Taajuusmuuttajien energian takaisinkytkentälaitteiden toimittajat muistuttavat, että nykyaikaisessa teollisuudessa moottorit ovat eräänlainen paljon energiaa kuluttava teholaite, jolla on laaja valikoima sovelluksia. Tilastojen mukaan Kiinan asennettu kokonaiskapasiteetti on noin 400 miljoonaa kilowattia, ja vuotuinen sähkönkulutus on noin 600 miljardia kilowattituntia, mikä on 70–80 % teollisuuden sähkönkulutuksesta. Kiina on pääasiassa riippuvainen pienistä ja keskisuurista moottoreista, joiden osuus on noin 80 %, kun taas pienten ja keskisuurten moottoreiden kuluttama sähkön määrä on 90 % kokonaishäviöstä. Moottorien käytännön sovelluksissa Kiinassa on merkittävä ero verrattuna ulkomaisiin maihin, sillä yksikköhyötysuhde on 75 %, mikä on 10 % alhaisempi kuin ulkomailla. Järjestelmän käyttöhyötysuhde on 30–40 %, mikä on 20–30 % alhaisempi kuin kansainvälinen edistynyt taso. Siksi pienillä ja keskisuurilla moottoreilla Kiinassa on suuri energiansäästöpotentiaali, ja moottorien energiansäästön edistäminen on välttämätöntä.
Yksinkertaisen rakenteensa, helpon valmistuksensa, alhaisen hintansa, kestävyytensä, luotettavan toimintansa ja soveltuvuutensa vaativiin olosuhteisiin ansiosta asynkronimoottoreita on käytetty laajalti teollisessa ja maataloudessa. Erityisesti pumppujen ja puhaltimien vetämisessä eri teollisuudenaloilla arvostetaan moottoreiden energiansäästötyötä.
Tieteen ja teknologian nopean kehityksen, erityisesti tehoelektroniikkateknologian, mikroelektroniikan ja automaattisen ohjausteknologian korkean kehityksen ja soveltamisen myötä taajuusmuuttajien energiansäästövaikutuksesta on tullut merkittävämpi. Ne eivät ainoastaan saavuta portaatonta nopeuden säätöä, vaan ne toimivat myös tehokkaasti eri kuormilla hyvillä dynaamisilla ominaisuuksilla ja voivat saavuttaa korkean suorituskyvyn, luotettavuuden ja tarkan automaattisen ohjauksen. Verrattuna muihin nopeudensäätömenetelmiin, kuten jännitteenalennusnopeuden säätöön, napavaihtelunopeuden säätöön, luistonopeuden säätöön ja AC-kaskadinopeuden säätöön, muuttuvataajuisella nopeuden säädöllä on vakaa suorituskyky, laaja nopeuden säätöalue ja korkea hyötysuhde. Nykyaikaisen ohjausteorian ja tehoelektroniikkateknologian kehittyessä AC-muuttuvataajuisen nopeuden säätötekniikka on tulossa yhä täydellisemmäksi ja siitä on tullut AC-moottorien nopeuden säädön trendi. Muuttuvataajuisia nopeudensäätölaitteita (VFD) on käytetty laajalti teollisuudessa.
Taajuusmuuttajien käyttö nopeuden säätösignaalin siirtoon on nopeaa, ohjausjärjestelmällä on pieni viive, vaste on herkkä, säätöjärjestelmän ohjaustarkkuus on korkea, käyttö on kätevää ja se edistää tuotantomäärän parantamista, laadun varmistamista ja tuotantokustannusten alentamista. Siksi taajuusmuuttajien käyttö on suosittu tuote energiansäästöön ja kulutuksen vähentämiseen tehtaissa ja kaivosyrityksissä.
Muuttuvataajuusmoottorin energiansäästölaite on mullistava uuden sukupolven moottorikohtainen ohjaustuote. Mikroprosessorin digitaaliseen ohjaustekniikkaan perustuva laite säätää dynaamisesti moottorin käyttötekniikan jännitettä ja virtaa sisäänrakennetun energiansäästön optimointiohjelmistonsa avulla. Moottorin nopeutta muuttamatta se varmistaa, että moottorin lähtömomentti vastaa tarkasti kuormitusvaatimusta, välttäen tehokkaasti moottorin liiallisen tehon aiheuttamaa sähköenergian tuhlausta.
Vaihtovirtamoottorit ovat tällä hetkellä yleisimmin käytettyjä moottoreita, ja ne muodostavat noin 85 % kaikista moottorityypeistä. Niiden etuna on yksinkertainen rakenne, alhaiset kustannukset ja huollon tarve. Niiden heikkoutena on kuitenkin nopeuden säätelyn vaikeus, mikä rajoittaa niiden käyttöä monissa sovelluksissa tai vaatii mekaanisia keinoja nopeuden säätämiseksi.
