Эффективная технология питания Siemens

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

Обзор

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.

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

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: