Eficienţa energetică – caracteristică principală a produselor dezvoltate de ICPE ACTEL S.A. (XLIV)

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

Eficienţa energetică – caracteristică principală a produselor dezvoltate de ICPE ACTEL S.A. (XLIV)

În numărul trecut am prezentat câteva din aplicațiile ICPE ACTEL în domeniul tracțiunii folosind un sistem de acționare în care elementul de execuție – conversie este tandemul convertor c.a./c.c. – motor de curent continuu cu excitație serie. S-au evidențiat în articol avantajele și dezavantajele utilizării motorului de cc cu excitație serie, caracteristicile statice și dinamice ale funcționării acestui ansamblu precum și măsurile ce trebuiesc avute în vedere pentru a se asigura o eficiență energetică maximă a transferului energie-lucru mecanic la axul motorului. S-au trecut în revistă aplicații caracteristice în domeniul tracțiunii feroviare și navale.

1. Introducere

Revin asupra unei aplicații foarte des întâlnite în aplicațiile industriale și anume managementul bateriilor de acumulatori utilizate pentru asigurarea unei surse de energie strict necesare în menținerea unei siguranțe a consumatorilor vitali. Cele mai vizate aplicații sunt legate de lanțul produceretransport- distribuție energie electrică dar și în foarte multe unități industriale unde nu sunt acceptate întreruperi ale alimentării cu energie electrică din rețeaua publică.

În astfel de aplicații sunt implicate bateriile de acumulatori cu plumb sau alcaline și redresoarele – sursă care funcționează în tampon cu acestea pentru a le asigura energia necesară acumulării și stocării acesteia pentru momentele în care este nevoie de acest sistem. Problemele legate de importanța aplicațiilor și mai ales de eficiența energetică în utilizarea redresoarelor și bateriilor de acumulatori sunt tratate cu oarecare superficialitate de utilizatori motiv pentru care voi reveni cu câteva lucruri suplimentare la o prezentare ulterioară.

2. Bateria de acumulatori

Dintre elementele caracteristice ale unei baterii de acumulatori, în speță ale unui acumulator, din punct de vedere al acestor caracteristici care sunt strâns legate de eficiența energetică ale utilizării acestuia, mă voi opri la următoarele:

2.1. Rezistenţa electrică interioară

În principiu, rezistența internă electrică a unui acumulator este o sumă a rezistențelor parțiale ale plăcilor, separatoarelor, electrolitului, punților de legătură și bornelor exterioare. Constructorii de acumulatori fac eforturi mari pentru a obține soluțiile cele mai bune pentru a minimiza rezistențele interne parțiale, unele rămânând cvasiconstante pe durata utilizării.

Sunt însă rezistențe interne parțiale care-și modifică valoarea în timpul funcționării, rolul utilizatorilor este acela de a găsi mijloace de a le minimiza. Rezistența internă totală r a unui acumulator se exprimă cu relația:

r=U-Eb1

unde:

  • U este tensiunea aplicată la bornele bateriei de la sursa exterioară

  • Eb este tensiunea la bornele bateriei în circuit deschis

  • I este curentul absorbit din sursa de tensiune

Se observă din relația 1 că o valoare cât mai mica a rezistenței r evidențiază o stare de acumulator cu posibilități maxime de a fi eficient în utilizare.

2.2. Capacitatea acumulatorului

Se măsoară în Amper–ore (Ah) și reprezintă cantitatea de energie restituită de un accumulator încărcat într-o perioadă de timp. Capacitatea unui acumulator este influențată atât de factori interni (construcție) dar și de factori externi cum ar fi temperatura mediului în care lucrează acumulatorul și tensiunea de descărcare. Capacitatea se poate calcula cu câteva formule empirice după cum urmează: Funcție de dimensiunile constructive:

Unde:

  • L și H sunt dimensiunile plăcilor active

  • n – numărul de plăci active

  • d – grosimea plăcii active

Formula (2) este cunoscută sub numele formulei lui Drotschmann. Funcție de curentul de descărcare al acumulatorului, capacitatea se poate exprima cu relația (3), cunoscută ca formula lui Penkert

C= In*t

  • n este un indice care ține cont de calitatea plăcilor active și care are valori cuprinse între 1 și 2

 

2.3. Randamentul acumulatorului

Randamentul unui acumulator se poate exprima în două moduri:

  • Raportul cantităților de electricitate primită și  restituită și/sau

  • Raportul energiilor cedate la descărcare și primită la încărcare

Indiferent de modul de exprimare pentru determinarea randamentului sunt necesare încărcarea și mai ales descărcarea controlată a acumulatorului la curent constant. De aceea, importanța menținerii unui randament sporit al acumulatorului (0,65 – 0,75) este strâns legată de utilizarea unui redresor performant care să asigure încărcarea și mai ales descărcarea la curent constant.

