Kui kaks identset mootorit töötavad 50 Hz võimsussagedusel, üks kasutab sagedusmuundurit ja teine mitte ning nii kiirus kui ka pöördemoment on mootori nimiolekus, kas sagedusmuundur suudab energiat kokku hoida? Kui palju on võimalik kokku hoida?
Vastus: Sellisel juhul saab sagedusmuundur ainult võimsustegurit parandada ja elektrit kokku hoida ei saa.
1. Sagedusmuundamine ei saa kõikjal elektrit säästa ja on palju juhtumeid, kus sagedusmuundamine ei pruugi tingimata elektrit säästa.
2. Elektroonilise vooluahelana tarbib sagedusmuundur ise samuti energiat (umbes 2–5% nimivõimsusest)
3. On fakt, et sagedusmuundurid töötavad võrgusagedusel ja neil on energiasäästufunktsioonid. Kuid selle eelduseks on:
Esiteks on seadmel endal energiasäästufunktsioon (tarkvaratugi), mis vastab kogu süsteemi või protsessi nõuetele;
Teiseks, pikaajaline pidev töö.
Pealegi pole vahet, kas see säästab elektrit või mitte, see on mõttetu. Kui öeldakse, et sagedusmuundur töötab energiasäästlikult ilma igasuguste eeltingimusteta, on see liialdus või kommertsspekulatsioon. Teades kogu lugu, kasutate seda nutikalt enda teenistuses. Õigeks rakendamiseks pöörake kindlasti tähelepanu kasutusolukorrale ja -tingimustele, vastasel juhul järgite pimesi, usute kergesti ja lased end petta.
Sagedusmuundurite kasutamisel on meil sageli järgmised väärarusaamad:
Väärarusaam 1: Sagedusmuunduri kasutamine aitab elektrit säästa
Mõnes kirjanduses väidetakse, et sagedusmuundurid on energiasäästlikud juhtimistooted, jättes mulje, et sagedusmuundurite kasutamine aitab elektrit kokku hoida.
Tegelikult on sagedusmuundurite elektrienergia säästmise põhjuseks see, et nad saavad reguleerida elektrimootorite kiirust. Kui sagedusmuundurid on energiasäästlikud juhtimistooted, siis võib kõiki kiiruse reguleerimise seadmeid pidada ka energiasäästlikeks juhtimistoodeteks. Sagedusmuundur on vaid veidi efektiivsem ja võimsusteguri poolest parem kui teised kiiruse reguleerimise seadmed.
Sagedusmuunduri energiasäästuvõime sõltub selle koormuse kiiruse reguleerimise omadustest. Selliste koormuste nagu tsentrifugaalventilaatorid ja tsentrifugaalpumbad puhul on pöördemoment võrdeline kiiruse ruuduga ja võimsus on võrdeline kiiruse kuubiga. Seni kuni kasutatakse algset klapi juhtimisvoogu ja see ei tööta täiskoormusel, võib kiiruse reguleerimisele üleminek saavutada energiasäästu. Kui kiirus langeb 80%-ni algsest, on võimsus vaid 51,2% algsest. On näha, et sagedusmuundurite rakendamisel selliste koormuste korral on kõige olulisem energiasäästuefekt. Koormuste, näiteks Roots-puhurite puhul on pöördemoment kiirusest sõltumatu, st konstantse pöördemomendiga koormus. Kui algne meetod, kus õhuhulga reguleerimiseks kasutatakse liigse õhuhulka õhutusventiili abil, muudetakse kiiruse reguleerimisele, on samuti võimalik saavutada energiasäästu. Kui kiirus langeb 80%-ni algsest väärtusest, saavutab võimsus 80% algsest väärtusest. Energiasäästuefekt on palju väiksem kui tsentrifugaalventilaatorite ja tsentrifugaalpumpade rakenduste puhul. Konstantse võimsusega koormuste korral on võimsus kiirusest sõltumatu. Tsemenditehase pidev võimsuskoormus, näiteks segamislindi kaalud, aeglustab lindi kiirust teatud voolutingimustes paksu materjalikihi korral; õhukese materjalikihi korral lindi kiirus suureneb. Sagedusmuundurite kasutamine selliste koormuste korral ei säästa elektrit.
