Истинные затраты при использовании кремниевых управляемых выпрямителей и переключаемых выпрямителей

Дуг Делани
09.11.2020 130

Замена старых кремниевых управляемых выпрямителей может способствовать снижению затрат на электроэнергию, однако выбор между современными выпрямителями SCR и SMPS требует более тщательной проработки этого вопроса.

Возможно, вы слышали такое: «Вы можете сэкономить 40% на электроэнергии, если замените свой кремниевый управляемый выпрямитель (SCR) на переключаемый (SMPS)». Или такое: «Дополнительные платежи за коэффициент мощности при использовании SCR могут существенно увеличить расходы на электроэнергию»? Или такое: «Измерение тока сети — это все, о чем вам нужно знать, чтобы понимать, из чего складываются затраты на электроэнергию»?

Ни одно из этих утверждений не соответствует действительности.

В общем и целом, выпрямитель для гальваники состоит из трансформатора, который снижает высокое напряжение сети до 6–18 В, обычно используемых гальванотехниками (или до чуть более высокого напряжения, необходимого для анодирования), системы выпрямления, которая преобразует переменный ток в постоянный, а также регуляторов, элементов управления и средств охлаждения различных компонентов.

В металлообрабатывающей промышленности распространено множество ложных представлений относительно экономии энергии при переходе с SCR на SMPS. Хотя некоторая экономия и возможна, на практике она будет существенной только при определенных обстоятельствах. Факторы, от которых зависит экономия энергии, достаточно трудны для понимания. Хорошая новость в том, что на сегодняшний день существует множество видов источников питания, и вы сможете получить выпрямитель, идеально подходящий для своей области применения и производственного оборудования.

СРАВНЕНИЕ SCR и SMPS

Выпрямители SCR и SMPS существенно различаются по конструкции. Самое большое различие — это количество шагов, необходимое для преобразования переменного тока в постоянный. SCR работает на промышленной частоте (60 Гц) и использует меньшее количество преобразований для получения постоянного тока.

Установки SMPS более технически сложные и производят постоянный ток при гораздо более высокой рабочей частоте (10 000 Гц и выше). Исходя из этих различий, установки SMPS теоретически могут работать более эффективно, чем выпрямители SCR. Однако на практике существуют факторы, которые снижают эту теоретическую экономию затрат.

Если вы используете старые выпрямители SCR, они менее эффективны, чем современные SCR. Современные конструкции SCR почти так же эффективны, как установки SMPS при работе на полной мощности. Современный SCR должен быть рассчитан на 100%-ный коэффициент заполнения и не должен быть слишком большим для данного применения. Превышение размеров влечет за собой ненужные расходы на оборудование. Неэффективность SCR проявляется только тогда, когда выпрямитель работает при пониженном выходном напряжении постоянного тока. Чем ниже значение напряжения постоянного тока относительно расчетного выходного значения установки, тем ниже эффективность работы SCR. Снижение выходного тока незначительно влияет на эффективность выпрямителя.

КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ

Коэффициент мощности (PF) можно описать как отношение активной мощности, потребляемой нагрузкой, к полной мощности в цепи. Для понимания определения коэффициента мощности необходимо рассмотреть некоторые дополнительные термины: киловольт-ампер (кВА), киловатт (кВт) и реактивный киловольт-ампер (квар). кВА — полная мощность в цепи. кВт — активная мощность, потребляемая нагрузкой (и то, за что вы платите). квар — реактивная мощность, характеризующая энергию, перекачиваемую туда и обратно между цепью и электрической сетью.

Уравнение коэффициента мощности выглядит следующим образом: PF = кВт/кВА.

Оно описывает, сколько энергии принимает выпрямитель, а не активную мощность для работы нагрузки (т.е. процесса). Не следует путать коэффициент мощности и показатель эффективности.

Замена старых кремниевых управляемых выпрямителей (SCR) может способствовать снижению затрат на электроэнергию, однако выбор между современными выпрямителями SCR и SMPS требует более тщательной проработки этого вопроса. Источник: компания American Plating Power LLC.

Установки SMPS имеют более высокий коэффициент мощности, чем SCR при выходном напряжении ниже 100%, поскольку форма сигнала SMPS формируется после входного диодного моста. Как правило, двухполупериодный, 6-импульсный, 3-фазный выпрямитель SCR постоянно создает полный фазовый угол. Синусоида SCR выглядит так же, как и синусоида SMPS, но только при полном выходном напряжении.

Поскольку технология SCR предполагает контроль сдвига фаз, величина доступного сетевого напряжения и мощности на нагрузку ограничена. Когда вы уменьшаете выходное напряжение выпрямителя SCR, коэффициент мощности может снизиться до 0,6. И наоборот, чем ближе вы устанавливаете SCR к полному выходному напряжению, тем эффективнее получаете двухполупериодное выпрямление.

ЗАТРАТЫ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Энергетические компании уделяют особое внимание коэффициенту мощности; они определяют размер систем для подачи полной мощности (кВА), а также активную мощность (кВт).

Большинство коммунальных платежей взимается, исходя из двух факторов: общее потребление и пиковое потребление. Пиковое потребление — это максимальная мощность, необходимая вам в течение установленного расчетного периода (обычно 15-минутный интервал в течение расчетного периода или проверяемого периода).