Descărcarea poate fi:

  • Normală, completă la regimul nominal al acumulatorului

  • Controlată, la curent constant pentru caracterizarea reală a stării bateriei și pentru maximizarea performanțelor acesteia

  • Parțială până la 0,8 C nominală și 1,93 V / element de încărcare.

3. Redresorul - sursa de alimentare în tampon cu bateria de acumulatori

Funcționarea redresorului în tampon cu bacteria de acumulatori este echivalentă cu funcționarea unui redresor pe o sarcină de tip RE. Schema electrică de principiu este prezentată în figura 1.

  • FIGURA 1. Schema electrica de principiu a funcționarii unui redresor pe sarcina RE

Funcție de relația tensiunilor US și UD vom întâlni și folosi pentru redresorul (convertorul ca/cc) U următoarele regimuri de funcționare care pun în valoare cerințele enumerate în capitolul 2 privind bateria de acumulatori.

3.1. Regimul de redresor

În acest regim, energia primită de la sursa de alimentare IN este transferată controlat către bacteria de acumulatori E. Din punct de vedere al transferului energetic sursă de alimentare – sarcină, starea de conducție a convertorului U se realizează în intervalul de timp în care:

US > E (4)

În intervalul de conducție al convertorului U:

US = UD + ΔUU = UL + UR + E (5)

Neglijând căderile de tensiune ΔUU și UL în procesul de conducție putem aprecia că:

US = Rid + E (6)

Introducerea inductanței L în circuit are rolul de a micșora regimul de curent întrerupt și de a netezi curentul id.

unde:

Valoarea medie a tensiunii redresate:

Pentru un unghi oarecare, α, de aprindere al tiristoarelor din componeneta U, tensiunea medie redresată este:

Deci, în acest regim de conducție cu ajutorul redresorului U se poate asigura atât regimul de curent constant Id, cât și regimul de tensiune constantă Ud.

Pentru redresoarele executate de ICPE ACTEL regimul de curent constant, numit si regim normal, este folosit pentru următoarele regimuri dedicate bateriei de acumulatori:  formare  încărcare

  • egalizare

  • descărcare baterie cu redresorul funcționând în regim de invertor.

Regimul de tensiune constantă, numit și „floating” sau automat este folosit pentru utilizarea bateriei în regim de durată la bornele consumatorilor,

3.2. Regimul de invertor

Față de regimul de redresor, prezentat mai sus, în acest regim energia bateriei este transferată în regim controlat sursei de alimentare. Schema electrică de principiu este prezentată în figura 2.

  • FIGURA 2. Schema electrica de principiu a funcționarii unui redresor în regim de invertor pe sarcina RE

În acest regim redresorul comandat U funcționează în regim de invertor cu comutație natural pilotat de rețeaua IN cu unghiul de comandă α al tiristoarelor între 90o și 150o.

Neglijând căderea de tensiune pe inductanța L rezultă:

Curentul id nu poate fi negativ, tiristoarele din U asigurând o conducție unidirecțională, schimbarea polarității tensiunii E și comanda redresorului în cadranul II fac ca în relația 14, < 0, E < 0 și

  • 0, rezultând de aici faptul că > .

În acest fel fluxul de energie este orientat spre rețeaua de curent alternativ, rețea care primește putere activă din bateria de acumulatori dar care furnizează energie reactivă pentru asigurarea comutației tiristoarelor.

Este modul cel mai eficient de a descărca bateriile la curent constant, cu un aport important în ceea ce privește eficiența energetică, fără rezistențe de descărcare, într-un timp de mentenanță net inferior și fără intervenția subiectivă a operatorului de întreținere.

4. Concluzii

Am prezentat mai sus una dintre facilitățile pe care redresoarele ICPE ACTEL le au în raportul funcționării în tampon cu bateria de acumulatori, și anume descărcarea acesteia în mod programat, la curent constant. Astfel se asigură cerințele constructorului de acumulatori și, indirect, prin economiile de energie, mai ales mentenanța acestora. Pe piața de produse similare sunt foarte multe oferte, care nu prezintă această oportunitate, produse pe care piața le cumpără fără să aibă în vedere importanța întreținerii bateriilor de acumulatori conform cerințelor fabricantului.

În viitorul apropiat specialiștii ICPE ACTEL vor demara dezvoltarea unor noi facilități care din punct de vedere tehnico-economic vor rezolva cea mai mare parte din cerințele constructorilor de acumulatori dar și ale profesioniștilor în aplicațiile cu acestea.


ION POTÂRNICHE este dr. ing., Director General ICPE ACTEL


 


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord