Рекуперация энергии в электронных нагрузках

Под­клю­чение элек­трон­ной наг­рузки пос­то­янного тока с фун­кцией реку­перации энер­гии

В нас­то­ящих ука­заниях по при­менению опи­сана тех­ника безо­пас­ности и про­цедура под­клю­чения реге­нератив­ной наг­рузки пос­то­янного тока к сети пита­ния.Так как эта элек­трон­ная наг­рузка обла­дает уни­каль­ной спо­соб­ностью воз­вра­щать часть пре­об­ра­зован­ной энер­гии обратно в сеть, сущес­твуют опре­делен­ные нюансы ее под­клю­чения к элек­тро­сетям мес­тного или общего поль­зо­вания, поэтому необ­хо­димо уточ­нить про­цедуру под­клю­чения наг­рузки для кор­рек­тной работы этой фун­кции.

Вве­дение

Бла­годаря своей ком­пак­тной конс­трук­ции элек­трон­ная наг­рузка серии ELR 9000 от ком­па­нии EA Elektro-Automatik осо­бенно хорошо под­хо­дит для испы­татель­ных сис­тем и про­мыш­ленных сис­тем управ­ле­ния. Помимо стан­дар­тных фун­кций элек­трон­ная наг­рузка осна­щена встро­ен­ным фун­кци­ональ­ным гене­ратором, кото­рый поз­во­ляет фор­ми­ровать нес­колько типов кри­вых. Кроме того, эти модули поз­во­ляют полу­чить дей­стви­тельно высо­кие зна­чения номи­наль­ной мощ­ности.

Нес­мотря на то, что испы­ту­емая мощ­ность повы­ша­ет­ся, при­ходится учи­тывать потери на рас­се­ива­ние теп­ла. Ком­па­ния EA пред­ла­гает элек­трон­ные наг­рузки пос­то­янного тока, содер­жа­щие эко­логич­ную тех­но­логию, пре­об­ра­зу­ющую пода­ва­емую энер­гию пос­то­янного тока в энер­гию пере­мен­ного тока и нап­равля­ющую ее обратно в элек­тро­сети мес­тного или общего поль­зо­вания.

Эта тех­но­логия мини­мизирует поте­ри, свя­зан­ные с рас­се­ива­нием теп­ла, и однов­ре­менно сни­жает зат­раты на элек­тро­энер­гию. Однако под­клю­чение наг­рузки к сети пона­чалу может быть не-прос­той зада­чей; таким обра­зом, зада­чей сле­ду­ющих раз­де­лов явля­ется соз­да­ние чет­кой инс­трук­ции по под­клю­чению устрой­ства к сети, а также учет всех мер обес­пе­чения безо­пас­ности.

Элек­трон­ная реге­нератив­ная наг­рузка пос­то­янного тока ELR 9000 3U HP

Новая серия элек­трон­ных наг­ру­зок пос­то­янного тока с фун­кцией реку­перации энер­гии пред­ла­гает ряд новых номи­наль­ных нап­ря­жений, токов и мощ­ностей для широ­кого ряда при­менений. Эти устрой­ства под­держи­вают четыре стан­дар­тных режима рабо­ты: ста­билиза­ция тока, мощ­ности, нап­ря­жения и соп­ро­тив­ле­ния. Кроме того, схема управ­ле­ния на основе ПЛИС обес­пе­чивает допол­ни­тель­ные воз­можнос­ти, такие как фун­кци­ональ­ный гене­ратор, кото­рый пред­став­ляет собой схему регу­лирова­ния на основе таб­лиц для ими­тации нели­ней­ных внут­ренних соп­ро­тив­ле­ний. Бла­годаря аппа­рат­ному обес­пе­чению с циф­ро­вым управ­ле­нием уда­лось сни­зить даже вре­мена отклика для осу­щест­вле­ния управ­ле­ния по ана­логовым или циф­ро­вым интер­фей­сам. Есть одна харак­те­рис­ти­ка, кото­рая, нес­мотря на воз­можность наг­рузки рабо­тать с высо­кой мощ­ностью, явля­ется недос­татком.
Нес­колько устрой­ств серии ELR-9000 могут рабо­тать парал­лельно в режиме веду­щий-ве­домый, что поз­во­ляет поль­зо­вателю под­клю­чить наг­рузки парал­лельно для тех ИУ, кото­рым тре­бу­ется повы­шен­ная мощ­ность. Мощ­ность можно повы­сить до 480 кВт в пре­делах одной стойки и полу­чить зна­чительно боль­ший сум­марный ток с воз­можностью при необ­хо­димости соз­дать боль­шую мощ­ность. Однако при повы­шении испы­ту­емой мощ­ности рас­се­ива­ние этой энер­гии может быть неже­латель­ным для неко­торых заказ­чи­ков, пос­кольку это явно не явля­ется эко­логич­ным или «зе­леным» под­хо­дом.

