Hodnota regulovaných pohonů VSD s měniči frekvence v rámci zvyšování účinnosti

Hodnota regulovaných pohonů VSD s měniči frekvence v rámci zvyšování účinnosti

Zkušenosti z průmyslové výroby vstřikovacích forem ukazují, jak užitečné mohou být regulované pohony VSD pro snižování nákladů a plnění stále přísnějších předpisů týkajících se ochrany životního prostředí.

V dnešní výrobní sféře se podniky potýkají s obrovským tlakem na zvýšení provozní účinnosti při současném snižování vlastní uhlíkové stopy. Cítí nátlak jak ze strany stále přísnějších vládních předpisů o hospodárném nakládání s energiemi, tak i od zákazníků, kteří chtějí snižovat provozní náklady. Proto také výrobní závody napříč všemi průmyslovými odvětvími hledají stále účinnější řešení pro řízení spotřeby energií.

Nově vydávané prováděcí předpisy a směrnice podstatným způsobem ovlivňují výrobní podniky a dotýkají se už i samotných elektromotorů s tím, že technologie regulovaných pohonů VSD (variable speed drive) s měniči frekvence byla v průběhu minulých let aplikována proto, aby přispěla k vyšší účinnosti provozování napájecích systémů (např. vstřikovacích lisů).

Průmyslová výroba vstřikovacích forem sloužila jako výchozí bod pro uplatnění VSD řešení v kombinaci s tradičními hydraulickými čerpadly se stálým a proměnlivým výtlakem, která umožňují zákazníkům udržovat lepší kontrolu nad procesem po celou dobu pracovního cyklu. 

Integrace hydrauliky a elektrotechniky

Technologie elektrických servopohonů již nějakou dobu proniká do oblasti automatizace výrobních provozů z důvodu vnímané energetické účinnosti, rychlejší odezvy, lepší přesnosti a opakovatelnosti. Nicméně náklady na pořízení elektrických vstřikovacích formovacích strojů byly podstatně vyšší ve srovnání s hydraulickými vstřikovacími lisy; vstupní pořizovací cena elektrického stroje je minimálně o 40 % vyšší než u podobných hydraulických vstřikovacích lisů.

Kombinací dostupnosti a užitečnosti hydraulických vstřikovacích lisů a úspor energie elektrických strojů je hydraulika schopna zvýšit hodnotovou propozici elektronických technologií. Přidání regulovaných pohonů VSD s měniči frekvence poskytuje větší výhody, budeme-li je srovnávat s pouhým zvyšováním účinnosti elektromotoru, a otevírá možnosti na straně hydraulického systému prostřednictvím levnějších čerpadel s konstantními otáčkami, jejichž provozování je pak účinnější.

Regulované pohony VSD s měniči frekvence vyhlazují přívodní elektrickou energii, což by mělo přispět k dalšímu zvýšení účinnosti motoru. Systémy pohonů VSD s měniči frekvence regulují průtok změnou otáček hřídele, takže škrticí ventil není nutno použít u většiny aplikací. Snížení ztrát způsobených škrcením je hlavním důvodem pro dosažení vyšší účinnosti těchto systémů. Malou část energetických úspor získáme rovněž zvýšením účinnosti elektromotoru.

Celkově lze dosáhnout výrazných úspor energie, a to až o 70 % (v závislosti na provozním cyklu zařízení), při aplikaci čerpadel s regulovanými pohony VSD s měniči frekvence ve srovnání s běžnými čerpadly. VSD čerpadla rovněž přispívají k výraznému snížení hluku, protože v průběhu pracovního cyklu dochází ke změně otáček motoru a čerpadla, takže hluk je nižší než u aplikací, kde jsou udržovány konstantní otáčky.

V praxi léty osvědčené lopatkové čerpadlo se stálým výtlakem s nainstalovaným pohonem VSD s měničem frekvence je podstatně účinnější, což umožňuje výrobci koupit levnější čerpadla, přitom nedochází ke snížení výsledků.

Technologie pohonů VSD s měniči frekvence využívá v některých aplikacích servo-charakteristiku elektrických motorů pro ovládání hydraulického okamžitého hodnotu průtoku v rámci celého rozsahu otáček hřídele motorového čerpadla. Výsledkem je čerpací jednotka, která dodává výkon dle aktuálního požadavku a nevykazuje žádné ztráty vzniklé škrcením, které obvykle tvoří znatelné výkonové újmy. Dynamika servomotoru rovněž umožňuje ovládání hydraulického pohybu v uzavřené smyčce, čímž dochází ke zjednodušení koncepce celého systému. 

Hnací síla efektivity ve výrobní sféře

Průmyslová výroba všeobecně čelí změnám a společnosti se musejí přizpůsobovat novým vládním nařízením.

