Технология INVERTER – компрессор с саморегуляцией

Яна ХАНОВА

В наcтoящее время на нашем рынке предcтавленo дoвoльнo мнoгo различных реализаций технoлoгии чаcтoтнoгo привoда электрoдвигателя для вoздушных кoмпреccoрoв. Технoлoгия INVERTER выгодно отличаетcя от других решений. Тем, прежде вcего, что компреccор изначально cоздаетcя как агрегат c переменной чаcтотой вращения привода.

Поcтавленная задача требует как cерьезных изменений в механичеcкой конcтрукции компреccора для избегания резонанcных колебаний и недопущения возрастания уровня шума, так и усовершенствования пары «двигатель–инвертер». Только такой подход и позволяет получить все возможные преимущества частотного привода, не снижая других потребительских и технических качеств компрессора.

Далее мы рассмотрим детали практического применения технологии INVERTER. Но сначала ответим на вопрос – зачем все это требуется?

Энергосбережение

Потребители сжатого воздуха считают промышленные компрессоры четвертым видом коммунальных систем. Применение этих агрегатов входит в себестоимость ведения бизнеса, как и затраты на воду, электроэнергию и топливо для производственных установок. Тому есть экономическое обоснование – используемая воздушными компрессорами электроэнергия составляет в среднем примерно 10% от всего ее промышленного потребления.

Свыше 80% существующих установок подготовки сжатого воздуха эксплуатируются в условиях, когда их загрузка составляет от 40 до 80% установленной мощности. При этом традиционные системы регулировки производительности компрессоров не дают линейной зависимости между количествами производимого сжатого воздуха и потребленной для его производства электроэнергии. Другими словами, при неполной загрузке традиционного компрессора его энергоэффективность заметно падает.

Для компрессоров, оснащенных INVERTER, такой проблемы не существует. Агрегат будет самостоятельно отслеживать давление в системе и сопоставлять его с запрограммированным, т.е. заранее настроенным значением, после чего соответствующим образом увеличит или уменьшит скорость вращения двигателя. В этом случае компрессор будет производить ровно столько сжатого воздуха, сколько необходимо потребителям, при этом потребление электроэнергии практически прямо пропорционально количеству произведенного сжатого воздуха. По сравнению с оснащенными другими типами регулировки производительности, например наиболее популярной системой «нагрузка/холостой ход», компрессоры с INVERTER доказали свою способность экономить как минимум 35% затрат на электроэнергию.

Побочным достоинством используемого в компрессорах с INVERTER электропривода является дальнейшее энергосбережение за счет высокого cos j, который является мерой эффективности использования электрической энергии. Чем он больше – тем эффективнее используется электроэнергия.

Cos j типового компрессора с постоянной скоростью варьируется в диапазоне 85-90%. Причем эти значения соответствуют его работе с полной нагрузкой, У недогруженного компрессора этот показатель становится значительно хуже. Если компрессор работает с полной нагрузкой менее 50% времени, это означает соответствующее количество истраченной впустую энергии.

Компрессоры с INVERTER не только имеют более высокий коэффициент мощности (95%), но и характеризуются постоянством этого коэффициента во всем диапазоне скоростей. Эта особенность позволяет пользователю дополнительно сэкономить несколько процентов при оплате счетов за электроэнергию.

Устойчивость процесса

Поскольку INVERTER позволяет отслеживать давление в системе лучше, чем традиционные системы управления компрессорами, он обеспечивает значительно большую стабильность технологического процесса. Колебания давления в сети сжатого воздуха между заданными значениями при работе в режиме нагрузки и разгрузки неизбежны. С традиционными системами регулировки они находятся в диапазоне 0,5-2 бар.

INVERTER позволяет ограничить колебания давления величиной 0,1 бар, т.е. уменьшает их на 0,4 бар и более. А каждый 1 бар снижения рабочего давления дает сэкономить 7% энергии. В данном примере снижение рабочего давления на 0,4 бар обеспечит снижение затрат на электроэнергию в размере 3%. Это не только снизит давление в системе, но также и предотвратит переизбыток или недостаток давления за счет мгновенной и эффективной реакции на изменение потребности в сжатом воздухе.

