V kovoprůmyslu a těžbě jsou klíčovými faktory efektivita, snižování nákladů a udržitelnost. V době, kdy jsou marže nízké ( ), musí podniky hledat technické inovace, které optimalizují provoz a sníží spotřebu energie ( ) při zachování produktivity. Jedním z takových příkladů je frekvenční měnič s proměnnými otáčkami, technický prostředek,  který výrazně zvyšuje výkonové vlastnosti elektromotorů přizpůsobením jejich otáček požadovanému zatížení .  Klíčovým faktorem pro dosažení nejlepších výsledků je zajištění toho, aby byl software přizpůsoben dané aplikaci, což vyžaduje odborné znalosti v daném odvětví.

 Jose Giacomoni, hlavní manažer pro obchod s výrobky ve společnosti Nidec, vysvětluje roli frekvenčních měničů a jak mohou optimalizovat výkon elektromotorů.

Tradiční motory pracují při konstantních otáčkách, což často vede k plýtvání energií, když není vyžadován plný výkon.  Frekvenční měnič je výkonové elektronické zařízení, které řídí otáčky a točivý moment elektromotoru změnou napájecího kmitočtu a napětí.  To umožňuje provozovat motory při optimálních otáčkách, čímž se snižuje spotřeba energie a opotřebení zařízení.

Dopravníky a čerpadla

Těžební a kovozpracující závody jsou při přepravě materiálů silně závislé na dopravníkových systémech. Měniče s proměnnými otáčkami umožňují přesné řízení rychlosti , optimalizují pohyb materiálu a snižují spotřebu energie.  Úpravou rychlosti dopravníků na základě zatížení pomáhají měniče předcházet rozsypávání materiálu, opotřebení pásů a nadměrné spotřebě energie.

Těžební provozy také vyžadují rozsáhlé použití čerpadel pro odvodňování, dopravu kalů a chladicí systémy. Starší čerpadla často pracují na plný výkon, což vede k plýtvání energií.  Měniče umožňují dynamickou regulaci otáček a přizpůsobují výkon čerpadel požadavkům, čímž snižují spotřebu energie i opotřebení zařízení.   Podobně i ventilátory v podzemních dolech těží z frekvenčním měničů, které optimalizují cirkulaci vzduchu pomocí regulace otáček, čímž snižují spotřebu energie na základě principů kvadraticko-kubické závislosti.

Drcení a mletí patří mezi energeticky nejnáročnější procesy v těžbě a rafinaci kovů.  Díky použití měničů může obsluha upravit točivý moment drtičů a mlýnů tak, aby odpovídaly měnící se tvrdosti rudy a rychlosti podávání, což výrazně zvyšuje účinnost a snižuje zbytečnou spotřebu energie, zvyšuje produktivitu a zároveň snižuje náklady.

Přesné řízení a funkčnost

Frekvenční měničeč mohou také zlepšit řízení zdvihacích systémů, zajistit tak plynulý zdvih s nižším mechanickým namáháním . To je obzvláště důležité v hlubinných dolech, kde výtahy přepravují těžké náklady na velké vzdálenosti. . Řízené zrychlení a zpomalení zvyšují bezpečnost a zabraňují náhlým pohybům, které by mohly poškodit zařízení. V tomto typu aplikací se hojně využívají rekuperační měničové systémy, známé také jako AFE,  protože využívají přebytečnou energii během brzdění a vrací ji zpět do sítě nebo ji znovu využívají v jiných částech integrovaného systému.

 Během tavení a rafinace mohou z použití frekvenčního měniče těžit různá elektricky poháněná zařízení, jako jsou míchačky, dmychadla a odlévací zařízení. Tyto aplikace vyžadují přesnou regulaci otáček, aby byla zachována kvalita výrobku, sníženy náklady na energii a zajištěny optimální podmínky procesu. Každá operace má své vlastní požadavky a zatímco mechanická zařízení poháněná měniči budou podobná, podrobné řízení a funkčnost zajišťuje programové vybavení.

 Po výběru řešení v závislosti na typu motoru (střídavý, stejnosměrný nebo servo) je dalším krokem zajištění požadovaných výkonových vlastnosti a způsobu řízení.  Moderní měniče, jako jsou například měniče od společnosti Nidec, jsou přizpůsobeny konkrétním aplikacím, aby poskytly požadované vstupy, výstupy, komunikaci, ochranu motoru a integraci s připojeným mechanickým zařízením pro dosažení optimálních vlastností.

Hlavní výhody 

 Porovnání nákladů na instalaci pomocných zařízení v terénu mezi konvenční aplikací s pevnými otáčkami (přímé zapojení, hvězda-trojúhelník, tlumivkový spouštěč atd.) a aplikací s frekvenčním měničem je výhodné díky optimalizaci inteligentního řízení magnetického toku motoru během počátečního spouštěcího cyklu.  Tím se snižují nadměrné rázové proudy, což umožňuje použití tenčích napájecích kabelů a snížení nákladů.  Kromě toho je maximální špičkový odběr elektrické energie během spouštěcího cyklu výrazně nižší, takže základní sazba za elektřinu je nižší.

Optimalizací otáček motoru podle potřeby mohou měniče snížit spotřebu energie o 20 % až 50 %.  Frekvenční měniče zajišťují přesnou regulaci otáček motorů u zařízení, která pracují při kolísavém zatížení, jako jsou dopravníky, drtiče, čerpadla a ventilátory, a nabízejí tak lepší řízení procesů a jejich konzistentnost.

