Эволюция инвертора: электроника стала проще
Андре Роза, директор по исследованиям и разработкам и продуктовой стратегии, Александр Кабрал, менеджер по исследованиям и разработкам, и Даниэль Хенс, старший научный сотрудник по исследованиям и разработкам в Nidec Global Appliance.
Работать с холодильным оборудованием означает всегда думать о настоящем и параллельно — о будущем. Компрессоры становятся меньше, тише, эффективнее и экологичнее. Однако, мало что говорится об одном устройстве, которое в последние годы внесло значительный вклад в получение некоторых из наиболее значительных результатов в этих областях: инверторе.
Это электронное устройство приводит в действие компрессор с регулируемой скоростью (VCC). Компрессор, который выводит энергоэффективность на новый уровень, требования к которому, в свою очередь, постоянно повышаются благодаря строгим нормам энергопотребления для коммерческого холодильного оборудования в Европе и других регионах мира. В конце концов, стало ясно, что более высокие уровни энергоэффективности являются обязательными для экологической устойчивости в настоящее время и, тем более, в будущем.
Так что настало время для любого игрока в сегменте коммерческого холодильного оборудования ближе познакомиться с инвертором, особенно, производителям холодильного оборудования. Эта статья призвана развеять мифы о сложности этого устройства и показать простоту внедрения и применения, а также выгоды, которые оно может принести OEM-производителям и конечным пользователям.
Что находится внутри инвертора?
В очень простом объяснении: внутри корпуса инвертора находится электронная плата, состоящая из входного каскада, называемого AC/DC преобразователем (преобразователь переменного тока в постоянный), и выходного силового каскада, называемого DC/AC «инвертор», который генерирует из DC тока AC ток при соответствующем уровне и частоте. Интеллект устройства представляет собой встроенное программное обеспечение, установленное в микроконтроллере площадью 1,2 квадратных сантиметра. Программное обеспечение реализует логику управления двигателем и работу инвертора для привода двигателя компрессора BLDC (бесколлекторный электродвигатель постоянного тока).
Использование технологии бездатчикового управления двигателем, которая используется инверторами Embraco, позволяет упростить решение. Инвертор отключает любой датчик, считывая сигнал обратной связи с катушек двигателя (также известный как обратная электродвижущая сила). При этом он рассчитывает, как генерировать правильную выходную частоту и мощность для привода двигателя с заданной скоростью, несмотря на нагрузку.
Скорость – ключевой элемент
Инвертор и двигатель составляют систему, которая может изменять холодопроизводительность, регулируя рабочую скорость компрессора (выходную частоту инвертора), уменьшая ее при низких нагрузках (низкая температура окружающей среды или отсутствие открывания дверей) и увеличивая ее при высоких требованиях (выход на режим, перегрузка или высокая температура окружающей среды). Компрессор с переменной скоростью работает без частого включения и выключения, как это делал бы традиционный компрессор с фиксированной скоростью.
Компрессор с регулируемой скоростью может работать в диапазоне от 1600 до 4500 оборотов в минуту, тогда как компрессор с фиксированной скоростью работает только на частоте сети (3000 об/мин для 50 Гц и 3600 об/мин для 60 Гц). Таким образом, компрессор с регулируемой скоростью обеспечивает более быстрый выход на режим или восстановление температуры каждый раз, когда, например, открывается дверца холодильника, что, например, в розничной торговле продуктами питания или в заведениях общественного питания происходит постоянно, в течение всего дня. После достижения желаемой температуры он возвращается к скоростному режиму, при котором коэффициент эффективности максимален, что означает обеспечение необходимой холодопроизводительности при наименьшем потреблении энергии. Будучи быстрее в этих переходах, инверторный компрессор не только экономит энергию, но и лучше сохраняет качество продуктов.
И мы не можем не упомянуть о более низком уровне шума компрессоров с регулируемой скоростью, благодаря тому факту, что инвертор управляет им, чтобы большую часть времени работать на самых низких и более тихих оборотах.
Убираем сложность из уравнения
Ключевым в использовании компрессора с регулируемой скоростью, работающего с инвертором, является то, как заставить всю эту систему работать с оптимальной холодопроизводительностью и экономить энергию. Эта цель достигается за счет настройки набора параметров, которая реализуется электронным контроллером изделия или самим инвертором, когда он сконфигурирован для работы со встроенной логикой управления и более простым контроллером (или даже термостатом).
