Leverandører af energifeedback-enheder til frekvensomformere minder om, at anvendelsesområdet for pumper, ventilatorer og andet udstyr i moderne industriel automatiseringsproduktion bliver mere og mere omfattende. Deres forbrug af elektrisk energi, drosselstab i bafler, ventiler og andet udstyr samt daglige vedligeholdelses- og reparationsomkostninger tegner sig for næsten 20% af omkostningerne. Dette er en betydelig produktionsomkostning. Med den økonomiske udvikling, de intensiverede reformer og den stigende markedskonkurrence er energibesparelser og forbrugsreduktion gradvist blevet et vigtigt middel til at forbedre produktkvaliteten og reducere produktionsomkostningerne.
1. Grundlæggende teori om energibesparende teknologi med variabel frekvens
Det grundlæggende princip i frekvensomdannelsesteknologi er, at frekvensen af den vekselstrøm, der anvendes af elektrisk udstyr, opretholdes i en fast tilstand i en længere periode. Anvendelsen af frekvensomdannelsesteknologi er at gøre frekvensen til en ressource, der kan justeres og udnyttes frit. I dag er den mest aktive og hurtigst udviklende teknologi med variabel frekvens hastighedsreguleringsteknologien med variabel frekvens.
Frekvensomdannelsesteknologi omfatter computerteknologi, effektelektronikteknologi og kliktransmissionsteknologi. Det er en omfattende teknologi, der kombinerer mekanisk udstyr og stærk og svag elektricitet. Det refererer til omdannelsen af signalet fra effektfrekvensstrømmen til andre frekvenser, hvilket hovedsageligt opnås gennem halvlederkomponenter. Derefter omdannes vekselstrømmen til jævnstrøm, og inverteren regulerer strømmen og spændingen, samtidig med at der opnås trinløs hastighedsregulering af det elektromekaniske udstyr. Kort sagt er frekvensomdannelsesteknologi at styre en motors hastighed ved at ændre strømmens frekvens og derved effektivt styre motorudstyret. Dette opnås alt sammen på basis af den årlige stigning i strømfrekvens og motorhastighed. Det karakteristiske ved frekvensomdannelsesteknologi er, at den kan sikre motorens jævnhed, automatisk styre acceleration og deceleration og reducere energiforbruget, samtidig med at arbejdseffektiviteten forbedres.
I den daglige brug af frekvensomformere anvendes primært direkte momentstyring og vektorstyring. I den fremtidige udvikling af frekvensomformere vil der blive anvendt kunstige neurale netværk og fuzzy self-optimering-kontrolmetoder. Desuden vil deres omfattende kapacitet blive stadig højere i takt med at frekvensomformere udvikles. Ud over at udføre grundlæggende hastighedsreguleringsfunktioner har de også internt indstillede kommunikations-, programmerings- og parameteridentifikationsfunktioner.
2. Energibesparende princip for frekvensomformer
2.1 Energibesparende metoder med variabel frekvens
Ifølge fluidmekanik er effekt = tryk * strømningshastighed. Strømningshastighed og hastighed opløftet i én er proportionale, tryk er proportionalt med kvadratet af hastigheden, og effekt er proportional med hastighedens tredje potens. Hvis vandpumpens virkningsgrad er fast, vil hastigheden falde proportionalt, når strømningshastigheden falder, og udgangseffekten vil også falde i et tredje potensforhold. Derfor er vandpumpens hastighed omtrent proportional med motorens strømforbrug. For eksempel, når en 55 kW vandpumpemotor drejes til 80 % af sin oprindelige hastighed, er dens strømforbrug 28 kW/t, med en strømbesparelse på 48 %. Men hvis hastigheden justeres til 50 % af den oprindelige, bliver strømforbruget 6 kilowatt i timen, og strømbesparelsen når 87 %.
2.2 Indførelse af effektfaktorkompensation for energibesparelse
Den reaktive effekt forårsager ikke kun opvarmning af udstyr og øger slitage på ledninger, men vigtigst af alt fører faldet i effektfaktoren til et fald i elnettets aktive effekt. Som følge heraf forbruges en stor mængde reaktiv energi i strømledningerne, hvilket fører til et fald i udstyrets effektivitet og alvorligt spild. Efter brug af en variabel frekvenshastighedsreguleringsenhed reduceres tabet af reaktiv effekt yderligere på grund af filterkondensatoren inde i frekvensomformeren, hvilket øger elnettets aktive effekt.
