Unia Europejska od wielu lat podejmuje szereg działań mających na celu redukcję emisji C02 do atmosfery. Podstawowym narzędziem do osiągnięcia tego celu jest oczywiście ograniczenie zużycia energii, które można osiągnąć, wdrażając nowe technologie służące poprawie efektywności energetycznej w skali pojedynczych urządzeń i całych systemów. Dostrzegając ciągle duży obszar możliwych usprawnień w zakresie redukcji energochłonności, Unia Europejska uruchomiła szereg inicjatyw mających na celu tworzenie konstrukcji bardziej przyjaznych środowisku. Przejawem tego jest Dyrektywa 2009/125/WE (bardziej znana jako Dyrektywa ErP) z 21 października 2009 r., która zastąpiła i rozszerzyła zakres wcześniejszej Dyrektywy 2005/32/WE. Określa ona podstawy formułowania wymagań konstrukcyjnych dla produktów w aspekcie zużycia energii. W przypadku silników elektrycznych doprecyzowaniem wymagań Dyrektywy są konkretne zalecenia zawarte w regulacji Komisji Europejskiej nr 640/2009.

Obszar napędów elektrycznych znajduje się w obszarze zainteresowań Komisji z uwagi na jego udział w całkowitym zużyciu energii elektrycznej pobieranej przez sektor przemysłowy w krajach UE. Trójfazowe silniki elektryczne zostały objęte działaniem przepisów z uwagi na ich ogromne rozpowszechnienie. Wg danych z 2005 r. zużycie energii przez ten rodzaj silników w przemyśle krajów UE wynosiło 90% łącznego zużycia energii wszystkich silników elektrycznych.

Regulacja nr 640/2009 wyznacza obowiązkowe poziomy efektywności energetycznej dla 3-fazowych silników asynchronicznych, podając przy tym daty, w których mają zacząć obowiązywać.

Należy podkreślić, że regulacja 640/2009 nie ogranicza się do samego silnika, ale działa szerzej również na to, w jaki sposób sterowany jest silnik. Artykuł 3 tej regulacji podaje, że z dniem 1 stycznia 2015 r. sprawność silników elektrycznych o mocy znamionowej od 7,5 do 375 kW nie może być mniejsza niż IE3. Dopuszczalne jest stosowanie silników w niższej klasie sprawności IE2 pod warunkiem jednak zastosowania regulacji prędkości, co w praktyce oznacza użycie przemiennika częstotliwości do sterowania pracą silnika IE2. Z dniem 1 stycznia 2017 r. działanie regulacji zostanie rozszerzone na silniki o mocy od 0,75 kW.

Należy pamiętać, że przepisy odnoszą się do silników klatkowych o liczbie biegunów od 2 do 6, na napięcie znamionowe do 1000 V. Spod działania regulacji wyłączone są np. silniki do stref wybuchowych, silniki w pełni zintegrowane z napędzaną maszyną. W praktyce, po-
mimo pewnych wyłączeń, działaniem regulacji objęta jest zdecydowana większość trójfazowych silników elektrycznych niskiego napięcia.

Regulacja 640/2009 pozostawia twórcom układów napędowych jasny wybór:

• w przypadku nowych aplikacji niewy-magających regulacji prędkości należy zastosować silnik w klasie IE3. Sterowanie takim silnikiem może odbywać się jak dotychczas, czyli za pomocą układów stycznikowych;

• użycie silnika IE2 w aplikacjach niewymagających regulacji prędkości, zgodnie z przepisami, będzie wiązało się z koniecznością zastosowania przemiennika;

• dla aplikacji wymagających regulacji prędkości, ponieważ przemiennik częstotliwości jest niezbędnym elementem w całym układzie, możliwe jest zastosowanie silnika w klasie sprawności IE2.

Niezależnie od dokonanego wyboru koszty rozwiązania rosną w porównaniu z rokiem 2014. Silniki IE3 kosztują więcej niż silniki w klasie IE2. Przemienniki częstotliwości są natomiast znacznie droższe niż stycznikowe rozruszniki silnikowe. Należy jednak pamiętać, że wzrost kosztów dotyczy kosztów początkowych wykonania instalacji wg nowych przepisów. Rozpatrując długofalowy cel, jakim jest oszczędność energii z tytułu pracy silnika w całym okresie eksploatacji instalacji, okazuje się, że wdrożenie nowych rozwiązań przynosi amortyzację podwyższonych kosztów w relatywnie krótkim czasie.

