Popularne systemy odzysku energii z hamowania silnika wciągarki używają mechanizmu „oddawania” energii do sieci zasilającej. Układy te eliminują gorące rezystory hamowania, jednak nie jesteśmy w stanie oszacować, kto oraz ile energii z odzysku zużyje. Problem ten rozwiązuje system opisany w poniższym artykule. Jest to urządzenie, które lokalnie przechowuje odzyskaną energię elektryczną i udostępnia ją przy kolejnym rozruchu dźwigu.

W dźwigach z napędem elektrycznym występują naprzemiennie fazy poboru energii ze źródła oraz praca generatorowa. Większość obecnie instalowanych dźwigów wyposażona jest w przetwornicę częstotliwości, która wykonuje bardzo ważne zadania z zakresu sterowania prędkością silnika, nadzoru nad układem napędowym itp. Podczas podnoszenia ładunku, praca układu z falownikiem wymaga poboru energii elektrycznej z sieci (podobnie jak w układzie bez falownika). W czasie opuszczania ładunku, silnik staje się generatorem elektrycznym. Ponieważ stopień wejściowy (prostownik) klasycznej przetwornicy częstotliwości jest niesterowany, to brak jest możliwości oddania energii do sieci. Energia z hamowania jest tracona w rezystorze hamującym – zostaje zamieniona w ciepło. Jak wcześniej wspomnieliśmy, praca dźwigu wymaga naprzemiennego napędu i hamowania, zatem dobrym sposobem na oszczędność byłoby spożytkowanie energii z hamowania na pracę silnikową. Sytuacja wyglądałaby jeszcze lepiej, gdyby falownik mógł być z tej energii zasilany na postoju.

MAGAZYN ENERGII ERS 2G

Firma Amtek sukcesywnie wprowadza do oferty urządzenia uzupełniające dla oferowanych od wielu lat falowników dźwigowych FRENIC Lift. Jednym z przykładów jest dźwigowy magazyn energii produkowany przez firmę Epic Power i nosi oznaczenie ERS 2G. Pełni ono funkcję dwukierunkowej przetwornicy DC/DC oraz magazynu energii odzyskanej z hamowania silnika. Magazyn ma pojemność nominalną 60kJ. Wchodząca w skład urządzenia dwukierunkowa przetwornica napięcia przetwarza napięcie stałe ze stopnia pośredniego falownika na napięcie stałe niezbędne do ładowania baterii superkondensatorów zainstalowanych w magazynie. Ładowanie odbywa się jedynie w fazie hamowania, natomiast w czasie poboru energii przez falownik (np. na postoju oraz podczas jazdy) moduł ERS 2G zapewnia przetwarzanie niskiego napięcia z superkondensatora na napięcie szyny prądu stałego w falowniku. Koncepcja działania porównywalna jest z napędem hybrydowym pojazdów samochodowych, z tą różnicą, że ERS 2G wykorzystuje bufor kondensatorowy zamiast akumulatorów. Kondensatory oferują dużo wyższą sprawność magazynowania energii wynoszącą >90%. Dla porównania akumulatory osiągają sprawność do około 65%. Dzięki temu jesteśmy w stanie wykorzystać prawie całą energię z hamowania silnika na podładowanie magazynu. Dodatkowo układ z kondensatorami może być bardzo szybko ładowany i rozładowany.

Urządzenie ERS 2G ma bardzo małe potrzeby własne na postoju, wynoszące około 2W. Sprawność wewnętrznej przetwornicy DC/DC dochodzi do 98%. Urządzenie ERS 2G przeznaczone jest do montażu zarówno w istniejących, jak i w nowych systemach napędowych. Urządzenie włączamy do szyny DC falownika (np. w falownikach Fuji są to zaciski P(+) i N(-) ). Jeden moduł zapewnia dostarczenie prądu o maksymalnej wartości 12,4A. Jest to wystarczające dla napędów o mocy do 15kW. W przypadku większej mocy falownika należy połączyć równolegle większą liczbę modułów ERS 2G. Tym samym zwiększamy również pojemność magazynu energii o kolejne 60kJ.

Po pełnym naładowaniu bufora kondensatorowego, urządzenie automatycznie przechodzi w tryb czuwania, a reszta energii z hamowania jest kierowana na rezystor hamujący. Jest to rozwiązanie analogiczne do systemu hamowania we wspomnianych wcześniej pojazdach hybrydowych. Oczywiście mamy możliwość zwiększania pojemności magazynu przez równoległe łączenie wielu modułów ERS 2G. Większa pojemność potrzebna będzie w wysokich budynkach.

ZASTOSOWANIA

Magazyn energii ERS 2G zalecany jest przede wszystkim w systemach napędowych dźwigów, w których zwrot energii do sieci nie ma merytorycznego uzasadnienia, np. nie mamy możliwości rozliczenia energii wyprodukowanej przez dźwig w czasie hamowania. Większość dystrybutorów energii nie jest niestety zainteresowana zakupem energii o charakterze impulsowym, a taka „produkcja” występuje w napędzie dźwigowym. W takiej sytuacji ma sens jedynie lokalne magazynowanie i późniejsze zużywanie zgromadzonej energii elektrycznej. Najszybszy zwrot poniesionych kosztów nastąpi w dźwigach o dużej liczbie jazd w ciągu doby oraz przy użyciu wciągarek bez przekładni. Zastosowanie odzysku energii w proponowanej formie pozwoli również na polepszenie klasy energetycznej dźwigu.

fot. AMTEK

AUTOR: Tomasz Śliwakowski