Šie įrenginiai veikia nepastebimai, vartotojai jų nemato, tačiau pramonėje jie yra nepakeičiami. Šiandien dažnio keitikliai naudojami vandens tiekimo sistemose, maisto pramonės gamyklose, transporto infrastruktūroje, duomenų centruose ir atsinaujinančios energijos projektuose. Jie leidžia procesams vykti efektyviau ir tvariau. Minint šio išradimo 50 metų sukaktį, verta stabtelėti ir įvertinti, kaip ši inovacija pakeitė pasaulį, kodėl ji vis dar tokia svarbi ir kokias galimybes atveria ateičiai.
Tylioji revoliucija judesio valdyme
Dažnio keitikliai reguliuoja elektros variklių greitį ir sukimo momentą, kad jie veiktų tik tiek greitai ir sunaudotų tik tiek energijos, kiek iš tiesų reikia. Iki 1970-ųjų dauguma pramoninių variklių turėjo tik dvi būsenas – įjungta arba išjungta. Siurbliai, ventiliatoriai, kompresoriai, konvejeriai dirbo visu pajėgumu, nepriklausomai nuo realaus poreikio. Dėl to įrenginiai greičiau dėvėjosi, o emisijos buvo didesnės nei būtina.
Viskas pasikeitė atsiradus impulsų pločio moduliacijos (PWM) technologijai. Ji leido tiksliai valdyti voverės narvelio tipo (angl. squirrel cage) asinchroninius variklius, dažniausiai naudojamus pramonėje dėl savo tvirtos ir paprastos konstrukcijos. PWM technologija atvėrė naują judesio valdymo erą, kurioje svarbiausia tapo tikslumas ir greita reakcija.
Pirmuosius įrenginius įdiegė Martti Harmoinen, pagrindinis ABB pirmtako „Strömberg“ inžinierius, kuris vėliau buvo apdovanotas Suomijos inžinerijos premija. 1975 m. jis vadovavo pirmojo komerciškai prieinamo dažnio keitiklio diegimui Karihaaros lentpjūvėje šiaurės Suomijoje. Netrukus dažnio keitikliai buvo pradėti naudoti ir Helsinkio metro traukiniuose.
Šie sėkmingi įgyvendinti projektai įrodė, kad efektyvumas neprivalo būti aukojamas dėl galios. Šis principas iki šiol yra dažnio keitiklių pagrindas – jie varo pramonę visame pasaulyje.
Poveikis, matuojamas megavatais
Nors dažnio keitikliai veikia tyliai ir dažnai nepastebimai, jų poveikis milžiniškas. Apie 45 % visos pasaulio elektros energijos pramonėje paverčiama judesiu – nuo gamybos linijų iki oro kondicionavimo sistemų.
Įdiegus dažnio keitiklius, energijos poreikį galima sumažinti iki 30 %, o kai kuriais atvejais – net iki 80 %. Be to, pagerėja įrenginių veikimo laikas ir sumažėja gedimų tikimybė. Pavyzdžiui, maisto ir gėrimų pramonėje dažnio keitikliai užtikrina tolygų siurblių veikimą ir taip sumažina putojimą pieno perdirbimo metu, kepyklose užtikrina tikslų maišytuvų sukimo momentą ir leidžia linijos konvejeriams atsargiai judinti butelius juos pakuojant. Toks tikslumas garantuoja aukštą produktų kokybę, saugumą ir mažesnes atliekas, kas yra ypač svarbu pramonėje, kurioje galioja griežti reikalavimai ir mažos pelno maržos.
Patikimumas – ne mažiau svarbus. Dažnio keitikliai sumažina mechaninį krūvį, nes varikliai įsijungia tolygiai, o ne staigiai. Ilgainiui tai reiškia ilgesnį įrangos tarnavimo laiką ir sklandesnį darbą. Pramonės šakoms, kur svarbu maksimaliai išnaudoti pajėgumus ir sumažinti prastovas, tokia apsauga nuo trikdžių yra ne mažiau svarbi nei elektros taupymas.