Úspory dosažené zavedením měničů nejsou pouze finanční.  Snížení spotřeby energie je přímo úměrné poklesu souvisejících emisí uhlíku, což přispívá k cílům udržitelnosti  podnikání.  Stále častěji se zavádějí právní předpisy, které posilují nutnost snižování globálních emisí, přičemž průmysloví spotřebitelé energie jsou odpovědní za 37 % celkové spotřeby energie vyrobené na světě.

Udržitelnost

V těžebním průmyslu a při zpracování kovů umožňují měniče plynulejší přizpůsobení procesním požadavkům.  To pomáhá eliminovat kritická místa, zvyšuje propustnost a minimalizuje provozní výpadky.  Výsledkem jsou nižší provozní náklady (OPEX) a snížená uhlíková stopa, což zvyšuje udržitelnost provozu.
 
 Jedním z příkladů procesů s významnou spotřebou energie je chladicí systém, který je pro udržení příjemného pracovního prostředí v podzemních dolech nezbytný.  Energetické audity často poukazují na technickou proveditelnost instalace frekvenčních měničů na čerpadla a ventilátory, což potvrzují i pilotní projekty, které prokazují reálné úspory. 

Měniče tento účinek ve skutečnosti zdvojnásobují.  Motory provozované při nižších proudech nejenže spotřebovávají méně energie, ale také generují méně tepla, což snižuje nároky na chladicí systémy.  Kromě toho měniče přispívají k tiššímu pracovnímu prostředí tím, že minimalizují hluk motorů, čímž dále zlepšují podmínky na pracovišti.

 Provoz elektromotorů při konstantních vysokých otáčkách může vést k nadměrnému mechanickému namáhání, zkrácení životnosti zařízení a zvýšení nákladů na údržbu i poptávky po náhradních dílech.  Měniče tyto problémy zmírňují tím, že snižují namáhání mechanických součástí, prodlužují jejich životnost a snižují potřebu dalších materiálů v podobě náhradních dílů. .

Technické srovnání

 Některých výhod, které přináší měniče, lze dosáhnout pomocí softstartérů, ale před přijetím jakéhokoli rozhodnutí je důležité pochopit rozdíly mezi těmito dvěma přístupy.   Softstartéry představují vylepšení oproti přímému připojení k síti nebo přepínání hvězda-trojúhelník a zvyšují po rampě napájecí napětí motoru, čímž zajišťují regulaci otáček a točivého momentu pouze během rozběhu.

 Často se používají, když mechanický systém poháněný motorem vyžaduje jemný start, aby se zmírnily špičky točivého momentu a napětí spojené s normálním spuštěním, například u dopravníků, ventilátorů s řemenovým pohonem a převodovek.  Softstartéry jsou široce používány díky své jednoduchosti a malým rozměrům, ale existuje mnoho aplikací, které by mohly těžit z pokročilejších funkcí frekvenčních měničů. .

 Měniče s proměnnou rychlostí nabízejí plně nastavitelné otáčky, ideální pro čerpadla, dopravníky a ventilátory, a mohou řídit spouštění, zastavování a zrychlování. Regulace otáček, kterou nabízí frekvenční měnič, může být použita ke snížení tlakových rázů vznikajících v čerpacích systémech, čímž se optimalizuje výkon a prodlužuje životnost.  Umožňují také dynamickou regulaci točivého momentu a plynulý chod, který zajišťuje hladký pohyb v aplikacích, jako jsou výtahy a jeřáby.

 Hlavní výhody však plynou z nepřetržité regulace špiček spotřeby energie a snížení výkonu, když není špičkový výkon potřeba, čímž se minimalizují náklady na energii.  Schopnost udržet otáčky při kolísajících požadavcích na točivý moment je důležitá pro mnoho aplikací, včetně dopravníků, míchaček, mlýnů a drtičů.

Zohlednění prostředí

 Pokud existuje jeden faktor spojující těžbu a zpracování kovů, je to drsné pracovní prostředí, které může zahrnovat abrazivní prach, korozivní slaný vzduch i extrémní teploty.  Použití strojů a jejich ovládacích zařízení je náročná úloha.  Zařízení musí být pečlivě specifikováno, a to nejen z hlediska vhodnosti pro daný úkol, ale také z hlediska odolnosti vůči místním podmínkám prostředí.

Právě proto je výběr dodavatele zařízení tak důležitý.   Pro úspěšnou implementaci je nezbytná spolupráce s výrobcem, který má zkušenosti v daném odvětví a odborné znalosti v konkrétních aplikacích, o nichž se jedná.  V ideálním případě lze jako příklad spolehlivosti a robustnosti realizace uvést několik příkladů z praxe, podložených pozitivními ohlasy provozovatelů.

V případě těžebních aplikací se značka, která v tomto odvětví nabízí dlouhou životnost, často osvědčí i ve všech ostatních odvětvích. Vzhledem k těmto náročným podmínkám a provozním požadavkům budou přizpůsobená řešení pro frelvenční měniče s proměnnými otáčkami poskytovat nejlepší řešení, která zajistí provozovatelům maximální výhody a klid při používání.

Výhled do budoucnosti