Это можно представить следующим образом.

Потребление похоже на ваш автомобильный одометр. Он указывает, как далеко вы проехали.

Пиковое потребление — это ваш спидометр в тот момент, когда вы набираете максимальную скорость. Энергетические компании выставляют счет в размере стоимости (плюс прибыль) продукта (то есть потребление) и стоимости предоставления продукта (то есть накладные расходы).

Таким образом, чтобы максимально снизить потребности в пиковом потреблении, вам необходимо применить комплексный подход к общему потреблению энергии, а не просто надеяться, что другой выпрямитель решит ваши проблемы.

Хотя выпрямитель SMPS имеет более высокий номинальный коэффициент мощности, чем SCR, это обеспечивает весьма скромную экономию в стандартных областях применения. Максимум 3% от ваших общих затрат на работу системы можно отнести на счет коэффициента мощности.

К примеру, предположим, что ваш выпрямитель на 30 В постоянного тока работает при 22 В переменного тока и переплата за коэффициент мощности составляет в среднем 0,009 долларов/квар/ч. Установка SCR будет иметь коэффициент мощности около 0,7, что дает более высокое потребление входной мощности на 40% по сравнению с SMPS, коэффициент мощности которого составляет 0,9 и выше. Переплата не должна превышать 2-3% от общего количества кВт.ч, за которое вы платите. Чем ниже реактивная мощность (квар), тем ближе значение полной мощности к значению активной мощности. Если коэффициент мощности равен 1, полная мощность и активная мощность будут иметь одинаковое значение.

Измерение тока сети всего лишь дает вам представление о векторной сумме реактивной мощности (квар) и активной мощности (кВт). Не факт, что вы платите за реактивную мощность.

Фактические затраты варьируются в зависимости от вашего местоположения, но, как правило, до 50% активной мощности, потребляемой в пиковое время, предоставляется в качестве бесплатной реактивной мощности до начисления каких-либо надбавок. Это объясняет, почему энергетическая компания требует, чтобы коэффициент мощности был всего 0,9, а не 1. Эта реактивная энергия помогает стабилизировать сеть. Реактивная мощность — это не всегда «плохо». Иногда она действительно полезна. Надбавка за реактивную мощность обычно взыскивается, только когда выпрямители SCR работают при характеристиках, ниже указанных в спецификации для напряжения постоянного тока.

Проведите коррекцию коэффициента мощности на всем предприятии и проверьте все выпрямители, чтобы убедиться, что они работают правильно. Если вы обнаружили, что выпрямитель SCR работает с эффективностью 25%, то, скорее всего, он не обеспечивает номинальное выходное напряжение или нуждается в ремонте.

В заключение, если вы используете старые кремниевые управляемые выпрямители, вам следует всерьез задуматься об их замене на новые. Вы можете уменьшить энергопотребление, независимо от того, выберете ли новый кремниевый выпрямитель или переключаемый. Экономия энергии обеспечивается не только исходя из коэффициента мощности двух типов выпрямителей. Однако, если вы обычно используете выпрямитель SCR при пониженном выходном напряжении постоянного тока, вы сможете сэкономить на энергопотреблении, если перейдете на правильно подобранный выпрямитель SCR.

Использование переключаемых выпрямителей не вызывает таких проблем, поскольку они поддерживают высокую эффективность практически во всем диапазоне мощностей. Для достижения максимальной экономии затрат на электроэнергию снижение пикового потребления на вашем объекте не менее важно, чем снижение общего энергопотребления. Чтобы максимально снизить энергозатраты, рассмотрите возможность проведения полной проверки всего предприятия.

Дуг Делани — ведущий инженер по прикладным задачам в компании American Plating Power LLC

Связаться с нами

Готово, ваша заявка успешно отправлена.
Ошибка, попробуйте обновить страницу и попробовать снова.

Вам будет интересно

Намеренное избыточное нанесение покрытия
Намеренное избыточное нанесение покрытия
Технология нанесения покрытий развивалась медленнее, чем другие производственные процессы. В то время как в этой…
Фелипе Атти, KraftPowercon
24.09.2019
556
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
Итоги выставки ExpoCoatingMoscow
ExpoCoating Moscow – ключевая в России специализированная международная выставка материалов и оборудования для обработки поверхности,…
28.11.2022
37
Маленькие выпрямители с большими возможностями
Маленькие выпрямители с большими возможностями
В статье рассмотрены новые возможности выпрямителей Гальванотех, их применение в лабораторных и производственных условиях.
Логинов Д.В., Ананченко В.В
09.11.2020
427
Влияние выпрямления тока с точки зрения гальваников
Влияние выпрямления тока с точки зрения гальваников
Целью настоящей статьи является освещение важнейших эксплуатационных параметров, которые зависят от выбора выпрямителя и обусловливают…
Вадим Патраков, Felipe Atti Dos Santos
23.03.2021
372
Открыта регистрация на выставку ExpoCoating Moscow
Открыта регистрация на выставку ExpoCoating Moscow
25-27 октября 2022 года в МВЦ «Крокус Экспо» пройдет ключевая выставка материалов и оборудования для…
15.06.2022
1100