Nepaisant įspūdingo poveikio, dažnio keitiklių naudojimas vis dar nėra plačiai paplitęs. Šiuo metu mažiau nei ketvirtadalis visų pramoninių variklių pasaulyje veikia kartu su dažnio keitikliais, nors tyrimai rodo, kad net ir pastovios apkrovos įrenginiuose (pavyzdžiui, siurbliuose) galima sutaupyti iki 12 % energijos.
Pridėjus kintamos apkrovos įrenginius tokius kaip kompresoriai, vandens valymo sistemos, šildymo ir vėdinimo įranga, energijos sutaupymas būtų dar didesnis. Jei dažnio keitikliai būtų plačiai naudojami tiek kintamos, tiek pastovios apkrovos įrenginiuose, vien Europa galėtų kasmet sutaupyti apie 140 teravatvalandžių elektros energijos. Tai leistų išvengti 38 milijonų tonų CO₂ emisijų, kurių užtektų penkiems milijonams namų aprūpinti elektra visus metus. Todėl dažnio keitiklių integravimas į pramonę yra vienas iš praktiškiausių ir greičiausiai įgyvendinamų žingsnių siekiant klimato neutralumo.
Naujoji karta
Šiuolaikiniai dažnio keitikliai ne tik taupo energiją, bet ir privalo atitikti šiuolaikinius kibernetinio saugumo reikalavimus. Kadangi jie yra pramoninių sistemų dalis, jų saugumas turi būti užtikrintas jau projektavimo stadijoje, kad būtų apsaugoti duomenys, veikimo laikas ir saugumas.
Naujausi ABB dažnio keitikliai, tokie kaip ACS380-E, turi saugumo funkcijas tiek aparatinėje, tiek programinėje įrangoje. Jie uždaro nenaudojamus prievadus, tikrina kodą kiekvieno paleidimo metu ir atitinka naujausius saugumo standartus. Tokie sprendimai padeda kurti daugiasluoksnes apsaugos strategijas, saugančias gamyklas nuo kibernetinių atakų ir trikdžių.
Kita pažangi technologija – itin žemų harmonikų (angl. Ultra-Low Harmonic) dažnio keitikliai, kurie praktiškai pašalina harmoninius iškraipymus, trikdančius elektros tinklus. Itin žemų harmonikų (angl. Ultra-Low Harmonic) dažnio keitikliai ne tik saugo įrangos veikimą, bet ir mažina energijos nuostolius bei gerina bendrą elektros kokybę. Jie nustato naujus standartus tvariai, saugiai ir efektyviai pramonės veiklai.
Pavyzdžiui, Suomijos „Orion“ farmacijos gamyklose, „Calefa“ įdiegė šilumos siurblių sistemas, kurios kasmet tiekia apie 19 300 MWh anglies dvideginio neišskiriančios šilumos. ABB itin žemų harmonikų dažnio keitikliai valdo šių siurblių variklius, užtikrindami efektyvų veikimą ir energijos naudojimą. Dėl to kasmet sumažinamos emisijos 2 200 tonų, o „Orion“ gali siekti patikimos, CO₂ neišskiriančios gamybos tikslų.
Elektrifikacija spartėja, klimato kaitos tikslai tampa vis pasiekemesni, tad energiją taupančios technologijos tampa būtinybe, o ne pasirinkimu.
Praėjus 50 metų, dažnio keitikliai vis dar įkūnija principą „doing more with less“ – tokį patį našumą pasiekiant su mažesnėmis energijos sąnaudomis ir mažesnėmis emisijomis. Jų istorija primena, kad didžiausią poveikį daro dažnai nepastebimos technologijos. Ir nors jau nuėjome ilgą kelią, aišku viena – dažnio keitikliai ir toliau bus būtini pramonės šakoms, kurios maitina, varo, transportuoja ir vėsina mūsų pasaulį. Ir tai – tik pradžia.
Daugiau apie dažnio keitiklių istoriją, inovacijas ir jų ateitį: 50 years of LV drives | ABB
