Калі два аднолькавыя рухавікі працуюць на частаце 50 Гц, адзін выкарыстоўвае пераўтваральнік частаты, а другі не, і хуткасць і крутоўны момант адпавядаюць намінальнаму стану рухавіка, ці можа пераўтваральнік частаты зэканоміць энергію? Колькі можна зэканоміць?
Адказ: У гэтым выпадку пераўтваральнік частаты можа толькі палепшыць каэфіцыент магутнасці і не можа эканоміць электраэнергію.
1. Пераўтварэнне частаты не можа эканоміць электраэнергію ўсюды, і ёсць шмат выпадкаў, калі пераўтварэнне частаты не абавязкова эканоміць электраэнергію.
2. Як электронная схема, сам пераўтваральнік частаты таксама спажывае энергію (каля 2-5% ад намінальнай магутнасці).
3. Гэта факт, што пераўтваральнікі частаты працуюць на прамысловай частаце і маюць функцыі энергазберажэння. Але яго абавязковай умовай з'яўляецца:
Па-першае, сама прылада мае функцыю энергазберажэння (праграмная падтрымка), якая адпавядае патрабаванням усёй сістэмы або працэсу;
Па-другое, працяглая бесперапынная праца.
Акрамя таго, не мае значэння, эканоміць ён электраэнергію ці не, гэта бессэнсоўна. Калі кажуць, што пераўтваральнік частоты працуе энергазберагальна без якіх-небудзь папярэдніх умоў, гэта перабольшанне або камерцыйная спекуляцыя. Ведаючы ўсю гісторыю, вы спрытна выкарыстаеце яго на карысць сабе. Абавязкова звяртайце ўвагу на сітуацыю і ўмовы выкарыстання, каб правільна іх ужыць, інакш вы будзеце сляпо ісці за ім, лёгка верыць і быць падманутым.
Пры выкарыстанні пераўтваральнікаў частаты ў нас часта ўзнікаюць наступныя памылковыя ўяўленні:
Памылка 1: Выкарыстанне пераўтваральніка частаты можа зэканоміць электраэнергію
У некаторых літаратурных даных сцвярджаецца, што пераўтваральнікі частаты з'яўляюцца энергазберагальнымі прыладамі кіравання, ствараючы ўражанне, што выкарыстанне пераўтваральнікаў частаты можа эканоміць электраэнергію.
Фактычна, прычына, па якой пераўтваральнікі частаты могуць эканоміць электраэнергію, заключаецца ў тым, што яны могуць рэгуляваць хуткасць электрарухавікоў. Калі пераўтваральнікі частаты з'яўляюцца энергазберагальнымі прыладамі кіравання, то ўсё абсталяванне для рэгулявання хуткасці таксама можна лічыць энергазберагальнымі прыладамі кіравання. Пераўтваральнік частаты толькі крыху больш эфектыўны і мае большы каэфіцыент магутнасці, чым іншыя прылады рэгулявання хуткасці.
Ці можа пераўтваральнік частоты дасягнуць эканоміі энергіі, вызначаецца характарыстыкамі рэгулявання хуткасці яго нагрузкі. Для такіх нагрузак, як цэнтрабежныя вентылятары і цэнтрабежныя помпы, крутоўны момант прапарцыйны квадрату хуткасці, а магутнасць — кубу хуткасці. Пакуль выкарыстоўваецца зыходны клапан кіравання патокам і ён не працуе з поўнай нагрузкай, пераход на рэжым рэгулявання хуткасці можа дасягнуць эканоміі энергіі. Калі хуткасць падае да 80% ад зыходнай, магутнасць складае толькі 51,2% ад зыходнай. Можна заўважыць, што прымяненне пераўтваральнікаў частоты ў такіх нагрузках мае найбольш значны эфект эканоміі энергіі. Для такіх нагрузак, як вентылятары Рутса, крутоўны момант не залежыць ад хуткасці, г.зн. нагрузка з пастаянным крутоўным момантам. Калі зыходны метад выкарыстання вентыляцыйнага клапана для выпуску лішняга аб'ёму паветра для рэгулявання аб'ёму паветра змяніць на рэжым рэгулявання хуткасці, гэта таксама можа дасягнуць эканоміі энергіі. Калі хуткасць падае да 80% ад зыходнага значэння, магутнасць дасягае 80% ад зыходнага значэння. Эфект эканоміі энергіі значна меншы, чым пры прымяненні ў цэнтрабежных вентылятарах і цэнтрабежных помпах. Пры нагрузках з пастаяннай магутнасцю магутнасць не залежыць ад хуткасці. Пастаянная электрычная нагрузка на цэментным заводзе, напрыклад, канвеерныя вагі, запавольвае хуткасць стужкі пры тоўстым пластыку матэрыялу пры пэўных умовах патоку; калі пласт матэрыялу тонкі, хуткасць стужкі павялічваецца. Прымяненне пераўтваральнікаў частаты пры такіх нагрузках не дазваляе эканоміць электраэнергію.
