Как средство перемещения приводов в выбранное положение в случае отключения источника питания, NEPTRONIC использует конденсаторы высокой емкости. Традиционно эта задача выполнялась при помощи механических приспособлений - механических пружин. Наличие возврата приводов в определенное положение необходимо практически во всех отраслях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, где приводы используются для автоматизации процессов на воздушных заслонках, а также на регулирующих клапанах горячей и холодной воды. Обоснованием этого применения является то, что при аварийном отключении источника питания устройство должно быть установлено в определенное безопасное положение для предотвращения возможных аварийных сутуаций, таких как - повреждение оборудования, например - замерзание калорифера (теплообменника) кондиционера. В системах водоснабжения регулирующий клапан должен переместиться в полностью открытое положение в случае отключения электроснабжения для предотвращения разрывов трубопроводов из‐за замерзания воды в холодную погоду.

Некоторые помещения должны непрерывно охлаждаться из‐за высоких внутренних температур и для них возникает необходимость возврата воздушных заслонок на притоке наружного воздуха в полностью открытое положение для снижения высокой температуры внутри охлаждаемой области. Примерами таких помещений могут быть фабрики и офисные здания в период теплой погоды или жары. Другим примером того, что высокая температура помещения может быть чрезмерной и нежелательной, являются помещения для производства яиц на современных птицефермах, а также внутренние помещения свиноферм. Слишком высокая температура, производимая сельскохозяйственным оборудованием, способна нанести вред многим животным или убить их.

Преимущества системы электронного возврата перед механической пружиной

При возникновении аварийной ситуации, описанной выше, привод перемещает заслонку или клапан в необходимое положение. В приводе, использующем механический возврат заслонки или клапана в безопасное положение при отключении источника питания, двигатель должен завершить вращение, чтобы создать силу возврата, что требует дополнительной энергии. Двигатель должен преодолеть две силы: силу, требуемую для перевода заслонки или клапана в безопасную позицию, а также силу, создаваемую пружиной. Устранив пружину, можно устранить необходимость в использовании дополнительной энергии. Это позволяет увеличить эффективность привода и использовать меньшую энергию или меньший двигатель в приводе, или использовать тот же двигатель и иметь значительно более высокий запас прочности. Эту задачу и решает суперконденсатор.

Другим преимуществом суперконденсатора перед механической пружиной, является полная выработка привода. Пружины, используемые для возврата заслонки или клапана в безопасное положение, имеют относительно высокую нагрузку и высокие внутренние напряжения. Это приводит к износу пружин, перерыву в работе после “X” циклов или падению момента при возврате. Пружины могут быть разработаны так, чтобы иметь значительно более низкие напряжения и более длинный цикл жизни, но при этом необходимо учитывать фактор их стоимости. С целью экономии разработчики пытаются оставить фактор времени (времени хода) или фактор цикла (количества циклов) вне оценки работоспособности прибора. Иногда это не удается и привод оказывается не в состоянии работать должным образом.

Один из главных конкурентов NEPTRONIC гарантирует работу привода, подобного тому, который мы использовали на испытаниях, только для 60’000 циклов. Мы сделали вывод, что этот предел цикла зависит, прежде всего, от оценки жизненного цикла пружины, которую использовал наш конкурент в своем приводе. Как будет отмечено ниже, мы проверили конденсаторы высокой емкости при более чем 800’000 циклах нагрузки в процессе испытаний.

Конденсаторы не показали никаких явных признаков ухудшения характеристик по окончании испытания. В течение нашего испытательного цикла мы должны были заменить механику привода после более чем при 330’000 циклов, для того, чтобы продолжить испытание конденсаторов. 330’000 циклов ‐ более чем в шесть раз гарантируемая работоспособность эквивалентного прибора нашего главного конкурента.

Конденсаторы высокой емкости безопасны - они не представляют никакой опасности в процессе производства, установки изделия или в течение работы. Например, при инвертировании полярности напряжения при изготовлении, или при использовании чрезмерного напряжения, превышающего номинальное в четыре раза, самым плохим результатом станет внутренний сбой конденсатора без внешнего физического проявления. Это значительное отличие от стандартного конденсатора, способного взорваться при подобных условиях. Нет никакой угрозы поражения током от высокоемких конденсаторов в пределах системы Enerdrive System, поскольку значение мощности достаточно низкое.