Тех­но­логия, реали­зован­ная в этих устрой­ствах, поз­во­ляет назы­вать их реге­нератив­ными наг­рузками или наг­рузками с фун­кцией реку­перации энер­гии. Наибо­лее важ­ной осо­бен­ностью таких элек­трон­ных наг­ру­зок явля­ется то, что под­клю­чение к сети пере­мен­ного тока, т.е. под­клю­чение к энер­го­сети, одно-вре­менно исполь­зу­ется в качес­тве выхо­да, на кото­рый пода­ется энер­гия пос­то­янного тока, кото­рая будет пре­об­ра­зована с КПД порядка 95%. Реку­перация энер­гии поз­во­ляет сни­зить зат­раты на элек­тро­энер­гию и не уста­нав­ли­вать доро­гос­то­ящие охлаж­да­ющие сис­те­мы, кото­рые тре­бу­ются для стан­дар­тных элек­трон­ных наг­ру­зок, рас­се­ивающих энер­гию вход­ного пос­то­янного тока в виде теп­ла.

Прин­цип реку­перации энер­гии

Рису­нок 1 – Прин­цип реку­перации энер­гии

Прин­цип работы реге­нератив­ной элек­трон­ной наг­рузки легко объ­яс­нить на основе рисунка 1. Будем счи­тать, что испы­ту­емым устрой­ством явля­ется акку­мулятор­ная бата­рея, кото­рая пот­ребляет порядка 3 кВт мощ­ности. Как пока­зано на рисунке 2, энер­гия пос­то­янного тока пода­ется на вход пре­об­ра­зователя пос­то­янного тока (DC-DC пре­об­ра­зовате­ля), кото­рый под­го­тав­ли­вает мощ­ность к даль­нейшему пре­об­ра­зованию. На пос­леднем этапе про­ис­хо­дит пре­об­ра­зование энер­гии пос­то­янного тока в со-от­ветс­тву­ющую энер­гию пере­мен­ного тока. Под соот­ветс­тву­ющей энер­гией пони­ма­ет­ся, что энер­гия пере­мен­ного тока дол­жна соот­ветс­тво­вать зна­чениям нап­ря­жения и час­тоты мес­тной энер­го­сети.

Рису­нок 2 – Про­цесс пре­об­ра­зования мощ­ности

После этого реку­периро­ван­ная энер­гия воз­вра­ща­ется в сеть пред­при­ятия и может исполь­зо­ваться в соот­ветс­тву­ющих про­мыш­ленных или завод­ских поме­щениях (внут­ренняя реку­перация энер­гии). В слу­чае, если реку­периро­ван­ной энер­гии боль­ше, чем пот­ребля­ется поль­зо­вателями в мес­тной сети, оста­ток энер­гии в конеч­ном итоге пот­ребля­ется сосед­ними пред­при­ятиями через общес­твен­ную сеть, за пре­делами зда­ния, в кото­ром про­водятся испы­тания обо­рудова­ния. Также может ока­зать­ся, что пред­при­ятие не под­клю­чено к элек­тро­сети общего поль­зо­вания и, нап­ри­мер, наг­рузка исполь­зу­ется для испы­таний топ­ливных яче­ек. В этом слу­чае наг­рузка серии ELR 9000 огра­ничивает реку­периро­ван­ную энер­гию той, что пот­ребля­ется только поль­зо­вателями мес­тной сети. При этом, в зави­симости от исполь­зо­вания наг­рузки, обо­рудова­ние может оку­питься за нес­колько лет.

Рису­нок 3 – Реку­перации энер­гии из лабо­ратории

На рисунке 3 пока­зан про­цесс реку­перации энер­гии. На про­из­водс­твен­ной линии с высо­ким энер­го­пот­ребле­нием можно уви­деть наг­рузку с фун­кцией реку­перации энер­гии, кото­рая явля­ется частью испы­ту­емого устрой­ства. Стрел­ка, выхо­дящая из ИУ к наг­рузке ELR 9000, нап­равля­ется после изме­рителя к глав­ному рас­пре­делитель­ному щит­ку, и реку­периро­ван­ная энер­гия воз­вра­ща­ется обратно в сеть пред­при­ятия (внут­реннюю сеть). Если устрой­ство будет пос­то­янно учас­тво­вать в испы­тани­ях, его необ­хо­димо под­клю­чать именно таким спо­собом. Реку­периро­ван­ная энер­гия затем будет исполь­зо­ваться про­из­водс­твен­ным, лабо­ратор­ным или офис­ным обо­рудова­ни­ем.

Меры безо­пас­ности до начала мон­тажа и экс­плу­ата­ции

Перед уста­нов­кой и исполь­зо­ванием изде­лия необ­хо­димо соб­лю­дать сле­ду­ющие меры безо­пас­ности. Устрой­ство, в зави­симости от моде­ли, может быть очень тяже­лым. Поэтому пред­по­лага­емое место раз­ме­щения обо­рудова­ния (стол, шкаф, 19-дюй­мо­вая стой­ка) дол­жно быть спо­собно выдер­жать его вес без огра­ничений.

