Kompresory s frekvenčním měničem – trend nové doby

Asynchronní motor je jistě ten nejjednodušší, výkonný a přitom levný elektrický motor. To je také důvodem pro jeho široké využití, zejména v průmyslu. Je proto důležité využívat jeho hlavních výhod i v případech, kdy je zapotřebí měnit rychlost otáček. Způsob, jak toho dosáhnout, je zcela evidentní - přizpůsobit motor variabilní frekvenci s využitím měniče (invertoru). Využitím funkcí měniče je možné:

a) uvést do chodu motor s určitým předem daným zrychlením;

b) předdefinovat motoru jeho rychlost;

c) průběžně měnit rychlost motoru;

d) brzdit motor předem daným zpomalením.

Tradiční stroje bohužel nejsou schopny snadno se přizpůsobovat požadavkům moderní průmyslové výroby, zejména tehdy, kdy je zapotřebí reagovat na změny ve výkonu, spotřebě vzduchu apod., které souvisejí se změnami objemu výroby a sortimentu výrobků. Významný je přitom i dopad na životní prostředí a snaha o úsporu energie. Naopak v případě využití kompresoru s proměnnými otáčkami (proměnnou výkonností) můžeme získat celou řadu výhod, které jsou důvodem, proč investovat právě do tohoto moderního stroje.

Tlak

Kompresor s měničem je schopen regulovat množství spotřebované vstupní energie tím, že mění neustále rychlost motoru v závislosti na požadovaném množství vyrobeného vzduchu. Tímto způsobem je možné jak snížit maximální tlak při značné úspoře energie, tak následně udržet prakticky neměnný tlak při současném kvalitativním zlepšení dodávek stlačeného vzduchu uživateli.

Tím, že tento typ kompresoru je schopen dodávat konstantní tlak s přesností ±0,1 bar, není nutné stlačování na vyšší tlak jako u standardních kompresorů. Tento systém navíc umožňuje instalovat výrazně menší tlakovou nádobu, protože kompresor sám udržuje požadovaný tlak. Tak mohou být výrazně sníženy investiční náklady.

Shrnutí vlastností šroubového kompresoru s konvenčním pohonem: 

• kolísavost tlaku je vysoká, daná střídáním fází tlakování - volnoběh;
• je nezbytná tlaková nádoba jako rezerva vzduchu.

Šroubový kompresor s frekvenčním měničem:

• kolísavost je nízká, tlak je udržován na prakticky stabilní úrovni, max. vychýlení je 0,1 bar;
• maximální tlak je nižší, výrazná úspora elektrické energie;
• není potřebná tlaková nádoba se zásobou vzduchu, popř. může být výrazně menší.

Spuštění motoru

Spotřeba energie při zapnutí asynchronního motoru je mnohem vyšší než jeho celková průměrná spotřeba (až 8-10x). Ihned po spuštění motoru je však také faktor potence nízký. Z tohoto důvodu při zapnutí motoru, zvláště pokud jde o stroj se střední nebo vyšší výkonností, dochází k velkým rázům v síti, na kterou je stroj napojen. Proto je nutné použít takový způsob spouštění stroje, aby byla snížena prvotní spotřeba energie a zároveň posílena výkonnost kompresoru a dosažený příkon.

Spuštění motoru metodou hvězda/trojúhelník přináší výhodu až trojnásobného snížení prvotní spotřeby energie nezbytné pro rozběh motoru. Motor, který byl spuštěn metodou hvězda, je však pro provoz třeba přepnut na trojúhelník. Samozřejmě i v tomto případě může nastat situace, že velká spotřeba energie může způsobit jak významné poruchy elektrické sítě a následné elektromagnetické narušení prostředí, tak i dynamický stres pracujících částí motoru.

Spuštění pomocí měniče umožní uvést do chodu motor s určitým předem daným zrychlením nebo zpomalením. To znamená, že nárůst spotřeby proudu je postupný a tedy nižší, příkon při nastartování způsobuje jen minimální požadavek na ty mechanické části, které jsou v pohybu. Narušení elektrické sítě je prakticky nulové. Tento systém začíná pracovat jen s minimální frekvencí, která se však zvyšuje postupným zrychlováním až do bodu, kdy dosáhne předem určené hodnoty.