2.3 Brug af softstartmetoden til energibesparelse
Da motoren startes via Y/D-start eller direkte start, er startstrømmen fire til syv gange den nominelle strøm, hvilket kan forårsage alvorlig påvirkning af elnettet og det elektromekaniske udstyr. Desuden kræver dette en meget høj kapacitet i elnettet, hvilket genererer en relativt stor strøm under start og forårsager betydelig skade på ventiler og bafler under vibrationer, hvilket også er meget skadeligt for rørledningers og udstyrs levetid. Brugen af frekvensomformere udnytter frekvensomformerens softstartfunktion til at starte strømmen fra nul, og den maksimale værdi vil ikke overstige den nominelle strøm. Derfor reduceres påvirkningen af elnettet og kravene til strømforsyningskapacitet betydeligt, og levetiden for ventiler og udstyr forlænges betydeligt.
3. Anvendelseseksempler på energibesparende teknologi med variabel frekvens
Vi brugte installationen af en variabel frekvenshastighedsregulator på en 160 kW cirkulerende vandpumpe som et eksempel til at eftermontere det energibesparende udstyr med variabel frekvens. Vi testede elforbruget før og efter eftermonteringen og opnåede meget tilfredsstillende resultater.
3.1 Kontroltilstand før frekvensomformningstransformation
Når flowhastigheden ændres på grund af proceskrav, er det nødvendigt at justere åbningen af pumpens udløb og indløb for at ændre pumpens faktiske flowhastighed. Denne justeringsmetode kaldes droslingsjustering. I dette eksempel er ventilåbningen af udløb og indløb omkring 60 %. Set fra et energiudnyttelsesperspektiv er dette en meget uøkonomisk justeringsmetode.
3.2 Kontroltilstand efter frekvensomformningstransformation
Når en cirkulerende vandpumpe er i drift, åbnes både indløbs- og udløbsventilerne helt, når flowhastigheden ændres på grund af proceskrav. Ved at justere motorhastigheden kan et passende og nyt driftspunkt findes for at opnå den passende flowhastighed. I henhold til den faktiske situation og behovene på stedet kan manuel eller automatisk styring implementeres. I dette eksempel bestemmes motorens faktiske driftsfrekvens til 40 Hz baseret på den faktiske situation og behovene på stedet, da der ikke er behov for hyppig justering af flowhastigheden. Manuel styring anvendes primært for at spare energi.
4. Ændringer i driften efter brug af et system med variabel frekvenshastighedsregulering
Den komplette bløde start er opnået. Når motoren starter, øges rotorens hastighed gradvist med frekvensen af indgangsstrømforsyningen, hvilket resulterer i en jævn stigning i hastigheden. Starttiden for hele systemet er indstillet til cirka 20 sekunder, hvilket ikke vil påvirke systemet og er mere jævn end den oprindelige startmetode.
Strømforbruget i elnettet er også blevet betydeligt reduceret, hvilket gør brugen af elektrisk udstyr mere sikker. Samtidig falder motorens hastighed, når frekvensen falder, hvilket reducerer mekanisk slid og reducerer sandsynligheden for fejl og vedligeholdelsesomkostninger betydeligt. Transformeren, der leverer elektrisk energi til vandpumpen, har sparet det meste af strømforsyningens kapacitet. Ved blot at reducere den aktive belastning er den sparede kapacitet cirka 50 kilowatt, hvilket forbedrer udstyrets udnyttelsesgrad. Motorens effektfaktor forbedres også tilsvarende, hvilket gør motorens drift mere økonomisk.
Brugen af frekvensomdannelsesteknologi har forbedret produktkvaliteten, reduceret energiforbruget, sparet energi og yderligere forstærket virksomhedernes økonomiske fordele. Anvendelsen af hastighedsreguleringsteknologi for frekvensomdannelse kræver transformation af dette udstyr for at opnå energibesparelser.