• При исполь­зо­вании 19 дюй­мо­вой стойки сле­дует исполь­зо­вать нап­равля­ющие, соот­ветс­тву­ющие ширине кор­пуса и весу устрой­ства. Перед под­клю­чением к сети пита­ния сле­дует убе­дить­ся, что под­клю­чение соот­ветс­твует ука­зан­ному на эти­кет­ке. Пере­нап­ря­жение в сети пере­мен­ного тока может при­вести к пов­режде­нию обо­рудова­ния.
• Для элек­трон­ных наг­ру­зок: перед под­клю­чением источ­ника нап­ря­жения ко входу пос­то­янного тока сле­дует убе­дить­ся,что источ­ник не соз­даст нап­ря­жение боль­ше, чем указа но для кон­крет­ной моде­ли, или пред­при­нять меры по пре­дот­вра­щению пов­режде­ния из-за пере­нап­ря­жения.
• Для элек­трон­ных наг­ру­зок с реку­перацией энер­гии: перед под­клю­чением выхода пере­мен­ного тока к элек­тро­сети общего поль­зо­вания, сле­дует выяс­нить, раз­ре­шена ли работа подоб­ного устрой­ства в ука­зан­ном месте и, при необ­хо­димос­ти, уста­новить кон­троль­ное обо­рудова­ние.Наг­рузка ELR 9000 имеет сер­ти­фикат CE и соот­ветс­твует стро­гим стан­дартам EN 50160 и EN 60950.

Меры безо­пас­ности до начала мон­тажа и экс­плу­ата­ции

Под­клю­чение элек­трон­ной наг­рузки с воз­вра­том энер­гии в сеть пита­ния выпол­ня­ется с помощью вхо­дящих в ком­плект пос­тавки 4-х или 5-по­люс­ных ште­керов на зад­ней панели при­бора. Кроме того, сле­дует под­клю­чать ште­кер трех- или, для неко­торых моде­лей, четы­рех- или пяти­жиль­ным кабе­лем под­хо­дящего сече­ния и дли­ны. При под­клю­чении устрой­ства к сети пита­ния есть ряд момен­тов, кото­рые сле­дует учи­тывать:

• Под­клю­чение к сети пита­ния пере­мен­ного тока дол­жно выпол­няться только ква­лифици­рован­ным пер­со­налом.
• Сече­ние кабеля дол­жно соот­ветс­тво­вать мак­си­маль­ному вход­но­му/вы­ход­ному току устрой­ства (см. таб­лицу ниже).
  Перед под­клю­чением кабеля сле­дует убе­дить­ся, что устрой­ство вык­лю­чено с помощью вык­лю­чателя пита­ния.
• Сле­дует убе­дить­ся, что соб­лю­дены все пра­вила экс­плу­ата­ции и под­клю­чения обо­рудова­ния с воз­вра­том энер­гии к элек­тро­сети общего поль­зо­вания и выпол­нены все необ­хо­димые усло­вия.

Обо­рудова­ние пос­тавля­ется с 4- или 5-по­люс­ным ште­кером. В зави­симости от номи­наль­ной мощ­ности наг­рузки, он будет под­клю­чен к 2-х или 3-фаз­ной сети пита­ния в соот­ветс­твии с мар­ки­ров­кой на ште­кере и сле­ду­ющей таб­ли­цей. Для под­клю­чения к сети пита­ния тре­бу­ются сле­ду­ющие фазы (Φ): (для наг­ру­зок ELR 9000 3U и ELR 9000 3U HP).

Таб­лица 1 – Тре­бу­емые фазы для под­клю­чения к сети пита­ния наг­рузки ELR 9000 3U HP

Таб­лица 1 – Тре­бу­емые фазы для под­клю­чения к сети пита­ния наг­рузки ELR 9000 3U HP

Вхо­дящие в ком­плект пос­тавки ште­керы могут исполь­зо­ваться с кабе­лями сече­нием до 4 мм 2. Как извес­тно, чем длин­нее кабель, тем боль­шее нап­ря­жение падает на соп­ро­тив­ле­нии кабе­ля. Если паде­ние нап­ря­жения будет слиш­ком вели­ко, наг­рузка может выда­вать ошибку низ­кого нап­ря­жения. Поэтому сле­дует исполь­зо­вать мак­си­мально корот­кие кабе­ли. На рисунке 5 пока­зан при­мер под­клю­чения кабеля пита­ния.

Рису­нок 4 – Под­клю­чение кабеля пита­ния элек­трон­ной наг­рузки ELR 9000 3U HP

Рису­нок 5 – Под­клю­чение кабеля пита­ния элек­трон­ной наг­рузки ELR 9000 3U

Если у вас оста­лись воп­росы по под­клю­чению элек­трон­ной наг­рузки ELR 9000, обра­щай­тесь в ком­па­нию EA Elektro-Automatik, и мы будем рады ока­зать вам всю необ­хо­димую помощь.