SYTRONIX GREEN POWER SYSTEM от REXROTH. Пример добродетельного сотрудничества

Важность общей эффективности преобразования энергии в электрических силовых установках

Электрический приводной механизм является одним из ключевых компонентов системы «двигатель-насос», состоящей из электрического приводного контура, системы накопления энергии и трансмиссионного блока. В частности, когда такая система требует высокой энергетической плотности для быстрого динамического отклика, ее конструкция должна быть рассчитана на выполнение ряда требований, таких как оптимальное ускорение, высокий крутящий момент, эффективная и регулируемая скорость и, не в последнюю очередь, энергоэффективность.

По общей эффективности преобразования энергии в системах электропривода доступные в настоящее время системы различаются по различным параметрам: потери мощности двигателя, гармонические искажения, пульсации крутящего момента и т. д.

Существует множество исследовательских проектов, направленных на дальнейшее повышение энергоэффективности гидравлических систем и не только, причем на рынке уже доступны различные решения.

С развитием технологий появляется множество подходов, способных повысить энергоэффективность гидравлических систем, таких как методы рекуперации энергии гибридных электрогидравлических систем, механизмы чувствительности к нагрузке, гибридные гидравлические системы с несколькими приводами и регулируемым рабочим объемом (DC), независимые дозирующие клапаны, многоступенчатое бионическое питание, приводы с насосным управлением, гидравлические трансформаторы, включающие лопастной гидравлический двигатель и насос с колеблющейся пластиной.

В духе этих инноваций сотрудничество Tecno Fluid Service SRL с Bosch Rexroth продолжает приносить отличные результаты. Система Sytronix Rexroth Green Power является результатом этого сотрудничества, а рассматриваемый здесь пример из практики представляет собой его краткое изложение. Фактически, в сотрудничестве с крупной компанией, работающей в автомобильной отрасли (которую мы здесь назовем Компания A), удалось ускорить разработку инновационной технологии, способной обеспечить значительную экономию энергии в гидравлических системах «мотор-насос» на установках для формования пластмасс — «литьевых прессах».

Партнерство по проекту Sytronix Rexroth Green Power между компаниями Rexroth, TFS и Company A позволило объединить и совместно использовать знания в трёх различных важных базовых областях: управление, гидромеханика и материаловедение.

Знания в области систем управления были необходимы для определения динамических характеристик каждого компонента, контроля динамических характеристик, положения, давления и других параметров конкретного компонента или контура, где электроника играет решающую роль.

Гидравлика предоставила инструменты для понимания поведения жидкостей, сил статического и динамического давления жидкостей на компоненты, таких явлений, как гидравлический удар и кавитация.

Выбор материалов с подходящей эластичностью, твердостью, фрикционными свойствами и т. д. стал решающим фактором при проектировании силовых компонентов.

Более низкая загрузка или "спокойное" состояние Sytronix во время циклов давления/потока позволяет снизить потребление FEM, что дает большую экономию.

Результаты совместной работы позволили преодолеть ограничения обычной схемы, основанной на использовании инвертора, в частности:

• не предусматривает замену агрегата «двигатель/насос»
• используемый насос имеет фиксированный расход
• отсутствие обратной связи из-за отсутствия датчиков обратной связи
• гидравлическая схема машины не имеет оптимизированной конфигурации, поскольку изменение давления и расхода будет по-прежнему регулироваться компонентами схемы (ограничительными и пропорциональными клапанами)
• отсутствие мониторинга и управления состояниями минимальной загрузки или «простоя» во время операций циклограммы, поскольку установка работает с постоянной мощностью, чтобы обеспечить изменение давления/расхода с помощью логических клапанов

Напротив, система Sytronix Rexroth Green Power основана на внедрении ряда инновационных решений, среди которых:

• замена агрегата «двигатель-насос» на бесщеточный двигатель и насос с переменным расходом
• переход от насоса с фиксированным расходом и рабочим объемом к насосу с фиксированным рабочим объемом и переменным расходом
• программное обеспечение с приводом и датчиками системы гарантирует постоянную обратную связь и модуляцию числа оборотов двигателя и регулировку расхода насоса для взаимодействия в режиме реального времени в зависимости от требуемой гидравлической мощности, генерируемой циклограммой пресса
• гидравлическая часть машины приобретает более компактную конфигурацию благодаря тому, что изменение давления/пропускной способности управляется системой Sytronix вместо клапанов ограничения давления
• состояние пониженной нагрузки или «простоя» во время операций циклограммы с меньшим потреблением давления/расхода позволяет снизить расход гидравлической жидкости, обеспечивая более значительную экономию.

Результаты испытаний, проведенных в рамках партнерства Sytronix Rexroth Green Power на литьевой машине, оснащенной традиционным асинхронным двигателем мощностью 55 кВт, можно резюмировать следующим образом: потребление энергии за один рабочий час при цикле продолжительностью 61 секунда снизилось с 19,84 кВт·ч до 6,06 кВт·ч, что соответствует экономии энергии в размере 69,56% (отчет можно скачать здесь).

Ниже приведены другие преимущества, полученные благодаря использованию системы Sytronix Rexroth Green Power на данном оборудовании:

• качественные показатели: переход от работы в режиме открытого контура к работе в режиме замкнутого контура
• снижение перегрева масла: благодаря тому, что насос работает только тогда, когда требуется движение, масло нагревается меньше, что приводит к экономии энергии, потребляемой системой водяного охлаждения
• плавность движения: даже если Sytronix на долю секунды переходит от 0 оборотов в минуту к требуемому числу оборотов, это сглаживает движения без ущерба для времени цикла, что позволяет добиться значительной экономии на циклах технического обслуживания
• снижение шума при работе гидравлического насоса.