Zajímavé aplikace měničů frekvence v HVAC systémech

Ing. Naděžda Pavelková, ABB Zajímavé aplikace měničů frekvence v HVAC systémech April 4, 2011 Slide 1

Nabídka ABB s.r.o. Divize a portfolio produktů a služeb Výrobky pro energetiku Systémy pro energetiku Automatizace výroby a pohony Výrobky nízkého napětí Transformátory, zařízení pro rozvodny VN a VVN, vypínače, rozváděče, svodiče přepětí, rozváděče VN, přístrojové transformátory proudu a napětí VN, senzory Rozvodny, FACTS, HVDC, HVDC Light, elektrárny & automatizace sítí, rozváděče ochran a řídicích systémů pro rozvodny VVN a VN, kabelové systémy VVN Pohony, motory, frekvenční měniče, výkonová elektronika, opravy elektromotorů, roboty, kompletní robotizovaná řešení, poradenství a servis, výroba standardizovaných svařovacích buněk, oprava použitých průmyslových robotů Přístroje a rozváděče nízkého napětí, domovní elektroinstalační materiál, vypínače a odpojovače, inteligentní systémy elektroinstalace Procesní automatizace Řídicí systémy a komplexní dodávky automatizačních řešení, analytika a instrumentace, inženýring a servis pohonů, Operační centrum Česká republika April 4, 2011 Slide 2

Automatizace výroby a pohony DM AP-D April 4, 2011 Slide 3

Ambasador pro úspory elektrické energie Školení April 4, 2011 Slide 4

Frekvenční měniče - princip U line U DC U out Supply L1 L2 L3 Rectifier DC link L + C - U d Inverter V1 V3 V5 V4 V6 V2 U1 V1 W1 Motor M 3 ~ Monitoring Control Control Electronics control, monitoring and communication April 4, 2011 Slide 5

Spouštění AC motorů DOL Y/D Proud Starting Current Star/Delta Softstartér D.O.L Frekvenční měnič Softstart FM otáčky April 4, 2011 Slide 6

Torque [Nm] Torque [Nm] Spouštění AC motorů frekvenční měniče Moment D.O.L T FM Softstart n Star/Delta Otáčky 1600 1400 1200 1000 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Speed [rpm] max load cont loadability max loadability cont load max load neg max loadability neg 800 600 400 200 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Speed [rpm] max load cont loadability max loadability cont load max load neg max loadability neg FM kvadratic. zátěž. moment What is your actual cst? FM konstantní zátěž. moment April 4, 2011 Slide 7

Příklad: regulace pohonů čerpadel škrcení bypassing (obtok) on/off regulace regulace otáček měniči frekvence April 4, 2011 Slide 8

Úspory - porovnání pro čerpadla (škrcení x měnič) April 4, 2011 Slide 9

Regulace škrcením x měničem frekvence Zdroj: Energy efficient motor driven systems, 2004, by European Copper Institute April 4, 2011 Slide 10

ABB výpočetní programy Snadné použití FanSave Úspory a návratnosti investic pro ventilátory PumpSave Úspory a návratnosti investic pro čerpadla Efficiency Tool Porovnání pohonů s vyšší a nižší účinností Energy Saving Tool Porovnání motorů s vyšší a nižší účinností April 4, 2011 Slide 11

Pump Save April 4, 2011 Slide 12

HVAC v budovách HVAC = Heating Ventilation and Air Conditioning Vytápění, ventilace a klimatizace April 4, 2011 Slide 13

Směrnice 2002/91/EC certifikace energetické účinnosti budov vydaná 16.12. 2002 platná od 4.1.2006 (přechodné období do 2009) April 4, 2011 Slide 14

Spotřeba energie Příklad: Spotřeba energie v komerčních objektech Kancelářská zařízení 7% Světlo 26% Ventilace 7% Ostatní aplikace 7% Vytápění 21% Chlazení 13% Zařízení mimo budovu 19% April 4, 2011 Slide 15

HVAC systémy řízené měniči frekvence Tok vzduchu Tok chladiva Tok vody Tep. výměník 1 Vent odváděného vzd. 2 Vent. přiváděného vzd. 3 Čerpadlo chlad. vody 4 Chlad. kompresor 5 Čerpadlo kondenzátu 6 Vent. chlad. věže April 4, 2011 Slide 16

