Taajuusmuuttajajarrutusyksiköiden toimittajat muistuttavat, että taajuusmuuttajateknologian voimakkaan myynninedistämisen ja taajuusmuuttajakauppiaiden tarmokkaan myynninedistämisen vuoksi jotkut teollisuusyritykset ovat tiedostamatta rinnastaneet taajuusmuuttajien käytön energiansäästöön ja sähkön säästämiseen. Käytännössä monet yritykset ovat kuitenkin eri tilanteiden vuoksi vähitellen ymmärtäneet, etteivät kaikki taajuusmuuttajia käyttävät paikat voi säästää energiaa ja sähköä. Mitkä ovat siis tämän tilanteen syyt ja mitä väärinkäsityksiä ihmisillä on taajuusmuuttajista?
1. Taajuusmuuttaja voi säästää sähköä, kun sitä käytetään kaikentyyppisissä moottoreissa
Taajuusmuuttajan tehonsäästökyky määräytyy sen kuorman nopeussäätöominaisuuksien perusteella. Keskipakoismoottoreissa, tuulettimissa ja vesipumpuissa, jotka kuuluvat neliöllisiin vääntömomenttikuormiin, moottorin lähtötehon P ∝ Tn ja P ∝ n3 on täytyttävä, eli moottorin akselin lähtöteho on verrannollinen nopeuden kolmanteen potenssiin. Voidaan nähdä, että neliöllisillä vääntömomenttikuormilla taajuusmuuttajien energiansäästövaikutus on merkittävin.
Vakiomomenttikuormissa, kuten Roots-puhaltimissa, vääntömomentti on riippumaton nopeudesta. Yleensä venttiili säätää pakokaasun ulostuloa. Kun ilmamäärä ylittää kysynnän, ylimääräinen ilmamäärä poistetaan säädön suorittamiseksi. Tässä tapauksessa toimintaan voidaan käyttää nopeuden säätöä, mikä voi myös saavuttaa energiansäästövaikutuksia. Lisäksi vakiotehokuormissa teho on riippumaton nopeudesta. Näissä tapauksissa ei ole tarvetta käyttää taajuusmuuttajaa.
2. Vääriä käsityksiä energiankulutuksen laskentamenetelmien virheistä
Monet yritykset käyttävät usein näennäistehoon perustuvaa loistehon kompensointia energiansäästötehokkuuden laskennassa. Esimerkiksi kun moottori käy täydellä kuormalla verkkotaajuusolosuhteissa, mitattu käyttövirta on 194 A. Muuttuvan taajuuden nopeussäädön jälkeen tehokerroin täyden kuormituksen aikana kasvaa noin 0,99:ään. Tällöin mitattu virta on 173 A. Virran laskun syynä on se, että taajuusmuuttajan sisäinen suodatuskondensaattori parantaa järjestelmän tehokerrointa.
Näennäistehon laskennan mukaan energiansäästövaikutus on seuraava:
ΔS = UI = 380 × (194 - 173) = 7,98 kVA
Energiansäästövaikutus on noin 11 % moottorin nimellistehosta.
Itse asiassa näennäisteho S on jännitteen ja virran tulo. Samoissa jänniteolosuhteissa näennäistehon muutos on verrannollinen virran muutokseen. Kun otetaan huomioon järjestelmän reaktanssi piirissä, näennäisteho ei edusta moottorin todellista tehonkulutusta, vaan edustaa suurinta lähtökapasiteettia ihanteellisissa olosuhteissa. Moottorin todellinen tehonkulutus ilmaistaan yleensä pätötehona.
Moottorin todellinen tehonkulutus määräytyy moottorin ja sen kuormituksen perusteella. Tehokertoimen nostamisen jälkeen moottorin kuormitus ei muutu, eikä moottorin hyötysuhdekaan muutu. Siksi moottorin todellinen tehonkulutus ei muutu. Tehokertoimen nostamisen jälkeen moottorin toimintatilassa, staattorivirrassa, pätö- ja loisvirroissa ei tapahdu muutosta. Miten tehokerrointa sitten parannetaan? Syynä on taajuusmuuttajan sisällä oleva suodatuskondensaattori, ja osa moottorin kulutuksesta on suodatuskondensaattorin tuottamaa loistehon. Tehokertoimen parantuminen vähentää taajuusmuuttajan todellista tulovirtaa ja myös sähköverkon linjahäviötä ja muuntajan häviötä. Yllä olevassa laskelmassa, vaikka todellista virtaa käytetään laskennassa, lasketaan näennäisteho pätötehon sijaan. Siksi näennäistehon käyttäminen energiansäästövaikutusten laskemiseen on virheellistä.
Elektronisena piirinä taajuusmuuttaja itsessään kuluttaa myös virtaa
Taajuusmuuttajan koostumuksesta voidaan nähdä, että taajuusmuuttajassa itsessään on elektronisia piirejä, joten sekin kuluttaa virtaa käytön aikana. Vaikka se kuluttaa vähemmän verrattuna suuritehoisiin moottoreihin, sen oma virrankulutus on objektiivinen tosiasia. Asiantuntijalaskelmien mukaan taajuusmuuttajan suurin oma virrankulutus on noin 3-5 % sen nimellistehosta. 1,5 hevosvoiman ilmastointilaite kuluttaa 20-30 wattia sähköä, mikä vastaa jatkuvaa valoa.
Yhteenvetona voidaan todeta, että taajuusmuuttajilla on energiansäästötoimintoja verkkotaajuudella toimiessaan, mutta niiden edellytyksenä on: ensinnäkin suuri teho ja puhallin-/pumppukuorma; toiseksi, itse laitteella on energiansäästötoiminto (ohjelmistotuki); kolmanneksi pitkäaikainen jatkuva käyttö. Nämä ovat kolme ehtoa, joiden täyttyessä taajuusmuuttaja voi osoittaa energiansäästövaikutuksia.
Energiansäästö ja kulutuksen vähentäminen ovat valmistavan teollisuuden ikuisia tavoitteita ja periaatteita, mutta teollisuusyritysten on ymmärrettävä, missä olosuhteissa taajuusmuuttajia tulisi käyttää, missä tilanteissa taajuusmuuttajien käyttö ei ole sopivaa, ja otettava kattavasti huomioon taajuusmuuttajien kokonaiskokoonpano. Taajuusmuuttajien liiallisen kokoonpanon aiheuttamat harmonisten yliaaltojen vaarat ovat yksimielisiä. Siksi on välttämätöntä käyttää taajuusmuuttajia kohtuullisesti, jotta energiansäästön, kulutuksen vähentämisen ja kestävän kehityksen strategia todella saavutetaan.