تامینکنندگان دستگاههای بازخورد انرژی مبدل فرکانس به شما یادآوری میکنند که در تولید اتوماسیون صنعتی مدرن، دامنه کاربرد پمپها، فنها و سایر تجهیزات روز به روز گستردهتر میشود. مصرف انرژی الکتریکی آنها، تلفات ناشی از تنظیم فشار در بافلها، شیرها و سایر تجهیزات و همچنین هزینههای نگهداری و تعمیر روزانه، تقریباً 20٪ از هزینه را تشکیل میدهد. این یک هزینه تولید قابل توجه است. با توسعه اقتصاد، تعمیق اصلاحات و تشدید رقابت در بازار، صرفهجویی در مصرف انرژی و کاهش مصرف به تدریج به ابزاری مهم برای بهبود کیفیت محصول و کاهش هزینههای تولید تبدیل شده است.
۱. نظریه اساسی فناوری صرفهجویی در انرژی با فرکانس متغیر
اصل اساسی فناوری تبدیل فرکانس این است که فرکانس جریان متناوب مورد استفاده تجهیزات الکتریکی برای مدت طولانی در حالت ثابتی حفظ شود. کاربرد فناوری تبدیل فرکانس، تبدیل فرکانس به منبعی است که بتوان آن را آزادانه تنظیم و استفاده کرد. امروزه، فعالترین و سریعترین فناوری فرکانس متغیر، فناوری تنظیم سرعت فرکانس متغیر است.
فناوری تبدیل فرکانس شامل فناوری کامپیوتر، فناوری الکترونیک قدرت و فناوری انتقال کلیک است. این یک فناوری جامع است که تجهیزات مکانیکی و برق قوی و ضعیف را با هم ترکیب میکند. این فناوری به تبدیل سیگنال جریان فرکانس قدرت به فرکانسهای دیگر اشاره دارد که عمدتاً از طریق اجزای نیمههادی حاصل میشود. سپس، جریان متناوب به جریان مستقیم تبدیل میشود و اینورتر جریان و ولتاژ را تنظیم میکند و در عین حال به تنظیم سرعت بدون پله تجهیزات الکترومکانیکی دست مییابد. به طور خلاصه، فناوری تبدیل فرکانس، کنترل سرعت موتور با تغییر فرکانس جریان است و از این طریق تجهیزات موتور را به طور مؤثر کنترل میکند. همه اینها بر اساس افزایش سالانه فرکانس جریان و سرعت موتور حاصل میشود. ویژگی فناوری تبدیل فرکانس این است که میتواند عملکرد روان موتور را تضمین کند، شتاب و کاهش سرعت را به طور خودکار کنترل کند و مصرف انرژی را کاهش دهد و در عین حال راندمان کار را بهبود بخشد.
در استفاده روزانه از مبدلهای فرکانس، عمدتاً از کنترل مستقیم گشتاور و کنترل برداری استفاده میشود. در توسعه آینده مبدلهای فرکانس، از شبکههای عصبی مصنوعی و روشهای کنترل خود بهینهسازی فازی استفاده خواهد شد. علاوه بر این، با ادامه توسعه مبدلهای فرکانس، جامعیت آنها به طور فزایندهای افزایش خواهد یافت. آنها علاوه بر تکمیل توابع تنظیم سرعت اولیه، دارای توابع ارتباطی، قابل برنامهریزی و شناسایی پارامتر نیز هستند که به صورت داخلی تنظیم شدهاند.
2. اصل صرفه جویی در انرژی مبدل فرکانس
۲.۱ روشهای صرفهجویی در مصرف انرژی با فرکانس متغیر
According to fluid mechanics, power=pressure * flow rate. Flow rate and speed to the power of one are proportional, pressure is proportional to the square of speed, and power is proportional to the cube of speed. If the efficiency of the water pump is fixed, when the flow rate decreases, the speed will decrease proportionally, and the output power will also decrease in a cubic relationship. Therefore, the speed of the water pump is approximately proportional to the power consumption of the motor. For example, when a 55kW water pump motor is turned to 80% of its original speed, its power consumption is 28kW/h, with a power saving rate of 48%. But if the speed is adjusted to 50% of the original, the power consumption becomes 6 kilowatts per hour, and the power saving rate reaches 87%.
