Управление электроприводом лифта с помощью преобразователя частоты

Введение

Сегодня энергоэффективность и энергоснабжение входят в пять стратегических направлений приоритетного технологического развития, названных Президентом РФ.

Тема повышения энергоэффективности российской экономики ставятся руководством страны во главу угла вместе с вопросами модернизации и инновационного развития экономики. Данные направления тесно взаимосвязаны: без модернизации и внедрения инновационных технологий невозможно кардинально снижать энергозатраты всех субъектов хозяйственной деятельности. Именно повышение энергетической эффективности определено президентом РФ в качестве одного из приоритетов инновационного развития страны.

Первоочередная задача, которая стоит перед органами власти и бизнесом, заключается в снижении энергозатрат на обслуживание зданий и жилых помещений, производства и оборудования.

Свой вклад в энергосбережение должна сделать и лифтовая промышленность. По оценке экспертов, около 40% энергетических затрат приходится на здания и сооружения. При этом от 3% до 8% затрачиваемой в зданиях энергии используют лифты [1].

С 1 января 2012 года в соответствии с постановлением Правительства №1222 лифты, которые предназначены для перевозки людей, должны иметь в своей технической документации характеристики энергоснабжения.

В настоящее время Технический комитет по стандартизации ТК-209 Некоммерческого партнерства «Российское Лифтовое Объединение» на базе стандартов по энергоэффективности VDI 4707, других международных и отечественных норм разработан национальный стандарт, устанавливающий методы измерения, определения и классификации показателей энергопотребления и энергоэффективности лифтов. Российский стандарт по энергоэффективности в лифтовой сфере утвержден в 2011 году (ГОСТ Р 54764 – 2011).

Лифтовые компании, работая непосредственно с обустройством жилых фондов, бизнес - комплексов, имея свои собственные производственные и сервисные цеха, напрямую участвуют в деле повышения энергоэффективности российской экономики.

Очень важно, что уже сегодня производятся отечественные энергоэффективные лифты.

Компании лифтостроительной отрасли выбирают различные способы для достижения энергосберегающего эффекта. Некоторыми из путей является снижение затрат на эксплуатацию, уменьшение энергопотребления с помощью применения таких новых технологий, как использование менее мощных двигателей, безредукторных лебедок, частотного регулирования приводов. Другие революционные пути позволяют при определенных условиях эксплуатации лифта не только вырабатывать энергию, но и возвращать ее обратно в сеть здания для использования в иных нуждах (освещение подъездов, дворов и т.д.).

Управление электроприводом лифта с помощью преобразователя частоты.

Преобразователем частоты называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частот и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Применительно к схемам ЭП одновременно с частотой в определённом соотношении регулируется и выходное напряжение преобразователя. Выходная частота в современных преобразователях может изменяться в широком диапазоне и может быть как выше, так и ниже частоты питающей сети.

Схема любого преобразователя частоты состоит из силовой и управляющей частей. Силовая часть обычно выполнена на тиристорах или транзисторах, которые работают в режиме электронных ключей. Управляющая часть выполняется на цифровых микропроцессорах и обеспечивает управление силовыми электронными ключами, а также решение большого количества вспомогательных задач (контроль, диагностика, защита).

Рисунок 1. Общий вид преобразователя частоты

1.Силовая часть:

·фильтр радиопомех

·выпрямитель

·шина постоянного тока DC с конденсаторами

·транзисторный инвертор с частой преобразования 16 кГц

2.Схема управления:

·Плата запуска транзисторов JGBT (PDB)

·Широтно-импульсный модулятор (MCB)

·Процессорная система управления и контроля цепи безопасности

Плата запуска транзисторов JGBT обеспечивает питание платы управления движением. В случае неисправности преобразователя частоты (ПЧ) плата запуска транзисторов (PDB) посылает сообщение об ошибки на плату управления.

Для обеспечения полноценной работы электродвигателя, используют тормозные резисторы. Основная цель их использования заключается в возможности обеспечить при необходимости резкую остановку функционирующего движка. Непосредственно в процессе торможения электрического двигателя, его энергия рассеивается на блоке резисторов, который, в свою очередь, подключен к шине постоянного тока на частотном преобразователе. Именно такое рассеивание энергии и называется динамическим торможением. Тормозные резисторы помещаются в отдельном коробе и контролируются датчиком температуры.

Плата управления движением состоит из:

·16-битный микропроцессор 80196

·Оперативная память RAM, 128 кбайт ПЗУ (EPROM), 8 кбит ППЗУ (EEPROM)

·Цифровой 24/30 VDC интерфейс для сигналов позиционирования

·Интерфейс 110 VAC к цепи безопасности

·Интерфейс RS-422 для подключения сервисного прибора

·Аналоговый выход для осциллографа

Плата управлением движения формирует профиль скоростей, соответствующий заданному, устанавливаемый с помощью сервисного прибора[2].

Описание работы преобразователя частоты

Выпрямитель преобразует трёхфазное линейное напряжение в постоянный ток, который сглаживается конденсаторами, RC-цепочками. Далее постоянный ток преобразуется в переменный с регулируемыми частотой и напряжением с помощью широтно-импульсного модулятора (ШИМ) посредствам модуляции ширины импульсов.

Выходная частота (F1) и напряжение (U1) определяется платой управления движением по заданной скорости, измеренной скорости и измеренному току через двигатель. Заданная скорость (профиль скорости) генерируется в зависимости от сигналов управления и шахты. Скорость измеряется инкодером.

Управление функционирует таким образом, что максимальный ток через двигатель не может превышать номинальный ток инвертора (ПЧ).

Если преобразователь частоты выдает максимальный ток (напряжение на стадии ускорения), снижается темп ускорения. При этом двигатель вращается с постоянным проскальзыванием и крутящим моментом. При этом уровень ускорения ниже заданного можно установить с помощью сервисного прибора.

Рисунок. 2. Схема управления

Экономическое обоснование эффекта от преобразователя частоты

Время окупаемости инвертора рассчитывается отношением затрат на покупку к экономии энергии. Экономия обычно равна от 20 до 40% от номинальной мощности мотора.

Затраты снижают факторы, повышающие производительность частотных преобразователей:

1.Уменьшение затрат на обслуживание.

2.Повышение ресурса двигателя.

Экономия рассчитывается:

;

где Э – экономия денег в рублях;

Р_пч – мощность инвертора;

Ч – часов эксплуатации в день;

Д – число дней;

К – коэффициент ожидаемого процента экономии;

Т – тариф энергии в рублях.

Время окупаемости равно отношению затрат на покупку инвертора к экономии денег. Расчеты показывают, что период окупаемости получается от 3 месяцев до 3 лет. Это зависит от мощности электропривода.

Результаты исследований:

В данной работе приведена технология и принцип работы лифта с использованием преобразователя частоты.

Заключение:

Исходя из проведённых исследований, можно сделать вывод, что применение преобразователей частоты обеспечивает движение исполнительных органов рабочих машин с высокими показателями качества, а именно большими диапазонами регулирования координат и точности их поддержания, заданным качеством переходных процессов, а так же высокой экономичностью или оптимально (наилучшим) функционированием технологического оборудования и самого электропривода.