Встроенная логика управления компрессоров Embraco, называемая Smart Drop-In (SDI), уже второго поколения и была создана для извлечения всех преимуществ компрессоров с регулируемой скоростью в различных применениях. При использовании Smart Drop-in контроллер и термостат будет таким же, как и для компрессоров с фиксированной скоростью, а логика SDI будет отвечать за определение правильной скорости в зависимости от требуемой производительности. Простота заключается в том, что регулировка всего одного параметра позволяет прибору достигать хороших результатов.
Это движение эволюции во встроенной логике управления инвертором позволяет популяризировать компрессор с регулируемой скоростью в коммерческом холодильном оборудовании, даже для небольших OEM-производителей, не всегда располагающих необходимыми внутренними ресурсами для работы со сложными блоками управления. Использование простой встроенной логики управления, такой как Smart Drop-In, упрощает задачу не только при производстве холодильного оборудования, но и при дальнейшем обслуживании на объектах. Без необходимости проходить обширное обучение команда технического обслуживания OEM-производителей подключает компьютер к инвертору и имеет в общей сложности 6 параметров для работы, и это все.
Разрабатываем сегодня решения будущего
Давайте возьмем следующий пример повышения энергоэффективности со встроенной логикой управления. Клиент Nidec Global Appliance, владельца торговой марки холодильных решений Embraco, в своей вертикальной морозильной камере для профессиональных кухонь в настоящее время использует компрессоры из линейки Embraco EMC, самые эффективные старт-стоп компрессоры бренда. Благодаря этому оборудование уже получает категорию «B» по энергопотреблению, чем очень доволен клиент. Никто в сегменте профессиональных кухонь еще не достиг квалификации «A» в этом типе оборудования.
Но заказчик уже работает над тем, чтобы флагманский продукт получил маркировку «А», особенно с учетом того, что рынок общественного питания ожидает внедрение новой версии правил энергоэффективности для холодильного оборудования этого сегмента через 1-2 года.
По этой причине мы недавно протестировали тот же вертикальный морозильник при различных температурах и условиях окружающей среды, используя семейство наиболее энергоэффективных компрессоров Embraco с регулируемой скоростью, FMF, управляемых логикой Smart Drop-In (SDI), и смогли обеспечить снижение энергопотребления на 15,7%. Вот так просто, переход на другой компрессор и настройка трех параметров SDI. Важно добавить, что если бы это сравнение было не с самой энергоэффективной моделью на рынке серии ЕМС, а со среднем компрессором с фиксированной скоростью на R290, то экономия была бы значительно выше, около 25%.
Конечные потребители в сегменте общественного питания будут рассчитывать окупаемость инвестиций с течением времени, и если более эффективный продукт окупится достаточно быстро, это будет правильный выбор.
Универсальность, ведущая к упрощению
С инвертором, запрограммированным на простую в эксплуатации логику управления, компрессор с регулируемой скоростью открывает ряд возможностей для упрощения процессов. Производители холодильного оборудования могут упростить взаимодействие со своим складом компонентов, работая с меньшим количеством различных моделей компрессоров для обеспечения желаемой холодопроизводительности, чем при работе с устройствами с фиксированной скоростью. Как было сказано ранее, инвертор заставляет компрессор достигать более широкого диапазона оборотов, что позволяет использовать один и тот же компрессор для более широкого диапазона размеров оборудования. Это также позволяет использовать один и тот же компрессор для более широкого диапазона температур окружающей среды без ущерба для температурной стабильности.
Инверторы также делают компрессор более надежным при колебаниях напряжения, особенно в условиях низкого напряжения. Кроме того, они могут привести к упрощению управления запасами за счет использования решений с двойным напряжением. В Nidec Global Appliance мы понимаем, что весь портфель инверторов Embraco для коммерческого охлаждения должен иметь два варианта напряжения. Таким образом, с одним и тем же инвертором компрессор с регулируемой скоростью может работать в регионах с напряжением 115 В и 220 В, даже с нестабильными электрическими сетями.
Более того, в компрессоре с регулируемой скоростью, благодаря применяемой технологии, двигатель меньшего размера выполняет ту же работу, что и его аналог с фиксированной скоростью, тем самым уменьшая размер всей системы. Это дает несколько преимуществ, таких как увеличение полезного объема в оборудовании и снижение транспортных расходов.
В заключение можно сказать, что инверторы и компрессоры с регулируемой скоростью способствуют повышению конкурентоспособности за счет экономии энергии, снижения шума, увеличения полезного объема в оборудовании, а также уменьшения затрат на весь модельный ряд продукции за счет использования меньшего количества моделей компрессоров и инверторов.
Данная технология (инвертор+компрессор) в настоящее время уже внедрена в рынок Российской Федерации и успешно реализуется в среднетемпературных и низкотемпературных горках для продуктовых магазинов различного формата.