ABB nn měniče frekvence April 4, 2011 Slide 20

Power rating kw ABB nn měniče frekvence 5600 3400 2800 2400 1900 1450 500 400 355 200 132 110 75 55 11 8 7.5 5.5 4 2.2 1.5 1.1 0.75 0.55 0.37 0.18 100 120 200 240 200 240 380 480 500 690 V 1-phase 3-phase ABB nn AC měniče frekvence ABB machinery drives ABB standard drives ABB industrial drives ABB DC měniče Softwareové nástroje Programy pro výpočet úspor Servis Analýzy / porady April 4, 2011 Slide 21

ACS55 0.18 to 2.2 kw 0.18-0.37 kw (1-ph 100 to 120 V) 0.18-2.2 kw (1-ph 200 to 240 V) Krytí IP20 Skalární řízení Zabudovaný EMC filtr pro 1. prostředí Nastavení parametrů pomocí přepínačů a PC software Volitelné DriveConfig kit PC tool Potentiometr Externí EMC filtr pro dlouhé motorové kabely Vstupní a výstupní tlumivky Pro strojní jednoduchá zařízení Pro obytné prostředí vyhovuje ve standardním provedení Jednoduchá instalace a integrace Motor [kw] 500 160 37 5.5 3.0 2.2 1.5 0.75 ACS55 0.37 ACS55 0.18 100 120 200 240 380 Supply [V] April 4, 2011 Slide 22

ACS355 0.37-2.2 kw (1-ph 200-240 V) 0.37-11 kw (3-ph 200-240 V) 0.37-22 kw (3-ph 380-480 V) Krytí IP20, volitelně NEMA 1 Vektorové řízení Zabudovaný EMC filtr pro 2. prostředí Volitelně Basic a asistenční ovládací panely Potentiometr Plug-in fieldbuses Encoder interface Externí EMC filtr pro 1. prostředí Vstupní a výstupní tlumivky Široká škála možnosti uplatnění Rozšíření možností díky sekvenčnímu programování Pomocí FlashDrop nastavení do 2 sek i bez připojení napájení Jednoduchá instalace a integrace Rychlá dostupnost a servis Motor [kw] 160 37 22 11 4.0 2.2 1.5 1.1 0.55 0.37 0.12 ACS350 0.37 to 22 kw ACS350 200 240 380 480 500 Supply [V] April 4, 2011 Slide 24

ABB general machinery drives, ACS355 Safe Torque Off SIL3/PL e standard April 4, 2011 Slide 25

ABB general machinery drives, ACS355 IP 66/67 April 4, 2011 Slide 26 Power and voltage range 0.37 to 4 kw, 3-phase 230 V 0.37 to 7.5 kw, 3-phase 400 V Enclosure class IP66/67/69K NEMA 4X NSF Certified No external fan for cooling Assistant control panel as standard IP66/67 specific options Input switch (factory installed variant) Cable gland kit Pressure compensation valve to prevent water condensation within the enclosure

ACS 355 Krytí IP66/67 Proti prachu IP6x test Test specification Dust chamber Talcum powder as dust 2kPa depression to enclosure 8h test duration No ingress of talcum powder or dust allowed April 4, 2011 Slide 27

ACS 355 Krytí IP66/67 voda tryskající a stříkající IPx6 test Test specification 100 l/min through 12.5mm nozzle 2.5m distance 3 minutes No ingress of water allowd ponoření IPx7 test Test specification 1m submersion 30 minutes No ingress of water allowed April 4, 2011 Slide 28

ACS 310 Obsahuje funkce P&F typické pro ventilátory a čerpadla pro P&F PID regulace Řízení více čerpadel najednou Ochranné a řídicí funkce pro čerpadla Další užitečné funkce Počítání energetické účinnosti Zabudovaný Modbus jako standard Intuitivní uživatelské rozhraní Jednoduchý start-up asistent Data v katalogu pro rozsah okolních teplot až do 50 C Optimální a kompatibilní k zabudování April 4, 2011 Slide 29

ACS 310 Napětí 3-phase, 200 to 240 V ±10% 3-phase, 380 to 480 V ±10% Výkony 3-ph 230V: 0.37 kw (0.5 HP) to 11 kw (15 HP) 3-ph 400V: 0.37 kw (0.5 HP) to 22 kw (30 HP) Krytí IP20 (UL Open) NEMA 1 kit as an option EMC C3 (2 nd prostředí) jako standard C2 and C1 (1 st prostředí) s externím filtrem April 4, 2011 Slide 30