2.2 Adopting power factor compensation for energy conservation
The reactive power not only causes equipment to heat up and increases wire wear, but most importantly, the decrease in power factor leads to a decrease in the active power of the power grid. As a result, a large amount of reactive energy is consumed in the power lines, leading to a decrease in equipment efficiency and serious waste. After using a variable frequency speed regulation device, the reactive power loss is further reduced due to the filtering capacitor inside the frequency converter, which increases the active power of the power grid.
2.3 Using soft start method for energy conservation
Due to the fact that the motor is started through Y/D or direct starting, the starting current is four to seven times the rated current, which can cause serious impact on the power grid and electromechanical equipment. Moreover, this requires a very high capacity of the power grid, generating a relatively large current during starting, and causing significant damage to valves and baffles during vibration, which is also very detrimental to the service life of pipelines and equipment. The use of frequency converters utilizes the soft start function of the frequency converter to start the current from zero, and the maximum value will not exceed the rated current. Therefore, the impact on the power grid and the requirements for power supply capacity are greatly reduced, and the service life of valves and equipment is greatly extended.
3. Application examples of variable frequency energy-saving technology
We used the installation of a variable frequency speed controller on a 160kW circulating water pump as an example to retrofit the variable frequency energy-saving equipment. We tested the electricity consumption before and after the retrofit and achieved very satisfactory results.
3.1 Control mode before frequency conversion transformation
در عملکرد پمپ آب در گردش، هنگامی که دبی جریان به دلیل الزامات فرآیند تغییر میکند، لازم است میزان باز شدن خروجی و ورودی پمپ تنظیم شود تا دبی واقعی پمپ تغییر کند. این روش تنظیم، تنظیم دریچهای نامیده میشود. در این مثال، میزان باز شدن دریچه خروجی و ورودی حدود ۶۰٪ است. از دیدگاه مصرف انرژی، این یک روش تنظیم بسیار غیراقتصادی است.
۳.۲ حالت کنترل پس از تبدیل فرکانس
در عملکرد یک پمپ آب در گردش، هنگامی که دبی جریان به دلیل نیازهای فرآیند تغییر میکند، هر دو شیر ورودی و خروجی کاملاً باز میشوند. با تنظیم سرعت موتور، میتوان یک نقطه عملیاتی مناسب و جدید برای دستیابی به دبی مناسب پیدا کرد. با توجه به شرایط واقعی و نیازهای محل، میتوان کنترل دستی یا اتوماتیک را پیادهسازی کرد. در این مثال، از آنجا که نیازی به تنظیم مکرر دبی جریان نیست، فرکانس عملیاتی واقعی موتور بر اساس شرایط واقعی و نیازهای محل، 40 هرتز تعیین میشود و کنترل دستی عمدتاً برای صرفهجویی در انرژی اتخاذ میشود.
۴. تغییرات در عملکرد پس از استفاده از سیستم تنظیم سرعت فرکانس متغیر
شروع نرم کامل حاصل شده است. هنگامی که موتور شروع به کار میکند، سرعت روتور به تدریج با فرکانس منبع تغذیه ورودی افزایش مییابد و در نتیجه افزایش سرعت به صورت نرم و روان انجام میشود. زمان شروع به کار کل سیستم حدود 20 ثانیه تنظیم شده است که هیچ تاثیری بر سیستم نخواهد داشت و نسبت به روش شروع اولیه، نرمتر است.
جریان مورد استفاده در شبکه برق نیز به طور قابل توجهی کاهش یافته است و استفاده از تجهیزات الکتریکی را ایمنتر میکند. همزمان، با کاهش فرکانس، سرعت موتور نیز کاهش مییابد و سایش مکانیکی کاهش مییابد و احتمال خرابی و هزینههای نگهداری تا حد زیادی کاهش مییابد. ترانسفورماتوری که انرژی الکتریکی پمپ آب را تأمین میکند، بیشتر ظرفیت منبع تغذیه را صرفهجویی کرده است. با کاهش ساده بار فعال، ظرفیت صرفهجویی شده تقریباً 50 کیلووات است که راندمان استفاده از تجهیزات را بهبود میبخشد. ضریب توان موتور نیز به همین ترتیب بهبود یافته و عملکرد موتور را اقتصادیتر میکند.
استفاده از فناوری تبدیل فرکانس، کیفیت محصول را بهبود بخشیده، مصرف انرژی را کاهش داده، در مصرف انرژی صرفهجویی کرده و مزایای اقتصادی شرکتها را بیشتر کرده است. استفاده از فناوری تنظیم سرعت تبدیل فرکانس، مستلزم تغییر این تجهیزات برای دستیابی به صرفهجویی در مصرف انرژی است.