной мощностью
Экономия энергии за счёт рекуперации энергии в сеть в генераторном режиме
Отсутствие тормозного сопротивления, сетевова дросселя и тормозного ключа
Нет затрат на тормозное сопротивление и нет необходимости в трудоёмкой прокладке кабелей
Значительно меньшие размеры по-сравнению с обычным преобразователем частоты
До 22 % меньше потребление энергии
Нет дополнительного выделения тепла в процессе торможения
Экономически более эффективное решение
Сохранение пространства в шкафу. Меньшие габаритные размеры.

Дальнейшая информация

SINAMICS Эффективное питание

Эффективная концепция питания - одна из четырёх различных цепей питания SINAMICS доступная на рынке. Обзор различных концепций приведён ниже:

Концепция	Характерные особенности
Базовое питание	Нет возможности рекуперации Для торможения требуется тормозное сопротивление Высокое содержание гармоник (дроссель доступен опционально) …
Умное питание	Возможна рекуперация энергии в сеть Требуется сетевой фильтр КПД примерно от 96 % до 97 % …
Эффективное питание	Возможна рекуперация энергии в сеть Сетевой дроссель не доступен/не требуется КПД примерно 98 % Высокое КПД и большая активная составляющая тока Низкое содержание гармоник …
Активное питание	Возможна рекуперация энергии в сеть Синусоидальная форма тока в двигателе Высокое напряжение звена постоянного тока, компенсация колебаний сети …