ACH550 pro HVAC 0.75 to 355 kw Určen pro HVAC Přednosti Plný výstupní proud do motoru do 50 C HVAC panel mluvící HVAC řečí i ČJ HVAC-specifická aplikační makra Swinging choke pro redukování harmonických Zabudovaný EMC filtr pro 1. prostředí Hodiny reálného času a časovač zabudované HVAC-SW Pomocí FlashDrop nastavení do 2 sek i bez připojení napájení Aplikace Klimatizační jednotky, oběhová čerpadla, kondenzátory a chladicí věže Motor [kw] 355 250 160 110 75 37 18.5 11.0 5.5 1.1 0.75 HVAC ACH550 ACH550 ACH550 200 240 380 480 500 Supply [V] April 4, 2011 Slide 31

ACH 550 HVAC ovládací panel STANDARD uvnitř EMC Filtry IEC/EN 61000-3-12 Swinging Chokes Thermal Reliability Hodiny reál. času Časovače HVAC Makro N2-FLN-BACnet-Modbus 3 RO VOLITELNÉ uvnitř Fieldbus (Lon&others) April 4, 2011 Slide 32

IEC/EN 61000-3-12 Co je to? Prohlášení shody ČSN EN 61800-3 (EMC) Požadavky na EMC elektrických pohonů IEC 61000-3-12: Limity Definuje limity harmonických síťového proudu pro zařízení od 16 A až do 75 A připojená na veřejnou rozvodnou síť nn (7,5 37 kw) April 4, 2011 Slide 39

IEC/EN 61000-3-12 kde platí? Trafo vn Obytné zóny Průmyslové prostředí ACH550 a 61000-3-12 ne 61000-3-12 April 4, 2011 Slide 40

ACH 550 Swinging choke Nový princip snížení obsahu harmonických : swinging chokes. Při částečném zatížení se reaktance DC tlumivky zvyšuje. THD se snižuje až o 24.2% v porovnání s ACS400!! April 4, 2011 Slide 41

ACH 550 Swinging choke Nová Swinging DC tlumivka Navržená pro snížení obsahu harmonických při plném a částečném zatížení Výhodné zejména pro aplikace s proměnným zátěžným momentem Ekvivalent 5% síťové tlumivky Větší indukčnost v poměru objem/váha April 4, 2011 Slide 42

IEC/EN 61000-3-12 - Limity ACH 550 se Swinging choke Spectrum se Swinging Choke a tradiční AC tlumivkou 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Standard Limits 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 ACH550 Traditional AC Choke April 4, 2011 Slide 43 Limits with short circuit ratio 120

IEC/EN 61000-3-12 - Limits DC tlumivka lépe vyhoví než AC tlumivka AC tlumivky mají problém zejména s 5. harmonickou ACH550 má zabudovanou Swinging choke jako standard ACH550 má standardně zabudovaný RFI filtr pro obytné zóny April 4, 2011 Slide 44

IEC/EN 61000-3-12 ACH 550 se Swinging Choke April 4, 2011 Slide 45

Jednotky HVAC s ACH 550 Janka Engineering April 4, 2011 Slide 46

Jednotky HVAC s ACH 550 ČT a nemocnice April 4, 2011 Slide 47

Kingspan EnergiPanel TM jak to funguje 1 2 3 4 4 April 4, 2011 Slide 48

EnergiPanel TM = izolační panel a solární kolektor v jednom Solární ohřev vzduchu = levný obnovitelný zdroj energie Může ušetřit až 20% nákladů na vytápení Vyvinutý z klasického panelu Kingspan, typ FC = montuje se jako běžný izolační panel Může být použit jako samostatný systém (hl. v jinak nevytápených prostorách) anebo jako součást HVAC systému budovy Nevyžaduje žádná dodatečná povolení či jiné formality Návratnost není závislá na státní podpoře jako např. vykupních cenách ve FV = žádný vliv politiků = stabilní investice Nizké investiční náklady, cena EP je jen o cca 40-50% vyšší než např. RW panelů Téměř nulové náklady na provoz April 4, 2011 Slide 49

Kingspan EnergiPanel TM a měniče frekvence od ABB: izolace budovy, OZE a inteligentní HVAC jako komplexní řešení April 4, 2011 Slide 50

EnergiPanel April 4, 2011 Slide 51

Integrováný EnergiPanel systém EP se napojí na HVAC (heating, ventilation and air conditioning) systém objektu HVAC systém zajišťuje stalý přítok čerstvého vzduchu. Např., 0.25 obměn/hod. EnergiPanel slouží k předehřatí venkovního vzduchu a tím snižuje spotřebu evergie v HVAC EP je vhodný pro prostory jak s nízkou tak s vysokou provozní teplotou tzn. 13 C-25 C April 4, 2011 Slide 52