Высокоемкие конденсаторы полностью безопасны для окружающей среды. Материалы, используемые в их производстве ‐ активированный углерод, каучук, слабая кислота, алюминиевые и пластмассовые элементы ‐ не ядовиты, безопасны и подлежат переработке. Срок годности конденсатора, по оценкам NEC, составляет более 50 лет при нормальных условиях окружающей среды, что является более чем достаточным сроком работы привода.

Циклические испытания, проведенные NEC, изготовителем конденсаторов, и NEPTRONIC проводились при крайних значениях температуры, от +121°C до ‐35°C соответственно. Не было отмечено никаких негативных результатов, приводы и система Enerdrive System продолжили функционировать нормально.

Из‐за простоты системы Enerdrive System, NEPTRONIC может включить ее в модели приводов от 2Нм до 40Нм с любыми цифровыми или аналоговыми сигналами управления, с напряжением питания 24В или 120/230В переменного тока. Этот широкий диапазон приводов с возвратом обеспечит безопасность заслонки или клапана любого производителя.

Наконец, хотя система Enerdrive System предназначена для перемещения в безопасное положение в случае отключения питания, она может также использоваться как дополнительное средство фиксации привода в двух крайних выбранных положениях. Настройка выполняется простым переключателем.

Обзор испытаний

В испытаниях, проведенных NEPTRONIC в 1992г., использовалось два различных испытательных механических стенда.

СТЕНД №1 состоял из трех приводов bbt1060 (современная модель BT060), установленных на двухходовых шаровых клапанах 3/4" со средним моментом 35 in.lb. (4 Nm) каждый (70% номинальной мощности привода). Приводы перемещаются в открытое положение управляющим сигналом, затем сигнал управления отключается, позволяя двигателю возвращаться в закрытое положение под воздействием системы Enerdrive System. Этот цикл продолжается на минимальном отрезке времени, необходимом для перемещения привода в крайние положения. Такая процедура обеспечивает максимальную цикличность нагрузки / разгрузки, обеспечивая наибольшее количество циклов в заданном периоде времени.

Прежде, чем это испытание было остановлено, оно было повторено в более чем 800’000 циклах. При этом не возникло никаких видимых повреждений конденсатора.

СТЕНД №2 применялся при нагрузке 50 in.lb.(5,6Нм) (100 % номинальной нагрузки) на привод. Испытание было выполнено при подъеме груза весом 9.1 фунта через шкив диаметром 11 дюймов, установленный на валу привода bbt1060 (BT060) (рис. 1). Грузу позволяли опуститься. Когда положение остановки было достигнуто и проверено через индикатор положения обратной связи привода, внешнее питание отключалось. Это позволило конденсатору обеспечить питание для подъема груза в верхнее положение.

Положение привода проверялось через систему обратной связи. Непосредственно на конденсаторах проверялось напряжение заряда. Когда оно достигло 3.0В, питание

подавалось снова, чтобы повторно начать цикл. Это испытание контролировало полный заряд, разряд и рабочие характеристики конденсаторов (рис. 2). Испытание проверяло полный

диапазон эксплуатационных режимов привода.

Это испытание было повторено более чем 175’000 раз. При этом не возникло никаких видимых повреждений конденсаторов.

Резюме

Стандартные приводы были оснащены высокоемкими конденсаторами (для их перемещения в безопасное положение в случае отключения источника питания) вместо пружин, обычно

выполняющих эту функцию.

ТЕСТ №1: приводы, оснащенные конденсаторами высокой емкости вместо пружин были проверены при нагрузке 70%. Испытываемые приборы регулярно проверялись на наличие повреждений. В 333’415 циклах в приводе возникали проблемы с механикой двигателя. Механизм привода был заменен, и испытание продолжалось. Тест был остановлен после 800’000 циклов, при этом приводы и конденсаторы сохраняли свои характеристики.

ТЕСТ №2: приводы, оснащенные конденсаторами высокой емкости вместо пружин были проверены при нагрузке 100 %. Испытываемые приборы регулярно проверялись на наличие повреждений. Тест был остановлен после 175’000 циклов, при этом приводы и конденсаторы сохраняли свои характеристики.

СПРАВОЧНО:

Система Enerdrive: Система возврата привода в безопасное положение при отключении питания/Электронная возвратная пружина на основе конденсатора высокой емкости

– Более 300 000 циклов (механическая пружина ~60 000 циклов)

– Патент США №5278454, европейский патент №0647366