Võrreldes alalisvoolu kiiruse juhtimissüsteemidega on alalisvoolumootoritel suurem efektiivsus ja võimsustegur kui vahelduvvoolumootoritel. Digitaalsete alalisvoolu kiiruse regulaatorite efektiivsus on võrreldav sagedusmuunduritega ja isegi veidi kõrgem kui sagedusmuunduritel. Seega on vale väita, et asünkroonsete vahelduvvoolumootorite ja sagedusmuundurite kasutamine säästab nii teoreetiliselt kui ka praktiliselt rohkem elektrit kui alalisvoolumootorite ja alalisvoolu regulaatorite kasutamine.
Väärarusaam 2: Sagedusmuunduri võimsuse valik põhineb mootori nimivõimsusel
Võrreldes elektrimootoritega on sagedusmuundurite hind suhteliselt kõrge, seega on väga oluline mõistlikult vähendada sagedusmuundurite võimsust, tagades samal ajal ohutu ja töökindla töö.
Sagedusmuunduri võimsus viitab selle neljapooluselise vahelduvvoolu asünkroonmootori võimsusele, mille jaoks see sobib.
Sama võimsusega mootorite erineva pooluste arvu tõttu varieerub mootori nimivool. Mootori pooluste arvu suurenedes suureneb ka mootori nimivool. Sagedusmuunduri võimsuse valik ei saa põhineda mootori nimivõimsusel. Samal ajal ei saa renoveerimisprojektide puhul, kus algselt sagedusmuundureid ei kasutatud, sagedusmuundurite võimsuse valik põhineda mootori nimivoolul. Selle põhjuseks on asjaolu, et elektrimootori võimsuse valikul tuleks arvestada selliste teguritega nagu maksimaalne koormus, ülejäägitegur ja mootori spetsifikatsioonid. Sageli on ülejääk suur ja tööstusmootorid töötavad sageli 50–60% nimikoormusest. Kui sagedusmuunduri võimsus valitakse mootori nimivoolu põhjal, jääb liiga palju varu, mille tulemuseks on majanduslik raiskamine ja töökindlus ei parane.
Oravapuuriga mootorite puhul peaks sagedusmuunduri võimsuse valik põhinema põhimõttel, et sagedusmuunduri nimivool on suurem või võrdne mootori maksimaalse normaalse töövooluga 1,1 korda, mis aitab maksimeerida kulude kokkuhoidu. Selliste tingimuste korral nagu suure koormusega käivitamine, kõrge temperatuur, mähisega mootor, sünkroonmootor jne, tuleks sagedusmuunduri võimsust vastavalt suurendada.
Sagedusmuundureid algusest peale kasutavate konstruktsioonide puhul on mõistetav valida sagedusmuunduri võimsus mootori nimivoolu põhjal. Selle põhjuseks on asjaolu, et sagedusmuunduri võimsust ei saa sel ajal tegelike töötingimuste põhjal valida. Muidugi võib investeeringute vähendamiseks mõnel juhul sagedusmuunduri võimsus esialgu ebakindel olla ja pärast seda, kui seade on teatud aja töötanud, saab selle valida tegeliku voolu põhjal.
Sise-Mongoolia teatud tsemenditehases 2,4 m × 13 m läbimõõduga tsemendiveski teiseses jahvatussüsteemis on üks kodumaal toodetud N-1500 O-Sepa suure efektiivsusega pulbrivalija, mis on varustatud 132 kW võimsusega elektrimootoriga Y2-315M-4. Siiski on valitud FRN160-P9S-4E sagedusmuundur, mis sobib 160 kW võimsusega 4-pooluselistele mootoritele. Pärast kasutuselevõttu on maksimaalne töösagedus 48 Hz ja voolutugevus vaid 180 A, mis on alla 70% mootori nimivoolust. Mootoril endal on märkimisväärne lisavõimsus. Ja sagedusmuunduri spetsifikatsioonid on ühe taseme võrra suuremad kui ajamimootoril, mis põhjustab tarbetut raiskamist ega paranda töökindlust.
