Енергоефективні електродвигуни, перетворювачі частоти та пускачі двигунів – оптимальне поєднання для максимальної енергоефективності

Розширення дії Регламенту відбувається у два етапи. З 1 липня 2021 р. енергоефективність трифазних електродвигунів з номінальною вихідною потужністю від 0,75 кВт до 1000 кВт, що не є гальмівними двигунами, двигунами з підвищеним рівнем безпеки або іншими видами вибухобезпечних двигунів, має відповідати класу ефективності IE3 або вище. З тієї ж дати засоби регулювання швидкості, призначені для застосування з електродвигунами з номінальною потужністю від 0,12 кВт до 1000 кВт, мають належати до IE2. І вже з 1-го липня 2023 р. енергоефективність електродвигунів тієї ж групи з номінальною вихідною потужністю від 75 кВт до 200 кВт повинна буде відповідати класу IE4 або вище.

Але лише застосування енергоефективних двигунів не гарантує, що споживання енергії стане меншим. Насправді для виходу на бажаний рівень енергоефективності потрібно розглядати систему як єдине ціле й обирати оптимальне поєднання компонентів.

У багатьох випадках пускачі двигунів залишаються найефективнішими рішеннями з точки зору енергоспоживання.
У більшості систем електродвигуни працюють з постійною швидкістю. Регулюючи власне енергоспоживання, двигун працює з максимальною ефективністю в дуже широкому діапазоні навантажень. У системах, де швидкість є фіксованою, а навантаження можуть бути різними, максимальна економія енергії досягається завдяки пускачам двигунів. У цьому контексті до них також належать контактори, пристрої плавного пуску та автоматичні вимикачі.

Проте слід зауважити, що застосування пускача для безпосереднього запуску трифазного двигуна спричиняє велике навантаження на електромережу. Подання повної напруги призводить до виникнення високого пускового струму та струму перевантаження з руйнівними падіннями напруги в електромережі та потужними імпульсними моментами в механічних компонентах. Зокрема це стосується систем з електродвигунами класу IE3 або IE4, оскільки пусковий струм у такого обладнання вищий, ніж у стандартних асинхронних двигунів. Через це дуже важливо застосовувати високоякісні елементи комутації й захисту, а також слідкувати за тим, щоб характеристики пуску відповідали характеристикам двигуна. Пускачі двигунів, своєю чергою, також мають бути здатні витримувати вищий пусковий струм для уникнення випадкового розмикання та передчасного зносу. Пускачі двигунів Eaton відповідають останнім вимогам серії стандартів IEC/EN 60947-x і проходять до 15 випробувань струмом пускової потужності. Пускачі двигунів Eaton є також безпечним засобом керування електродвигунами класу IE4, пусковий струм яких потрапляє у відповідний діапазон.

Пускачі змінної швидкості й перетворювачі частоти.
Проте якщо потрібна змінна швидкість (наприклад, для регулювання потоків рідини чи газів відповідно до вимог технологічного процесу), ефективнішим варіантом зазвичай є перетворювачі частоти. Вони дозволяють досягти найбільшої економії енергії в машинах і системах, де залежність між швидкістю й моментом є не лінійною, а квадратичною, як у відцентрових насосах або вентиляторах. Ключовим фактором енергозаощадження є наявність кубічної залежності між швидкістю й потужністю (наприклад, коли насос, що працює зі швидкістю 50 % від максимальної, споживає лише 1/8 потужності, яка потрібна за максимальної швидкості). При цьому навіть незначне зменшення швидкості призводить до суттєвої економії енергії.

За таких обставин для економії слід використовувати лише перетворювачі частоти, призначені для експлуатації з двигунами класів IE3 та IE4. Для виходу на рівень енергоефективності IE4, окрім традиційних трифазних асинхронних двигунів часто використовуються двигуни з постійними магнітами та синхронно-реактивні електродвигуни. Для керування електродвигунами таких типів перетворювач частоти має підтримувати відповідні алгоритми керування.
Але навіть для трифазних асинхронних двигунів співвідношення активного та індуктивного опору з підвищенням класу енергоефективності змінюється, що, своєю чергою, веде до зміни векторів струму. Застосування перетворювачів частоти, не оптимізованих для двигунів класу IE4, може мати певні негативні ефекти. У найгіршому випадку двигун взагалі не запуститься, а навіть у разі запуску може працювати неправильним чином: з шумом, відсутністю плавності та відсутністю належного моменту. У деяких випадках навіть можуть спрацьовувати захисні механізми, що допомагають уникнути пошкодження двигуна чи приводу. Наприклад, у випадку з трифазним асинхронним двигуном система захисту може виявити коротке замикання й зупинити весь агрегат, хоча насправді жодної проблеми немає.

Отже, лише шляхом адаптації відношень опорів та правильної реакції системи керування можна забезпечити надійну роботу в усьому діапазоні швидкості, навіть за умов змінного навантаження. Усі перетворювачі частоти лінійки Eaton PowerXL (https://www.eaton.com/ua/uk-ua/products/controls-drives-automation-sensors/variable-frequency-drives---emea.html) призначені для використання з електродвигунами класу IE4 та здатні керувати звичайними трифазними асинхронними двигунами, двигунами з постійними магнітами, безщітковими двигунами постійного струму та синхронно-реактивними двигунами будь-якого виробника. Крім того, пускачі змінної швидкості й перетворювачі частоти Eaton відповідають класу IE2, що є найвищим класом енергоефективності для повних модулів приводу відповідно до стандарту EN 50598-2/EN 61800-9-2. Таким чином, вони можуть суттєво покращити загальну ефективність усієї системи.

Приводи з кількома двигунами: поєднання частотно-регульованих і звичайних приводів.
Не завжди варто вибирати привід лише одного певного типу. У системах з кількома двигунами часто буває доцільно поєднати обидва типи – перетворювачі частоти й звичайні пускачі. Приводи з кількома двигунами часто допомагають досягти економії в системах із насосами й вентиляторами. Головна мета – зменшити втрати в системі під час роботи з неповним навантаженням. На початку вмикається лише один двигун. Якщо він не здатен забезпечити належний тиск або подавання потрібної кількості матеріалу, до нього приєднується другий двигун, що дає можливість збільшувати тиск поетапно, додаючи двигуни за потреби (або вимикаючи їх, коли вимоги до тиску зменшуються). Якщо насос у такій системі працює з регульованою швидкістю, стає можливим точно відрегулювати потрібний тиск (зокрема за умов часткового навантаження). Якщо вимоги підвищуються, можна активувати додаткові насоси за допомогою пускачів, які працюють лише з фіксованою швидкістю. Це дозволяє реалізувати високоенергетичну й водночас економічну систему. Дізнайся більше про продукти для пуску електродвигунів за новими стандартами за посиланням (https://www.eaton.com/ua/uk-ua/products/controls-drives-automation-sensors.html).

Глибокий аналіз сценаріїв застосування.
Для виходу на максимальний рівень енергоефективності необхідно проаналізувати всю приводну систему. Лише належне поєднання енергоефективних двигунів і правильно підібраних пускачів чи перетворювачів частоти дозволить створити рішення, що стане енергоефективним і водночас економічним. Стаття на сайті Eaton за посиланням (https://www.eaton.com/ua/uk-ua/company/news-insights/news-releases/2021/MOEM-ERP-Regulation.html).