Przyglądając się konsekwencjom wejścia w życie regulacji, można dostrzec wejście zaawansowanych technologii przekształtnikowych w obszar zdominowany dotychczas przez klasyczne układy sterowania oparte o styczniki. Stanowi to wyzwanie dla producentów układów sterujących, polegające na opracowaniu produktów przyjaznych i łatwych w instalacji, a przy tym zapewniających regulację prędkości, cechę typową dla przemienników częstotliwości.

Firma Eaton stworzyła urządzenie, które jest odpowiedzią na to zapotrzebowanie. Łączy ono w sobie funkcjonalność prostego przemiennika częstotliwości, a przy tym jest proste w obsłudze podobnie jak klasyczny rozrusznik stycz-nikowy. Rozrusznik silnikowy z regulacją prędkości DE1 został opracowany, aby ułatwić wdrożenie przepisów regulacji Nr 640/2009, a przy tym ograniczyć czas amortyzacji inwestycji z uwagi na niższy koszt wynikający z ceny samego aparatu DE1 względem rozbudowanych przemienników częstotliwości.

Eaton oferuje obecnie DE1 w dwóch wielkościach gabarytowych, w zakresie mocy trójfazowych silników do 2,2 kW przy zasilaniu sieciowym 1-fazowym 230 V lub dla mocy do 7,5 kW w przypadku trójfazowej sieci zasilającej 400 V. DE1 został skonstruowany tak, aby zapewniać maksymalną dostępność maszyny. Oferuje on pracę bez wyzwalania, wykrywając zwrot energii z silnika, i automatycznie wydłuża rampę zatrzymania, aby uniknąć wyzwolenia z powodu błędu. Zapewnia także funkcję hamowania DC przed uruchomieniem, która jest szczególnie użyteczna w przypadku sto-
sowania z wentylatorami, oraz posiada funkcję redukowania częstotliwości kluczowania, przez co gwarantuje, że temperatury graniczne dla urządzenia nie są przekraczane. Funkcja automatycznego restartu zapewnia natomiast ciągłość pracy silnika po wystąpieniu błędu.

Do zainstalowania, uruchomienia i użytkowania rozruszników silnikowych z regulacją prędkości DE1 nie jest wymagana specjalistyczna wiedza, gdyż zostały one zaprojektowane tak, aby były gotowe do natychmiastowego podjęcia pracy bez konieczności dokonywania zaawansowanej parametryzacji.

Pomimo tego, że w znacznej większości przypadków wystarczą ustawienia standardowe, dla zastosowań specjalnych firma Eaton oferuje wtykowy element konfiguracyjny, który umożliwia zmianę kluczowych parametrów, w tym czasu przyspieszania, nastawy zabezpieczenia silnika i funkcji wejść/wyjść. Zmiany dokonywane są za pomocą zwykłego śrubokręta. Alternatywną metodą konfigurowania aparatów DE1 jest użycie zewnętrznych klawiatur z wyświetlaczem LED lub OLED oraz oprogramowania drivesConnect dla napędów firmy Eaton.

Podsumowując, należy spodziewać się, że skutkiem wejścia w życie Dyrektywy ErP oraz wzrostu automatyzacji urządzeń będzie znaczny wzrost zapotrzebowania na przemienniki częstotliwości. W przypadku wielu zastosowań, takich jak pompy lub wentylatory, przemiennik częstotliwości jest jednak zbyt rozbudowany w zakresie oferowanej funkcjonalności, a przy tym wymaga dużej wiedzy do prawidłowej parametryzacji. Propozycją firmy Eaton, ułatwiającą w ekonomiczny sposób spełnienie nowych regulacji, jest rozrusznik silnikowy z regulacją prędkości DE1. Ostateczny wybór przyjętego przez projektanta rozwiązania powinien być poprzedzony analizą uwzględniającą aspekty techniczne, aktualne przepisy oraz skutki ekonomiczne. Należy pamiętać, że na końcowy cel, jakim jest oszczędność energii największy wpływ ma ogólna optymalizacja systemu. Użycie odpowiednich elementów jest drogą do osiągnięcia tego celu.