У параўнанні з сістэмамі рэгулявання хуткасці пастаяннага току, рухавікі пастаяннага току маюць больш высокі ККД і каэфіцыент магутнасці, чым рухавікі пераменнага току. ККД лічбавых рэгулятараў хуткасці пастаяннага току параўнальны з ККД пераўтваральнікаў частаты і нават крыху вышэйшы за ККД пераўтваральнікаў частаты. Такім чынам, няправільна сцвярджаць, што выкарыстанне асінхронных рухавікоў пераменнага току і пераўтваральнікаў частаты эканоміць больш электраэнергіі, чым выкарыстанне рухавікоў пастаяннага току і рэгулятараў пастаяннага току, як тэарэтычна, так і практычна.
Памылка 2: Выбар магутнасці пераўтваральніка частоты заснаваны на намінальнай магутнасці рухавіка.
У параўнанні з электрарухавікамі, пераўтваральнікі частаты адносна дарагія, таму вельмі важна разумна знізіць магутнасць пераўтваральнікаў частаты, забяспечваючы пры гэтым бяспечную і надзейную працу.
Магутнасць пераўтваральніка частоты адносіцца да магутнасці 4-полюснага асінхроннага рухавіка пераменнага току, для якога ён падыходзіць.
З-за рознай колькасці полюсаў рухавікоў аднолькавай магутнасці намінальны ток рухавіка змяняецца. Па меры павелічэння колькасці полюсаў у рухавіку павялічваецца і намінальны ток рухавіка. Выбар магутнасці пераўтваральніка частоты не можа грунтавацца на намінальнай магутнасці рухавіка. У той жа час, для праектаў рэканструкцыі, у якіх першапачаткова не выкарыстоўваліся пераўтваральнікі частоты, выбар магутнасці пераўтваральнікаў частоты не можа грунтавацца на намінальным току рухавіка. Гэта звязана з тым, што пры выбары магутнасці электрарухавіка неабходна ўлічваць такія фактары, як максімальная нагрузка, каэфіцыент лішку і характарыстыкі рухавіка. Часта лішак вялікі, і прамысловыя рухавікі часта працуюць на 50%-60% ад намінальнай нагрузкі. Калі магутнасць пераўтваральніка частоты выбіраецца на аснове намінальнага току рухавіка, застаецца занадта вялікі запас, што прыводзіць да эканамічных страт, і надзейнасць не паляпшаецца.
Для рухавікоў з каротказамкнутым ротарам выбар магутнасці пераўтваральніка частоты павінен грунтавацца на прынцыпе, што намінальны ток пераўтваральніка частоты большы або роўны 1,1 раза максімальнаму нармальнаму працоўнаму току рухавіка, што дазваляе максімальна зэканоміць сродкі. У такіх умовах, як пуск пры вялікай нагрузцы, высокая тэмпература навакольнага асяроддзя, рухавік з абмоткай, сінхронны рухавік і г.д., магутнасць пераўтваральніка частоты варта адпаведна павялічыць.
Для канструкцый, якія з самага пачатку выкарыстоўваюць пераўтваральнікі частоты, зразумела, што магутнасць пераўтваральніка частоты трэба выбіраць у залежнасці ад намінальнага току рухавіка. Гэта звязана з тым, што магутнасць пераўтваральніка частоты нельга выбраць у залежнасці ад рэальных умоў эксплуатацыі ў дадзены момант. Вядома, каб скараціць інвестыцыі, у некаторых выпадках магутнасць пераўтваральніка частоты спачатку можа быць нявызначанай, а пасля пэўнага часу працы абсталявання яе можна выбраць у залежнасці ад фактычнага току.