Еще один важный фактор экономии энергии при снижении давления в системе обусловлен уменьшением потерь, связанных с утечками. Снижение рабочего давления на 1 бар в среднем уменьшает обусловленные утечками потери сжатого воздуха в среднем на 13%.

По большому счету уменьшаются не только утечки, но и полезный расход сжатого воздуха. Несмотря на то, что свободное истекание газа и объемный расход подчиняются разным законам, в первом приближении можно сказать, что независимо от типа полезной нагрузки расход сжатого воздуха, так же как и утечки, снизится с понижением рабочего давления. Каждый 1 л сэкономленного сжатого воздуха означает 1 л воздуха, который не требовалось производить.

Пусковые характеристики

Традиционные пускатели электродвигателей при запуске компрессора потребляют ток, восьмикратно превышающий ток при работе с полной нагрузкой. Такие скачки не только пагубно отражаются на компрессоре, но также крайне опасны для энергосистемы предприятия.

Внезапное потребление больших токов снижает доступные в системе токи до уровня, при котором их может оказаться недостаточно для запуска других систем оборудования, расположенных ниже по линии электропередачи. Это может исключить возможность запуска на предприятии других технологических процессов и даже привести к их прерыванию и аварийному останову. Для обеспечения безопасности таких пусков необходим дополнительный резерв со стороны электросетей, который, естественно, стоит дополнительных денег.

Внезапные скачки в сети также негативно влияют на энергосистему компрессора, зубчатые передачи, соединительные муфты и ремни. Если запуски и выключения происходят часто, что типично для систем с изменяющимся потреблением, то срок службы этих компонентов будет сокращаться. INVERTER решает эту проблему плавным разгоном электродвигателя из неподвижного состояния до полной скорости, совершенно не вызывая при этом опасных скачков тока. Это означает, что компрессор будет создавать меньшие перегрузки в связанных с его энергосистемой компонентах и во всей энергосистеме предприятия.

Экономичность модулей

Причем как каждого в отдельности, так и в их совокупности. Именно в этом состоят концепция, прописанная в технологии INVERTER, и ее главное отличие от традиционного и весьма распространенного в последнее время простого подключения частотника к регулированию привода, что уже само по себе принято считать более чем достаточным. С последним убеждением явно не согласны, например, специалисты фирмы Ceccato (Чеккато, Италия), которая сегодня выпускает более двадцати моделей компрессоров с технологией INVERTER.

Инженерно-технический персонал компании Ceccato напряженно работает над проектированием и интеграцией каждого существенного компонента системы сжатия воздуха с целью снижения ее энергоемкости. Это подразумевает использование наиболее энергосберегающих винтовых элементов, приводов, а также обеспечение минимального перепада давления в системе в целом.

Преимущества оборудования Ceccato начинаются с основы компрессора – винтового элемента AirTECH от компании Atlas Copco (Атлас Копко, Швеция). Без преувеличения, этот узел является результатом многолетней доводки на основе накопленного опыта проектирования.

Для постоянного совершенствования концепций проектирования профиля инженеры Atlas Copco используют новейшие достижения расчетной гидродинамики. В то время как многие производители по-прежнему используют профиль ротора, разработанный ими еще 30 лет назад, мировой поставщик винтовых узлов повседневно оттачивает свои конструкционные элементы и инвестирует средства в минимизацию их удельного энергопотребления. В результате применения «экономного винта» любой агрегат произведет максимально возможное количество воздуха при минимальных затратах энергии.

Но кроме того, в компрессорах Ceccato стандартные преобразователи частоты сочетаются с асинхронными электродвигателями, специально рассчитанными на использование в условиях переменной частоты. Одна из наиболее интересных черт, делающих компрессоры INVERTER действительно уникальными, – это совместимость компонентов модулей Ceccato и их интерфейсов с регуляторами ES 3000 и AIRlogic.

Винтовые компрессоры с частотным приводом двигателя серии CSA

Винтовые компрессоры с частотным приводом двигателя серии CSB