Anhui Chaohu tsemenditehase nr 3 lubjakivipurusti söötmissüsteemis kasutatakse 1500 × 12000 plaadisööturit ja ajamimootorina kasutatakse Y225M-4 vahelduvvoolumootorit nimivõimsusega 45 kW ja nimivooluga 84,6 A. Enne sagedusmuundamise kiiruse reguleerimise ümberkujundamist leiti testimise käigus, et kui plaadisöötur käitab mootorit normaalselt, on keskmine kolmefaasiline vool vaid 30 A, mis moodustab vaid 35,5% mootori nimivoolust. Investeeringute kokkuhoiuks valiti ACS601-0060-3 sagedusmuundur, mille nimiväljundvool on 76 A ja mis sobib 37 kW võimsusega 4-pooluselistele mootoritele, saavutades hea jõudluse.
Need kaks näidet illustreerivad, et renoveerimisprojektide puhul, kus algselt sagedusmuundureid ei kasutatud, võib sagedusmuunduri võimsuse valimine tegelike töötingimuste põhjal investeeringut oluliselt vähendada.
Eksiarvamus 3: Üldmootorid saavad töötada ainult vähendatud kiirusel, kasutades sagedusmuundureid, mis on madalamad kui nende nimikiirus.
Klassikalise teooria kohaselt on universaalmootori sageduse ülempiir 55 Hz. See tuleneb asjaolust, et kui mootori kiirust on vaja tööks reguleerida üle nimikiiruse, suureneb staatori sagedus üle nimisageduse (50 Hz). Sel hetkel, kui juhtimiseks järgitakse endiselt konstantse pöördemomendi põhimõtet, suureneb staatori pinge üle nimipinge. Seega, kui kiirusevahemik on suurem kui nimikiirus, tuleb staatori pinget hoida nimipinge juures konstantsena. Sel hetkel, kui kiirus/sagedus suureneb, väheneb magnetvoog, mille tulemuseks on pöördemomendi vähenemine sama staatori voolu juures, mehaaniliste omaduste pehmenemine ja mootori ülekoormusvõime märkimisväärne vähenemine.
Sellest on näha, et universaalmootori sageduse ülempiir on 55 Hz, mis on eeltingimus:
1. Staatori pinge ei tohi ületada nimipinget;
2. Mootor töötab nimivõimsusel;
3. Püsiv pöördemoment.
Ülaltoodud olukorras on teooria ja katsed tõestanud, et kui sagedus ületab 55 Hz, väheneb mootori pöördemoment, mehaanilised omadused muutuvad pehmemaks, ülekoormusvõime väheneb, raua tarbimine suureneb kiiresti ja kuumenemine on tugev.
Autor usub, et elektrimootorite tegelikud töötingimused näitavad, et üldotstarbelisi mootoreid saab sagedusmuundurite abil kiirendada. Kas muutuva sagedusega kiirust saab suurendada? Kui palju saab seda tõsta? Selle määrab peamiselt elektrimootori poolt veetav koormus. Esiteks on vaja kindlaks määrata koormuskiirus. Teiseks on vaja mõista koormuse omadusi ja teha arvutused, mis põhinevad koormuse konkreetsel olukorral. Lühike analüüs on järgmine:
1. Tegelikult on 380 V universaalmootori puhul võimalik seda pikka aega töötada, kui staatori pinge ületab 10% nimipingest, ilma et see mõjutaks mootori isolatsiooni ja eluiga. Staatori pinge suureneb, pöördemoment suureneb märkimisväärselt, staatori vool väheneb ja mähise temperatuur langeb.
2. Elektrimootori koormus on tavaliselt 50–60%
Üldiselt töötavad tööstusmootorid 50–60% nimivõimsusel. Arvutuste kohaselt väheneb staatori vool 26,4%, kui mootori väljundvõimsus on 70% nimivõimsusest ja staatori pinge suureneb 7%. Sel ajal, isegi konstantse pöördemomendi juhtimise ja sagedusmuunduri abil mootori kiiruse 20% suurendamise korral, staatori vool mitte ainult ei suurene, vaid isegi väheneb. Kuigi mootori rauakaod pärast sageduse suurendamist järsult suurenevad, on sellest tekkiv soojus tühine võrreldes staatori voolu vähenemisest tuleneva soojusega. Seetõttu langeb ka mootori mähise temperatuur märkimisväärselt.