У сістэме другаснага памолу цэментнага млына дыяметрам 2,4 м × 13 м на адной цэментнай кампаніі ва Унутранай Манголіі выкарыстоўваецца адзін высокаэфектыўны селектар парашка N-1500 O-Sepa айчыннай вытворчасці, абсталяваны электрарухавіком мадэлі Y2-315M-4 магутнасцю 132 кВт. Аднак абраны пераўтваральнік частаты FRN160-P9S-4E, які падыходзіць для 4-полюсных рухавікоў магутнасцю 160 кВт. Пасля ўводу ў эксплуатацыю максімальная рабочая частата складае 48 Гц, а ток — усяго 180 А, што складае менш за 70% ад намінальнага току рухавіка. Сам рухавік мае значную лішнюю магутнасць. А характарыстыкі пераўтваральніка частаты на адзін узровень вышэйшыя за характарыстыкі прываднага рухавіка, што прыводзіць да непатрэбных страт і не павышае надзейнасць.
Сістэма падачы вапняковай драбнілкі № 3 на цэментным заводзе Аньхой Чаоху выкарыстоўвае пласціністы падавальнік памерам 1500 × 12000, а ў якасці прываднага рухавіка выкарыстоўваецца рухавік пераменнага току Y225M-4 з намінальнай магутнасцю 45 кВт і намінальным токам 84,6 А. Перад пераўтварэннем частаты і рэгуляваннем хуткасці падчас выпрабаванняў было ўстаноўлена, што пры нармальным прывадзе рухавіка пласціністы падавальнік сярэдні трохфазны ток складае ўсяго 30 А, што складае толькі 35,5% ад намінальнага току рухавіка. Для эканоміі інвестыцый быў абраны пераўтваральнік частаты ACS601-0060-3 з намінальным выхадным токам 76 А, які падыходзіць для 4-полюсных рухавікоў магутнасцю 37 кВт, што забяспечвае добрую прадукцыйнасць.
Гэтыя два прыклады паказваюць, што для праектаў рэканструкцыі, у якіх першапачаткова не выкарыстоўваліся пераўтваральнікі частаты, выбар магутнасці пераўтваральніка частаты ў залежнасці ад рэальных умоў эксплуатацыі можа значна скараціць інвестыцыі.
Памылка 3: Рухавікі агульнага прызначэння могуць працаваць толькі з паніжанай хуткасцю, выкарыстоўваючы пераўтваральнікі частаты ніжэй за іх намінальную хуткасць перадачы.
Класічная тэорыя сцвярджае, што верхняя мяжа частаты універсальнага рухавіка складае 55 Гц. Гэта тлумачыцца тым, што калі для працы хуткасць рухавіка неабходна рэгуляваць вышэй за намінальную, частата статара павялічваецца вышэй за намінальную частату (50 Гц). У гэты момант, калі для кіравання ўсё яшчэ выконваецца прынцып пастаяннага крутоўнага моманту, напружанне статара павялічваецца вышэй за намінальнае напружанне. Такім чынам, калі дыяпазон хуткасці вышэй за намінальную хуткасць, напружанне статара павінна падтрымлівацца пастаянным на ўзроўні намінальнага напружання. У гэты момант, па меры павелічэння хуткасці/частоты, магнітны паток памяншаецца, што прыводзіць да зніжэння крутоўнага моманту пры тым жа току статара, змякчэння механічных характарыстык і значнага зніжэння перагрузачнай здольнасці рухавіка.
З гэтага відаць, што верхняя мяжа частаты універсальнага рухавіка складае 55 Гц, што з'яўляецца абавязковай умовай:
1. Напружанне статара не можа перавышаць намінальнае напружанне;
2. Рухавік працуе на намінальнай магутнасці;
3. Пастаянны крутоўны момант нагрузкі.
У вышэйзгаданай сітуацыі тэорыя і эксперыменты даказалі, што калі частата перавышае 55 Гц, крутоўны момант рухавіка зніжаецца, механічныя характарыстыкі становяцца мякчэйшымі, перагрузачная здольнасць змяншаецца, спажыванне жалеза хутка павялічваецца, а нагрэў становіцца моцным.
