Energiatakarékosság: biztosan optimálisan működik az inverter?

A Központi Statisztikai Hivatal által közzétett információk szerint a Magyarországon 2017 óta rohamosan emelkednek a versenypiaci áramárak. Akkoriban 1 MWh 63,8 euróba került, 2019-ben 86,1 eurót ért el, és 2021-ben, illetve 2022-ben tovább növekedett az ár. Semmi sem utal arra, hogy az árak stabilizálódnának. Éppen ellenkezőleg, a bizonytalan gazdasági helyzet, az ukrajnai háború és a nyersanyagokhoz való korlátozott hozzáférés elősegíti a további növekedést.

A megtakarításokat először ott keresik, ahol a legnagyobb az energiafogyasztás. A nehéziparban ez a kohászati eljárások, hegesztés, fémmegmunkálás lesz. Más iparágakban, így az épület fenntartással, vegyipari folyamatokkal, közműellátással, szennyvíztisztítással kapcsolatos iparágakban a költségek jelentős összetevője a HVAC berendezések, szivattyúk, ventilátorok, szelephajtások, tolózárak stb. villamos fogyasztása.

Az Európai Unió által közzétett adatok azt mutatják, hogy a különböző típusú villanymotorok adják az EU villamosenergia-fogyasztásának mintegy 50%-át. Más statisztikák szerint világszerte a motorok a megtermelt villamos energia körülbelül 30%-át fogyasztják. Ami az ipari alkalmazásokat illeti, a motorok a villamos energia körülbelül 60%-át fogyasztják. Ezekből a számokból egyértelműen kitűnik, hogy minden, az elektromos hajtások energiahatékonyságát javító, széles körben végrehajtott változtatás kihat a világ sorsára és az emberek életszínvonalára. Ugyanilyen fontos a régi motorok korszerű készülékekre cseréje és az energiafogyasztást csökkentő megoldások alkalmazása.

Hogyan spórol energiát az inverter?

Hogyan takaríthatunk meg energiát anélkül, hogy az elektromos motorokat újabbakra cserélnénk? Hogyan lehet a legtöbbet kihozni a legmodernebb motorok képességeiből? Az egyik leghatékonyabb módszer a motor működési feltételeinek optimalizálása. Ez a koncepció nagyon tág, és számos intézkedést tartalmaz az energiaveszteségek csökkentésére: a mechanikai rendszer finomhangolása a súrlódási veszteségek csökkentése érdekében, a sebesség és a nyomaték igazítása a tényleges igényekhez, az energia visszanyerése.

Az ipari automatizálás és a HVAC szempontjából nagyon hatékony módszer az áramfogyasztás csökkentésére a frekvenciaváltók, más néven inverterek alkalmazása. Működésük általában abból áll, hogy a motort tápláló áram hullámformáját úgy alakítják, hogy az adott pillanatban optimális működési paramétereket kapjanak. Ez a folyamat több lépésben történik: a rögzített 50 Hz-es hálózati frekvencia tápáramát egyenirányítják és szűrik, majd váltakozó árammá alakítják át, amelynek frekvenciája széles tartományban állítható.

Mitsubishi Electric frekvenciaváltók

Ennek köszönhetően elérhető a kívánt motorfordulatszám, és egyidejűleg javítható a villamosenergia-felhasználás hatékonysága. Ez a fajta tápellátás akkor a legelőnyösebb, ha a motor ritkán éri el a maximális fordulatszámot. Jó példák erre a ventilátorok, fúvók, szivattyúk, szelep- és kapuhajtások hidraulikus és pneumatikus rendszerekben, gázszállítás stb.

Vannak olyan alkalmazások is, ahol az inverterek növelhetik az energiafogyasztást: olyan berendezések, ahol a motorok éppen a hálózat névleges frekvenciáján működnek legtöbbször. Az inverterek hatásfoka 100% alatti, tehát ebben az esetben egy inverter nélküli motor kevesebb energiát fogyaszt, mint inverterrel. Ez az eset kiküszöbölhető a Mitsubishi Electric inverterek bypass funkciójával. Ha nincs szükség a frekvencia beállítására, a motort közvetlenül a hálózatról táplálják, megkerülve az egyenirányítót és az invertert.

Hogyan válasszunk motort?

Hagyományosan a motort úgy választják ki, hogy a névleges fordulatszám, maximális teljesítmény és nyomaték értéke megfeleljen a tervezési feltételezéseknek. A valóságban csak kis számú készülékben működnek a motorok állandó terheléssel. A legtöbb esetben a teljesítményigény a meghajtott berendezés működési fázisától és terhelésétől függően változik. Például a hajtott részek mozgási ellenállásának és tehetetlenségének leküzdése a ventilátor indítási fázisában jobban megterheli a motort, mint a stabil működés a beállított fordulatszám elérése után.