Taajuusmuuttajilla on kaksi tyypillistä käyttötarkoitusta kuormitustyypin mukaan: 1. Vakiomomentin käyttö; 2. Muuttuvan momentin käyttö. Sovellustarkoitusten osalta päätavoitteet ovat: 1. Prosessin parantaminen varmistamalla pyörimisnopeus prosessin aikana, pyörimisnopeus eri kuormilla ja tarkka paikannus. Erinomaisen nopeudensäätökykynsä ansiosta se voi parantaa tuottavuutta, parantaa tuotteiden laatua, parantaa mukavuutta, järkeistää laitteita, mukauttaa tai parantaa ympäristöä jne. 2. Energiansäästömuutoksen päätarkoitus on saavuttaa merkittäviä tuloksia säätämällä virtausta tai painetta vaativien puhaltimien ja pumppujen nopeutta.
Muuttuvan taajuuden nopeuden säädön periaate
Moottorikuormat, kuten tuulettimet, vesipumput, ilmakompressorit, hydrauliikkaöljypumput ja kiertovesipumput, muodostavat valtaosan yritysten käyttämistä energiaa kuluttavista laitteista. Teknisten rajoitusten vuoksi lähes kaikki tällaisten kuormien virtaus-, paine- tai ilmamäärän säätöjärjestelmät ovat venttiiliohjattuja järjestelmiä, joissa moottoria käytetään nimellisnopeudella ja järjestelmä tarjoaa vakiovirtauksen, paineen tai ilmamäärän. Kun laitteen käyttövaatimukset muuttuvat, kuorman virtausta, painetta tai ilmamäärää säädetään ulostulopäässä sijaitsevilla ylivuoto-, varoventtiili- tai suhteellissäätöventtiileillä vastaamaan laitteen käyttöolosuhteiden muuttuvia tarpeita. Ylivuotoventtiilin tai suhteellisen säätöventtiilin ylivuodon jälkeen vapautuu suuri määrä energiaa, ja tämä haihtuva energia on itse asiassa osa moottorin sähköverkosta absorboimasta energiasta, mikä aiheuttaa suurta sähköenergian hukkaa. Tämän tyyppisen kuorman käyttöominaisuuksista voidaan nähdä, että moottorin teho on verrannollinen nopeuden kuutioon ja nopeus on verrannollinen taajuuteen. Jos muutamme moottorin toimintatilaa siten, että se ei aina toimi nimellistaajuudella, vaan käyttää muuttuvaa taajuuden säätöjärjestelmää käynnistys- ja pysäytysohjaukseen sekä säätötoimintaan, sen nopeutta voidaan säätää jatkuvasti välillä 0–2900 r/min. Tämä tarkoittaa, että myös lähtövirtausnopeutta, painetta tai ilman tilavuutta voidaan säätää jatkuvasti välillä 0–100 %, jotta se vastaa tarkasti kuorman työtarpeita ja saavuttaa energiansäästön ja kulutuksen vähentämisen tavoitteen.
Vaihtovirtamoottorin nopeus on seuraava: n=60f(1-s)/p
Kaavassa: n = moottorin nopeus
F = tehotaajuus
P = moottorin napojen lukumäärä
S = liukumisnopeus
Kuten yhtälöstä voidaan nähdä, vaihtovirtamoottorin synkroninen nopeus n on suoraan verrannollinen tehotaajuuteen f. Siksi tehotaajuuden muuttaminen voi muuttaa moottorin nopeutta ja saavuttaa nopeuden säädön tarkoituksen.
Muuttuvan taajuuden nopeuden säädön periaate energiansäästössä
Muuttuvataajuinen nopeudensäätö säästää sähköä Kuten nimestä voi päätellä, vain muuttuvataajuinen nopeudensäätö voi säästää sähköä. Alla on analyysi kahden tyypillisen kuormitussovelluksen energiansäästöperiaatteista.
(1) Vakiomomenttikuormitussovellukset
Vakiomomentti tarkoittaa, että kuormitusmomentti pysyy vakiona nopeuden muutoksista riippumatta.
Seuraava kaava: P=K * T * N
K=kerroin
P = akseliteho
T = kuormitusmomentti
N = pyörimisnopeus
Yllä olevasta kaavasta voidaan nähdä, että akselin teho on suoraan verrannollinen moottorin nopeuteen. Kun moottorin nopeutta säädetään prosessin tarpeiden mukaan, voidaan luonnollisesti saavuttaa vastaava energiansäästö.
(2) Muuttuvan vääntömomentin kuormitussovellukset
Keskipakopuhaltimet ja -pumput kuuluvat tyypillisiin muuttuvan vääntömomentin kuormitukseen, ja niiden käyttöominaisuudet ovat seuraavat: useimmat niistä toimivat jatkuvasti pitkään. Koska kuormitusmomentti on verrannollinen nopeuden neliöön, nimellisnopeuden ylittäminen aiheuttaa moottorille vakavan ylikuormituksen. Siksi puhaltimet ja pumput eivät yleensä toimi nimellistaajuuden ulkopuolella.