Аўтар лічыць, што рэальныя ўмовы эксплуатацыі электрарухавікоў паказваюць, што рухавікі агульнага прызначэння можна паскараць з дапамогай пераўтваральнікаў частаты. Ці можна павялічыць хуткасць са зменнай частатой? Наколькі можна павялічыць? У асноўным гэта вызначаецца нагрузкай, якую пераносіць электрарухавік. Па-першае, неабходна вызначыць, якая хуткасць нагрузкі. Па-другое, неабходна разумець характарыстыкі нагрузкі і рабіць разлікі, зыходзячы з канкрэтнай сітуацыі нагрузкі. Кароткі аналіз выглядае наступным чынам:
1. Фактычна, універсальны рухавік на 380 В можа працаваць працяглы час, калі напружанне статара перавышае 10% ад намінальнага напружання, не ўплываючы на ізаляцыю і тэрмін службы рухавіка. Напружанне статара павялічваецца, крутоўны момант значна павялічваецца, ток статара памяншаецца, а тэмпература абмоткі зніжаецца.
2. Каэфіцыент нагрузкі электрарухавіка звычайна складае ад 50% да 60%.
Звычайна прамысловыя рухавікі працуюць на 50%-60% ад сваёй намінальнай магутнасці. Паводле разлікаў, калі выходная магутнасць рухавіка складае 70% ад намінальнай магутнасці, а напружанне статара павялічваецца на 7%, ток статара памяншаецца на 26,4%. Пры гэтым, нават пры пастаянным рэгуляванні крутоўнага моманту і выкарыстанні пераўтваральніка частаты для павелічэння хуткасці рухавіка на 20%, ток статара не толькі не павялічваецца, але і памяншаецца. Нягледзячы на тое, што страты ў сталі рухавіка рэзка павялічваюцца пасля павелічэння частаты, цяпло, якое выпрацоўваецца ім, нязначнае ў параўнанні з цяплом, якое памяншаецца пры зніжэнні току статара. Такім чынам, тэмпература абмоткі рухавіка таксама значна зніжаецца.
3. Існуюць розныя характарыстыкі нагрузкі
Сістэма прывада электрарухавіка абслугоўвае нагрузку, а розныя нагрузкі маюць розныя механічныя характарыстыкі. Электрарухавікі павінны адпавядаць патрабаванням да механічных характарыстык нагрузкі пасля паскарэння. Згодна з разлікамі, максімальна дапушчальная рабочая частата (fmax) для нагрузак з пастаянным крутоўным момантам пры розных хуткасцях нагрузкі (k) адваротна прапарцыйная хуткасці нагрузкі, г.зн. fmax=fe/k, дзе fe - намінальная частата магутнасці. Для нагрузак з пастаянным крутоўным момантам максімальна дапушчальная рабочая частата агульных рухавікоў у асноўным абмежавана механічнай трываласцю ротара і вала рухавіка. Аўтар лічыць, што звычайна мэтазгодна абмежаваць яе ў межах 100 Гц.
Прыклад прымянення:
Ланцуговы каўшовы канвеер на адной фабрыцы мае пастаянную нагрузку круцячага моманту, і з-за павелічэння вытворчасці хуткасць яго рухавіка неабходна павялічыць на 20%. Мадэль рухавіка - Y180L-6, з намінальнай магутнасцю 15 кВт, намінальным напружаннем 380 В, намінальным токам 31,6 А, намінальнай хуткасцю 980 аб/мін, ККД 89,5%, каэфіцыентам магутнасці 0,81, рабочым токам 18-20 А, максімальнай рабочай магутнасцю 7,5 кВт у нармальных умовах і хуткасцю нагрузкі 50%. Пасля ўстаноўкі пераўтваральніка частаты CIMR-G5A4015 рабочая частата складае 60 Гц, хуткасць павялічваецца на 20%, максімальнае выходнае напружанне пераўтваральніка частаты ўстаноўлена на 410 В, рабочы ток рухавіка складае 12-15 А, што зніжаецца прыкладна на 30%, а тэмпература абмоткі рухавіка значна зніжаецца.
Памылка 4: Ігнараванне ўласцівых характарыстык пераўтваральнікаў частаты
The debugging work of the frequency converter is usually completed by the distributor, and there will be no problems. The installation of a frequency converter is relatively simple and usually completed by the user. Some users do not carefully read the user manual of the frequency converter, do not strictly follow the technical requirements for construction, ignore the characteristics of the frequency converter itself, equate it with general electrical components, and act based on assumptions and experience, laying hidden dangers for faults and accidents.