Egy üzemben akár több száz kisebb-nagyobb villanymotort találhatunk

A frekvenciaváltók szinte minden helyzetben lehetővé teszik a motor működésének optimalizálását, de gondos paraméterezést igényelnek a telepítés és a kezdeti indítási szakaszban. Kiviteltől függően a frekvenciaváltó képes például a motor működési paramétereinek felismerésére a mért áram- és frekvenciaértékek alapján; más esetekben szükség lehet visszajelzésre például a motor fordulatszámára vonatkozó információk formájában.

A frekvenciaváltók olyan vezérlő egységgel vannak felszerelve, amely több motorvezérlő algoritmust képes megvalósítani. Szinte mindegyik rendelkezik energiatakarékos üzemmóddal, amely akkor a leghatékonyabb, ha a frekvenciaváltót gondosan "hangolják" a hajtott motorhoz, tényleges terhelési feltételek mellett. Ez a folyamat leegyszerűsíthető a motor áramköri állandóit mérő inverterekkel, mint a Mitsubishi Electric invertereknél.

A HVAC berendezések, elsősorban a ventilátorok, viszonylag nagy tehetetlenséggel és kifutási idővel rendelkeznek. Nem ritka, hogy be kell kapcsolni a motort, miközben a ventilátor még jár. Ebben az esetben hasznos a "repülő rajt/indítás" funkció, amely lehetővé teszi a motor újraindítását a teljes leállás előtt. Visszanyeri a mozgó alkatrészekben tárolt kinetikus energiát, és elkerüli a megnövekedett villamosenergia-fogyasztást az indítási szakaszban.

Lehet még további lépéseket tenni? Kiderült, hogy igen: optimalizálhatja a gerjesztés szabályozását.

A Mitsubishi Electric egyedi megoldásai

A Mitsubishi Electric egyedülálló megoldást alkalmaz invertereiben, amely lehetővé teszi az energiafogyasztás egyértelmű csökkentését. A hatás akkor is szembetűnő, ha összehasonlítjuk az energiatakarékos üzemmódban működő inverterekkel.

Az Advanced Optimum Excitation Control Algorithm (AOEC) avagy Fejlett Gerjesztés-vezérlő Algoritmus valós időben vezérli a motor működését és terhelését. Ennek eredményeként nagy nyomatékot tesz elérhetővé nagy terhelésnél (például indításkor). Lehetővé teszi a motor optimális használatát alulterhelt állapotban és alacsony fordulatszám tartományban. Ezek a helyzetek gyakran előfordulnak szellőztető rendszerekben, légkondicionálókban stb.

A hagyományos inverterek nem olyan rugalmasak, és nem tudnak pontosan alkalmazkodni a motor gyorsan változó működési feltételeihez. Az AOEC használata ott kifizetődő, ahol az eszköz munkaciklusa során jelentősen eltérő energiaigényű időszakok vannak. Ha - mint a legtöbb esetben - a hajtott eszköz optimális teljesítménye a motor működési határainak elérése nélkül is kiszolgálható, akkor a megtakarítás jelentős.

MELSERVO vezérlők: a szervomotorok vezérlésében is jelentős megtakarításokat lehet elérni

Elméletileg egy 50%-os hatásfokkal működő ventilátort hajtó motor a névleges teljesítmény 1/8-át fogyasztja. A valóságban a teljesítmény valamivel nagyobb, de ez a motor, az átalakító és a meghajtott eszköz mechanikai felépítésének tökéletlenségei miatt van. Ennek ellenére a Mitsubishi Electric inverterek beszerzése, telepítése és üzembe helyezése során felmerülő költségek nagyon hamar megtérülnek.

Ügyfeleink tapasztalata szerint az AOEC-t használó inverterek használata az épület szellőztető rendszerében a motorok meghajtására 30-40%-os villamosenergia-megtakarítást eredményezhet a normál skalár üzemmódhoz képest. Az energiatakarékos üzemmódhoz képest is jobban teljesít az AOEC, 20-30%-kal kevesebb energiát vesz fel a hálózatból. Az eredmény nem csak alacsonyabb üzemeltetési költség, hanem a berendezések hosszabb élettartama is.

A villamosenergia-megtakarítás minden iparágban szükséges. Az emelkedő ár fontos, de nem az egyetlen oka annak, hogy sürgősen megkeressük az energiafogyasztás csökkentésének módjait. Ezt a szabályozás változásai és a vásárlói elvárások is késztetik, akik hajlamosak a környezetet nem terhelő – különösen a széndioxid lábnyomot legalább csökkentő – termékeket, szolgáltatásokat választani, sőt, már a zéró emissziós megoldások a legkívánatosabbak.

Elérhetőségek