Маркус Кутни (Markus Kutny), руководитель по развитию бизнеса Bauer, добавил: «Мы провели анализ площадки и аудит имеющегося оборудования. Мы установили инвертор на один из имеющихся компонентов оборудования для анализа поведения данной установки. На основе этих данных мы выполнили расчет для заказчика, чтобы продемонстрировать преимущества технологии синхронного электродвигателя с постоянными магнитами (PMSM). Теоретические значения, экономия и поведение были смоделированы и представлены заказчику. В дополнение к достижению экологических и рабочих показателей мы смогли создать систему, соответствующую новейшим стандартам Индустрия 4.0. Кроме того, мы смогли существенно повысить уровень управляемости двигателями на площадке».
Изначально заказчик просил заменить имеющиеся двигатели асинхронными электродвигателями IE3, которые считаются стандартом энергоэффективности в системах водоочистки. Однако в результате анализа, проведенного компанией Bauer, стало понятно, что на данной водоочистной станции можно добиться более высоких показателей, если установить синхронные электродвигатели с постоянными магнитами, работающие с той же частотой 50 Гц.
Преимущество таких двигателей заключается не только в энергоэффективности, но и в возможности прямого управления всеми мотор-редукторами непосредственно из офиса через систему шин ProfiNet. Другое существенное преимущество двигателей этого типа заключается в том, что интеллектуальная инверторная система управления циклами работы и система шин позволяет специалистам по обслуживанию отслеживать работу двигателей и немедленно фиксировать неполадки в работе системы.
Технология синхронных электродвигателей с постоянными магнитами IE3 отличается меньшим потреблением энергии и мощности для крутящего момента, идентичного моменту асинхронных электродвигателей IE3. Если система работает под частичной нагрузкой, эффективность асинхронных двигателей существенно снижается по сравнению с синхронными электродвигателями с постоянными магнитами, работающими при тех же условиях. Если точнее, компания Bauer Gear Motor измерила необходимую мощность для данного проекта и выяснила, что она ниже фактической мощности работающих двигателей, что дало возможность уменьшить номинал двигателей с 1,5 до 1,1 кВт без ущерба для производительности.
Более того, согласно измерениям, выполненным заказчиком после установки новых двигателей, замена асинхронных электродвигателей синхронными с постоянными магнитами, работающими при частоте 50 Гц, позволила сэкономить более 93 000 кВт/ч. Исходя из предположения, что 1 кВт/ч энергии стоит 0,20 евро, это снижение потребляемой энергии дает экономию более 18 600 евро в год.
Другое предложение заключалось в использовании инверторных приводов для снижения частоты в линии без ущерба для эффективности перемешивания. В результате для запуска процесса перемешивания требовалась частота 50–60 Гц. После начала движения сточных вод и осаждения ила в воде частоту вращения можно было снизить до 34 Гц. Такое снижение частоты вращения без ущерба для качества перемешивания и обработки обеспечило потенциальную годовую экономию более 260 000 кВт/ч или 52 000 евро.
Снижение потребления энергии благодаря установке синхронных электродвигателей с постоянными магнитами по сравнению со стандартными асинхронными электродвигателями обеспечивается особенностями их конструкции. Если в асинхронных двигателях на ротор должен подаваться электрический ток для создания магнитного поля, под воздействием которого ротор вращается и создается крутящий момент, в синхронных электродвигателях с постоянными магнитами установлен постоянный магнит, под воздействием которого вращается ротор. По сравнению с асинхронными двигателями с подобными номинальными характеристиками, технология синхронных двигателей с постоянными магнитами обеспечила повышение производительности на 40% в некоторых случаях применения на водоочистных станциях. Во многих случаях двигатели такого типа окупаются уже за считанные месяцы.
В ходе проектирования инженерам Bauer нужно было обеспечить встраивание новых двигателей в имеющуюся систему. Это позволило бы избежать замены имеющихся систем и редукторов и минимизировать стоимость проекта. Более того, поскольку двигатели должны были располагаться вне помещения, их конструкция должна была обеспечить стойкость к воздействию климатических условий, а также опасных факторов, присутствующих в таких средах. Поэтому Bauer выбрала двигатели, имеющие степень защиты оболочки IP65, а также инвертор в оболочке IP66, характеризующиеся защищенностью от проникновения пыли и струй воды под высоким давлением с любых направлений.
Чтобы обеспечить эффективность комбинации двигателя и частотно-регулируемого привода, одиночные инверторы устанавливались непосредственно на двигатели (мотор-редукторы EtaK2.0) для последовательного подключения всех инверторов. При такой схеме подключения, если одно устройство становится неисправным, работа других мотор-редукторов не нарушается. Тем самым сокращаются длительность простоев станции и затраты на обслуживание.
Кроме того, новое решение, предоставленное Bauer, позволяло упростить систему и уменьшить количество необходимого оборудования. Встроенные в EtaK2.0 инверторы устранили необходимость прокладки экранированных кабелей и децентрализованного подключения двигателей и, следовательно, установки инверторов в шкафах управления. Это позволило сократить необходимое обслуживание и получить дополнительную экономию расходов.
EtaK2.0 также предоставляет дополнительные возможности связи и управления. Если точнее, встроенные инверторы непрерывно отправляют поток данных на программируемый логический контроллер (ПЛК) через широко применяемое подключение, соответствующее стандарту PROFINET Industrial Ethernet. Это позволяет выполнять удаленное отслеживание состояния каждого устройства и устраняет необходимость присутствия людей для проверки.
Благодаря такой возможности водоочистную станцию можно подключить к автоматической сети, поддерживающей стандарт Индустрия 4.0 и Интернет вещей (IIoT). Более того, повышение функциональности системы управления упрощает и ускоряет поиск неисправностей, минимизируя необходимое обслуживание и расходы.
Харальд Безольд (Harald Bezold) продолжил: «Мы сказали инженерам Bauer, что нам требуется решение, соответствующее новейшим стандартам, способное эффективно работать с учетом будущего развития технологий. Созданная автоматизированная сеть позволяет нам точно отслеживать технические характеристики двигателей для обеспечения постоянной эффективности их работы».
В тесном сотрудничестве с инженерами муниципальной водоочистной станции г. Байрейт компания Bauer определила требования данного объекта и привлекла необходимых отраслевых экспертов для разработки современного с точки зрения охраны природы и промышленных коммуникаций решения. Внедренная технология не только обеспечила существенное повышение энергоэффективности и производительности, но и устранила необходимость модернизации и снизила нарушения работы до минимума.
В рамках этого проекта Bauer доказала, что повышение энергоэффективности не только снижает затраты на генерирование, передачу и распределение энергии с силовых установок на конечных потребителей, но и существенно снижает эксплуатационные расходы и расходы на обслуживание.
НАША СПРАВКА:
Bauer Gear Motor GmbH
Компания Bauer Gear Motor более 75 лет предоставляет решения в области редукторных двигателей, производя продукцию высшего качества с приоритетом надежности и соответствия потребностям клиента. Компания имеет особенно прочную репутацию в отраслях пищевой промышленности, альтернативных источников энергии, водоочистных технологий, сталелитейной промышленности и транспортировки материалов.
Bauer Gear Motor имеет производственные предприятия в Германии и Словакии, а также представительства по продажам и сборочные предприятия по всему миру.