According to the user manual of the frequency converter, the cable connected to the motor should be a shielded cable or armored cable, preferably laid in a metal tube. The ends of the cut cable should be as neat as possible, the unshielded segments should be as short as possible, and the cable length should not exceed a certain distance (usually 50m). When the wiring distance between the frequency converter and the motor is long, the high harmonic leakage current from the cable will have adverse effects on the frequency converter and surrounding equipment. The grounding wire returned from the motor controlled by the frequency converter should be directly connected to the corresponding grounding terminal of the frequency converter. The grounding wire of the frequency converter should not be shared with welding machines and power equipment, and should be as short as possible. Due to the leakage current generated by the frequency converter, if it is too far from the grounding point, the potential of the grounding terminal will be unstable. The minimum cross-sectional area of the grounding wire of the frequency converter must be greater than or equal to the cross-sectional area of the power supply cable. To prevent misoperation caused by interference, control cables should use twisted shielded wires or double stranded shielded wires. At the same time, be careful not to touch the shielded network cable with other signal lines and equipment casings, and wrap it with insulating tape. To avoid being affected by noise, the length of the control cable should not exceed 50m. The control cable and motor cable must be laid separately, using separate cable trays, and kept as far away as possible. When the two must cross, they should be crossed vertically. Never put them in the same pipeline or cable tray. However, some users did not strictly follow the above requirements when laying cables, resulting in the equipment running normally during individual debugging but causing serious interference during normal production, making it unable to operate.
If the secondary air temperature gauge of a cement plant suddenly shows abnormal readings: the indicated value is significantly low and fluctuates greatly. It has been running very well before this. Checked thermocouples, temperature transmitters, and secondary instruments, no issues were found. What are the relevant? When the instrument was moved to another measuring point, it operated completely normally. However, when similar instruments from other measuring points were replaced here, the same phenomenon also occurred. Later, it was discovered that a new frequency converter had been installed on the motor of cooling fan No. 3 in the grate cooler, and it was only after the frequency converter was put into use that the secondary air temperature gauge showed abnormal readings. Stop the frequency converter and immediately restore the secondary air temperature gauge to normal; Restarting the frequency converter, the secondary air temperature gauge showed abnormal readings again. After repeated testing several times, it was determined that the interference from the frequency converter was the direct cause of the abnormal display on the secondary air temperature gauge. The fan is a centrifugal ventilator, which originally used valves to adjust the air volume, but later changed to variable frequency speed regulation to adjust the air volume. Due to the large amount of dust and harsh environment on site, the frequency converter is installed in the MCC (Motor Control Center) control room. For the convenience of construction, the frequency converter is connected to the lower side of the main contactor of the fan, and the output cable of the frequency converter uses the power cable of the fan motor. The power cable of the fan motor is a PVC insulated non steel armored sheathed cable, and is laid parallel to the secondary air temperature meter signal cable in different bridge layers of the same cable trench. It can be seen that it is precisely because the output cable of the frequency converter does not use armored cables or be laid through iron pipes that interference phenomena occur. This lesson should be given special attention to renovation projects that did not originally use frequency converters.
Асаблівую ўвагу варта надаваць штодзённаму тэхнічнаму абслугоўванню пераўтваральнікаў частоты. Некаторыя электрыкі адразу ўключаюць пераўтваральнік частоты для тэхнічнага абслугоўвання, як толькі выяўляюць няспраўнасць, і адключаюць яго. Гэта вельмі небяспечна і можа прывесці да паражэння электрычным токам. Гэта звязана з тым, што нават калі пераўтваральнік частоты не працуе або электрасілкаванне адключана, на ўваходнай лініі харчавання, клемме пастаяннага току і клемме рухавіка пераўтваральніка частоты можа заставацца напружанне з-за наяўнасці кандэнсатараў. Пасля адключэння выключальніка неабходна пачакаць некалькі хвілін, каб пераўтваральнік частоты цалкам разрадзіўся, перш чым пачынаць працу. Некаторыя электрыкі прывыклі неадкладна праводзіць выпрабаванні ізаляцыі рухавіка, які прыводзіцца ў рух сістэмай прывада са зменнай частатой, з дапамогай вібрацыйнага стала, калі яны заўважаюць адключэнне сістэмы, каб вызначыць, ці не згарэў рухавік. Гэта таксама вельмі небяспечна, бо можа лёгка прывесці да ўзгарання пераўтваральніка частоты. Таму перад адключэннем кабеля паміж рухавіком і пераўтваральнікам частоты нельга праводзіць выпрабаванні ізаляцыі ні на рухавіку, ні на кабелі, які ўжо падключаны да пераўтваральніка частоты.