Díky novým energetickým standardům iniciovaným v Evropě, které byly v posledních několika letech implementovány po celém světě, není jen cenově výhodnější zvýšit účinnost motoru, nýbrž jedná se o povinnost stanovenou zákonem. Vládní předpisy vyžadují vyšší účinnost elektromotorů a v některých případech pouze účinnější elektromotor prostě nestačí. Nový motor musí být o 2 % účinnější než předchozí modely. I když to zní jako malicherný požadavek, zvažte následující: Pokud by každý elektrický motor byl o 2 % účinnější, může to vyloučit dlouhodobou potřebu výstavby většího počtu nových energetických zařízení.

V průběhu výrobního procesu dochází ke ztrátám energií v důsledku neúčinného zařízení či mechanických a tepelných úniků. Optimalizace účinnosti těchto systémů může vést k dosažení významných energetických úspor a nákladů. 

Tlak tržního prostředí na zvyšování účinnosti

Výrobci se snaží dodatečně vybavit stávající stroje, aby tak zvýšili jejich účinnost, vyhověli předpisům a snížili výrobní náklady, přičemž majitelé a provozovatelé si mohou vybrat ze dvou možností:

  • retrofit systémů pomocí účinnějších elektromotorů nebo instalace nových strojů s vylepšenými motory;
  • retrofit systémů s využitím regulovaných pohonů VSD s měniči frekvence, což povede k účinnějšímu provozování stávajícího motoru. 

Kombinace těchto dvou možností přidáním regulovaného pohonu VSD s měničem frekvence k vylepšenému elektromotoru nabízí větší výhody a otevírá skutečně nebývalé možnosti hydraulického systému. Nyní lze provádět činnosti, které by nikdy nebylo možno uskutečnit s čerpadlem, jež je provozováno s konstantními otáčkami.

Regulované pohony VSD s měniči frekvence v kombinaci s hydraulickými čerpadly prezentují řízené řešení, které vychází z toho nejlepšího, co elektrická a hydraulická regulační technika může nabídnout. VSD čerpadlové systémy zajišťují výkon dle aktuální potřeby, což přináší podstatnou úsporu energií a zároveň poskytuje potřebnou kapacitu pro nejnáročnější procesy. Vylepšení systému prostřednictvím pohonu VSD zatraktivnila levnější hydraulická čerpadla v rámci průmyslové výroby vstřikování plastů. Hydraulika již dlouho poskytuje vynikající rychlosti, ale nyní je rovněž schopna poskytnout významné úspory energií.

Aplikace regulovaných pohonů VSD umožňuje čerpacím systémům dosahovat vyšších otáček než typických 1 500 nebo 1 800 otáček za minutu. Výsledkem je efektivnější provoz, potenciální snížení výtlaku čerpadla a zmenšení celkové půdorysné plochy systému. Zvyšování účinnosti je důležité zejména s ohledem na evropské předpisy týkající se účinnosti motorů, které vešly v platnost v roce 2015.

Podle nařízení Evropské komise č. 640/2009, které zavádí směrnici 2005/32/ES týkající se požadavků na ekodesign elektromotorů, musejí elektromotory o výkonu 0,75 až 375 kW splňovat minimální požadovanou účinnost IE3 nebo alespoň minimální požadovanou účinnost IE2 v případě vybavení regulovaným pohonem VSD. Ve skutečnosti pro ty, kteří potřebují elektromotor s konstantními otáčkami, se může elektromotor s regulovaným pohonem VSD s minimální požadovanou účinností IE2 osvědčit jako vynikající alternativa efektivnějšího, avšak nákladnějšího elektromotoru s účinností IE3. 

Uplatnění úspěšné aplikace

Průmyslová výroba vstřikovacích forem slaví s modelem regulovaných pohonů VSD velké úspěchy, ale i další výrobní procesy, v nichž se objevují časové prodlevy, by rovněž mohly těžit z aplikace modelu VSD. Jako příklad lze uvést výrobu strojního nářadí, lisovacího zařízení či výrobu odlitků. Tento model regulovaných pohonů VSD s měniči frekvence má potenciál přispět svým dílem v rámci trhu se stroji a zařízeními v hodnotě kolem 1 miliardy dolarů, který by mohl využívat této technologie.

V současné době probíhá aktivní vyhledávání součinnosti mezi hydraulikou a elektrotechnikou v celé řadě průmyslových odvětví a jsou přijímány měnící se technologie, které přispívají ke zvyšování účinnosti výrobního procesu. Pokud se budeme zaměřovat na kompletní konstrukci strojů, nikoli pouze na jednotlivé komponenty, budou naše zařízení těžit z nových řešení. Výrobci často aktivně vyhledávají modernizační řešení, která přispívají k účinnějšímu provozování starších zařízení, a regulované pohony VSD s měniči frekvence představují jeden ze způsobů, jak toho dosáhnout.  

Lyle Meyer je produktový manažer průmyslových pohonů ve společnosti Eaton.

Řízení a údržba průmyslového podniku

Časopis Řízení a údržba průmyslového podniku již přes 10 let patří mezi neodmyslitelný zdroj informací v oblasti průmyslové údržby a diagnostiky. Část obsahu je z pera licenčních autorů Plant Engineering z USA.

www.udrzbapodniku.cz