3. Koormusomadusi on erinevaid
Elektrimootori ajamisüsteem teenindab koormust ning erinevatel koormustel on erinevad mehaanilised omadused. Elektrimootorid peavad pärast kiirendamist vastama koormuse mehaaniliste omaduste nõuetele. Arvutuste kohaselt on konstantse pöördemomendiga koormuste puhul erinevatel koormuskiirustel (k) maksimaalne lubatud töösagedus (fmax) pöördvõrdeline koormuskiirusega, st fmax=fe/k, kus fe on nimivõimsuse sagedus. Konstantse võimsusega koormuste korral piirab üldmootorite maksimaalset lubatud töösagedust peamiselt mootori rootori ja võlli mehaaniline tugevus. Autor usub, et üldiselt on soovitatav piirata seda 100 Hz piiresse.
Rakendusnäide:
Teatud tehase kett-kopakonveieril on pidev pöördemomendi koormus ja tootmise suurenemise tõttu tuleb selle mootori kiirust suurendada 20%. Mootorimudel on Y180L-6, nimivõimsusega 15kW, nimipingega 380V, nimivooluga 31,6A, nimikiirusega 980r/min, efektiivsusega 89,5%, võimsusteguriga 0,81, töövooluga 18-20A, maksimaalse töövõimsusega normaaltingimustes 7,5kW ja koormuskiirusega 50%. Pärast CIMR-G5A4015 sagedusmuunduri paigaldamist on töösagedus 60Hz, kiirus suureneb 20%, sagedusmuunduri maksimaalne väljundpinge on seatud 410V-le, mootori töövool on 12-15A, mis väheneb umbes 30% ja mootori mähise temperatuur langeb oluliselt.
Väärarusaam 4: Sagedusmuundurite omaduste eiramine
Sagedusmuunduri veaotsingu teeb tavaliselt edasimüüja ja sellega probleeme ei teki. Sagedusmuunduri paigaldamine on suhteliselt lihtne ja tavaliselt teeb seda kasutaja. Mõned kasutajad ei loe hoolikalt sagedusmuunduri kasutusjuhendit, ei järgi rangelt konstruktsiooni tehnilisi nõudeid, eiravad sagedusmuunduri enda omadusi, võrdsustavad selle üldiste elektriliste komponentidega ning tegutsevad eelduste ja kogemuste põhjal, nähes ette varjatud ohte rikete ja õnnetuste tekkeks.
Sagedusmuunduri kasutusjuhendi kohaselt peaks mootoriga ühendatud kaabel olema varjestatud või soomustatud kaabel, eelistatavalt paigaldatud metalltorusse. Lõigatud kaabli otsad peaksid olema võimalikult korralikud, varjestamata segmendid peaksid olema võimalikult lühikesed ja kaabli pikkus ei tohiks ületada teatud vahemaad (tavaliselt 50 m). Kui sagedusmuunduri ja mootori vaheline juhtmestik on pikk, avaldab kaabli kõrge harmooniline lekkevool kahjulikku mõju sagedusmuundurile ja ümbritsevatele seadmetele. Sagedusmuunduri poolt juhitava mootori maandusjuhe tuleks ühendada otse sagedusmuunduri vastava maandusklemmiga. Sagedusmuunduri maandusjuhet ei tohiks jagada keevitusmasinate ja jõuseadmetega ning see peaks olema võimalikult lühike. Sagedusmuunduri tekitatud lekkevoolu tõttu on maandusklemmi potentsiaal ebastabiilne, kui see asub maanduspunktist liiga kaugel. Sagedusmuunduri maandusjuhtme minimaalne ristlõikepindala peab olema suurem või võrdne toitekaabli ristlõikepindalaga. Häirete põhjustatud talitlushäirete vältimiseks peaksid juhtkaablid kasutama varjestatud keerdjuhtmeid või kahekordseid varjestatud juhtmeid. Samal ajal tuleb olla ettevaatlik, et varjestatud võrgukaabel ei puutuks kokku teiste signaaliliinide ja seadmete korpustega, ning katta see isoleerlindiga. Müra mõju vältimiseks ei tohiks juhtkaabli pikkus ületada 50 m. Juhtkaabel ja mootorikaabel tuleb paigaldada eraldi, kasutades eraldi kaablikanaleid, ja hoida üksteisest võimalikult kaugel. Kui need peavad ristuma, tuleks need ristuda vertikaalselt. Ärge kunagi asetage neid samasse torujuhtmesse või kaablikanalisse. Mõned kasutajad ei järginud kaablite paigaldamisel siiski ülaltoodud nõudeid rangelt, mistõttu seade töötas individuaalse silumise ajal normaalselt, kuid tekitas normaalse tootmise ajal tõsiseid häireid, mistõttu see ei töötanud.