Vlastnosti spouštění motoru hvězda/trojúhelník:

• v okamžiku přechodu z hvězdy na trojúhelník absorbuje značné množství energie;
• zvýšené nároky na instalaci elektrické sítě a jištění;
• počet spuštění motoru je v určitém časovém intervalu omezený.

Vlastnosti spouštění motoru s měničem:

• spotřeba energie při spuštění je konstantní, rázy v elektrické síti jsou tedy nulové;
• předem určená charakteristika zrychlení a zpomalení;
• minimální tlak na mechanické části a tedy i menší opotřebování;
• počet spustění motoru je neomezený v určitém časovém intervalu, není třeba čekání ani ochlazování mezi jednotlivými spuštěními motoru.

Úspora energie

V případě kompresoru s měničem může být rychlost kompresoru zvyšována nebo snižována v závislosti na tom, kolik stlačeného vzduchu skutečně potřebujeme vyrobit. Tak je tedy možné zmenšit maximální tlak, současně uspořit energii, zachovat stabilní a optimální chod stroje a zlepšit tak kvalitu v dodávkách stlačeného vzduchu.

Kolísání tlaku je velmi nízké, asi  ±0,1 bar, a právě to umožní snížit celkovou spotřebu energie. Stačí jen uvážit, že při kolísání o 0,5 bar se zvýší spotřeba energie zhruba o 3 %. Tradiční kompresor musí překročit požadovanou hranici tlaku (asi o 1-1,5 bar), aby byl schopen vyrobit předpokládané množství stlačeného vzduchu. Tomu odpovídá prakticky nadbytečná spotřeba energie o 6 až 9 %.

Tajemství úspěchu je v tom, že zatímco tradiční kompresory vyrábějí potřebné množství vzduchu využitím systému stlačování/volnoběh, kompresory s měničem přizpůsobují svoje otáčky jen skutečné potřebě stlačeného vzduchu. Je patrné, že ve fázi volnoběhu dochází k plýtvání energií. Nestlačujeme vzduch, ale spotřebováváme část energie na pohon stroje.

Kompresory řady KDV

Společnost Schneider Bohemia, spol. s r. o., má ve svém programu novou řadu šroubových kompresorů s frekvenčním měničem označených KDV s výkony 15 a 77 kW. Kompresory KDV jsou dodávány s max. výkonem tlaku 7/9/12 bar. Aniž by bylo nutné měnit ozubená kola nebo řemeny, je stroj schopen vyrábět nastavený stabilní tlak po 24 hodin denně. Další 2% úspory energie je dosaženo přímým spojením elektrického motoru a šroubovice bez ozubených kol, přes elastickou spojku (od 25 kW). Kompresory KDV mají díky frekvenčnímu měniči plynulý rozběh, který zamezuje nárazovým výkyvům spotřeby či výpadkům energie a minimalizuje opotřebení mechanických částí kompresoru.

Kompresory KDV přinášejí úsporu i při údržbě, jelikož nejsou zapotřebí klínové řemeny (od 25 kW) a chod motoru (kompresoru) je přímo úměrný spotřebě stlačeného vzduchu, což přináší snížení otáček, téměř nulové vibrace atd. Součástní kompresoru je i cyklonový odlučovač s elektronickým odpouštěčem kondenzátu. Tyto výhody prodlužují životnost kompresoru a snižují náklady na jeho údržbu.

Kompresory mají centrální elektronické ovládání. K samozřejmé výbavě patří automatický restart po výpadku energie, různé alarmy a hlášení možných závad a mnoho dalšího. Všechny elektrické komponenty včetně motoru s měničem jsou uzpůsobeny správné funkci při teplotě okolí do 50 °C. Tato hranice umožňuje tedy poměrně velkou toleranci teplot prostředí vzhledem ke standardním podmínkám a zvyšuje důvěryhodnost a výnosnost kompresoru.

Jaromír Procházka                                                                                            

www.schneider-bohemia.cz

i.prochazkova@schneider-bohemia.cz

Chybějící tabulku naleznete v tištěné verzi časopisu.