Kui tsemenditehase sekundaarõhu temperatuurinäidik näitab ootamatult ebanormaalseid näitu: näidatud väärtus on märkimisväärselt madal ja kõigub suuresti. Enne seda töötas see väga hästi. Kontrolliti termopaare, temperatuuriandureid ja sekundaarinstrumente, probleeme ei leitud. Mis on oluline? Kui instrument viidi teise mõõtepunkti, töötas see täiesti normaalselt. Kui aga teiste mõõtepunktide sarnased instrumendid siin välja vahetati, tekkis sama nähtus. Hiljem avastati, et restijahuti jahutusventilaatori nr 3 mootorile oli paigaldatud uus sagedusmuundur ja alles pärast sagedusmuunduri kasutuselevõttu näitas sekundaarõhu temperatuurinäidik ebanormaalseid näitu. Peatage sagedusmuundur ja taastage sekundaarõhu temperatuurinäidiku näidik koheselt normaalseks; Sagedusmuunduri taaskäivitamisel näitas sekundaarõhu temperatuurinäidik uuesti ebanormaalseid näitu. Pärast mitut korduvat testimist tehti kindlaks, et sagedusmuunduri häire oli sekundaarõhu temperatuurinäidiku ebanormaalse kuva otsene põhjus. Ventilaator on tsentrifugaalventilaator, mis algselt kasutas õhuhulga reguleerimiseks ventiile, kuid hiljem muudeti õhuhulga reguleerimiseks muutuva sagedusega kiiruse reguleerimist. Kuna kohapeal on palju tolmu ja karmid tingimused, paigaldatakse sagedusmuundur MCC (mootori juhtimiskeskuse) juhtimisruumi. Ehituse mugavuse huvides on sagedusmuundur ühendatud ventilaatori peakontaktori alumise küljega ja sagedusmuunduri väljundkaabel kasutab ventilaatori mootori toitekaablit. Ventilaatori mootori toitekaabel on PVC-isolatsiooniga ja mitteterasest soomustatud mantliga kaabel ning see on paigaldatud paralleelselt sekundaarse õhutemperatuuri mõõturi signaalikaabliga sama kaablikraavi erinevatesse sillakihtidesse. On näha, et just seetõttu, et sagedusmuunduri väljundkaabel ei ole soomustatud ega paigaldatud läbi raudtorude, tekivadki interferentsinähtused. Sellele õppetunnile tuleks pöörata erilist tähelepanu renoveerimisprojektide puhul, kus algselt sagedusmuundureid ei kasutatud.
Sagedusmuundurite igapäevasel hooldusel tuleb olla eriti ettevaatlik. Mõned elektrikud lülitavad sagedusmuunduri hoolduseks kohe sisse, kui nad rikke avastavad ja selle välja lülitavad. See on väga ohtlik ja võib põhjustada elektrilöögi. See on tingitud asjaolust, et isegi kui sagedusmuundur ei tööta või toide on välja lülitatud, võivad sagedusmuunduri toiteliinil, alalisvooluklemmil ja mootori klemmil kondensaatorite olemasolu tõttu siiski pinge olla. Pärast lüliti lahtiühendamist tuleb enne töö alustamist oodata paar minutit, kuni sagedusmuundur täielikult tühjeneb. Mõned elektrikud on harjunud koheselt läbi viima muutuva sagedusega ajamisüsteemi poolt käitatava mootori isolatsiooniteste raputuslaua abil, kui nad märkavad süsteemi väljalülitumist, et teha kindlaks, kas mootor on läbi põlenud. See on samuti väga ohtlik, kuna see võib kergesti põhjustada sagedusmuunduri läbipõlemise. Seetõttu ei tohi enne mootori ja sagedusmuunduri vahelise kaabli lahtiühendamist teha isolatsiooniteste mootoril ega sagedusmuunduriga juba ühendatud kaablil.