A frekvenciaváltós energia-visszacsatoló eszközök szállítói emlékeztetnek arra, hogy a modern ipari automatizálási gyártásban a szivattyúk, ventilátorok és egyéb berendezések alkalmazási köre egyre bővül. Villamosenergia-fogyasztásuk, a terelőlemezek, szelepek és egyéb berendezések fojtási veszteségei, valamint a napi karbantartási és javítási költségek a költségek közel 20%-át teszik ki. Ez jelentős termelési költség. A gazdaság fejlődésével, a reformok elmélyülésével és a piaci verseny fokozódásával az energiatakarékosság és a fogyasztáscsökkentés fokozatosan fontos eszközzé vált a termékminőség javításában és a termelési költségek csökkentésében.
1. A változó frekvenciájú energiatakarékos technológia alapvető elmélete
A frekvenciaátalakítási technológia alapelve, hogy az elektromos berendezések által használt váltakozó áram frekvenciáját hosszú ideig rögzített állapotban tartják. A frekvenciaátalakítási technológia alkalmazásának lényege, hogy a frekvenciát szabadon állítható és felhasználható erőforrássá tegye. Napjainkban a legaktívabb és leggyorsabban fejlődő változtatható frekvenciájú technológia a változtatható frekvenciájú sebességszabályozási technológia.
A frekvenciaátalakítási technológia magában foglalja a számítástechnikát, a teljesítményelektronikai technológiát és a kattintásátviteli technológiát. Ez egy átfogó technológia, amely ötvözi a mechanikus berendezéseket, valamint az erős és gyenge elektromosságot. A teljesítményfrekvenciás áram jelének más frekvenciákra való átalakítására utal, amit főként félvezető alkatrészek segítségével érnek el. Ezután a váltakozó áramot egyenárammá alakítják, és az inverter szabályozza az áramot és a feszültséget, miközben fokozatmentes sebességszabályozást ér el az elektromechanikus berendezésekben. Összefoglalva, a frekvenciaátalakítási technológia a motor sebességének szabályozását jelenti az áram frekvenciájának változtatásával, ezáltal hatékonyan szabályozva a motorberendezést. Mindez az áramfrekvencia és a motorsebesség évről évre történő növekedésével érhető el. A frekvenciaátalakítási technológia jellemzője, hogy biztosítja a motor zökkenőmentes működését, automatikusan szabályozza a gyorsulást és lassulást, és csökkenti az energiafogyasztást, miközben javítja a munka hatékonyságát.
A frekvenciaváltók mindennapi használatában főként a közvetlen nyomatékszabályozást és a vektorszabályozást alkalmazzák. A frekvenciaváltók jövőbeli fejlesztése során mesterséges neurális hálózatokat és fuzzy önoptimalizáló szabályozási módszereket fognak alkalmazni. Ezenkívül a frekvenciaváltók folyamatos fejlődésével egyre átfogóbbá válnak. Az alapvető sebességszabályozási funkciók ellátása mellett belsőleg beállított kommunikációs, programozható és paraméter-azonosítási funkciókkal is rendelkeznek.
2. A frekvenciaváltó energiatakarékos elve
2.1 Változtatható frekvenciájú energiatakarékos módszerek
A folyadékmechanika szerint a teljesítmény = nyomás * áramlási sebesség. Az áramlási sebesség és a sebesség az egy hatványával arányos, a nyomás a sebesség négyzetével, a teljesítmény pedig a sebesség köbével arányos. Ha a vízszivattyú hatásfoka rögzített, akkor az áramlási sebesség csökkenésével a sebesség is arányosan csökken, és a kimeneti teljesítmény is köbös arányban csökken. Ezért a vízszivattyú sebessége megközelítőleg arányos a motor energiafogyasztásával. Például, ha egy 55 kW-os vízszivattyúmotort az eredeti fordulatszámának 80%-ára forgatunk, az energiafogyasztása 28 kW/h, 48%-os energiamegtakarítási rátával. De ha a fordulatszámot az eredeti 50%-ára állítjuk be, az energiafogyasztás 6 kilowatt/óra lesz, az energiamegtakarítási ráta pedig eléri a 87%-ot.
2.2 Teljesítménytényező kompenzáció alkalmazása az energiamegtakarítás érdekében
A meddő teljesítmény nemcsak a berendezések felmelegedését és a vezetékek kopásának növekedését okozza, hanem ami a legfontosabb, a teljesítménytényező csökkenése a hálózat aktív teljesítményének csökkenéséhez vezet. Ennek eredményeként nagy mennyiségű meddő energia fogy a távvezetékekben, ami a berendezések hatásfokának csökkenéséhez és komoly pazarláshoz vezet. Változtatható frekvenciájú sebességszabályozó eszköz használata után a meddő teljesítményveszteség tovább csökken a frekvenciaváltóban található szűrőkondenzátornak köszönhetően, ami növeli a hálózat aktív teljesítményét.
2.3 Lágyindítási módszer használata az energiatakarékosság érdekében
Mivel a motort Y/D vagy közvetlen indítással indítják, az indítási áram négyszerese-hétszerese a névleges áramnak, ami komoly hatással lehet az elektromos hálózatra és az elektromechanikus berendezésekre. Ráadásul ez nagyon nagy hálózati kapacitást igényel, indításkor viszonylag nagy áramot generál, és rezgés esetén jelentős károkat okoz a szelepekben és a terelőlemezekben, ami szintén nagyon káros a csővezetékek és berendezések élettartamára. A frekvenciaváltók használata a frekvenciaváltó lágyindítási funkcióját használja ki az áram nulláról történő indításához, és a maximális érték nem haladja meg a névleges áramot. Ezért az elektromos hálózatra gyakorolt hatás és a tápegység kapacitására vonatkozó követelmények jelentősen csökkennek, és a szelepek és berendezések élettartama jelentősen megnő.
3. A változó frekvenciájú energiatakarékos technológia alkalmazási példái
Példaként egy változtatható frekvenciájú fordulatszám-szabályozó telepítését használtuk egy 160 kW-os keringető vízszivattyúra a változtatható frekvenciájú energiatakarékos berendezés utólagos felszereléséhez. Megvizsgáltuk az áramfogyasztást az utólagos felszerelés előtt és után, és nagyon kielégítő eredményeket kaptunk.
3.1 Vezérlési mód a frekvenciaátalakítás előtt
Egy keringtető vízszivattyú működése során, amikor az áramlási sebesség a folyamatkövetelmények miatt változik, a szivattyú kimenetének és bemenetének nyílását kell beállítani a szivattyú tényleges áramlási sebességének megváltoztatásához. Ezt a beállítási módszert fojtásszabályozásnak nevezik. Ebben a példában a kimenet és a bemenet szelepnyílása körülbelül 60%. Az energiafelhasználás szempontjából ez egy nagyon gazdaságtalan beállítási módszer.
3.2 Szabályozási mód frekvenciaátalakítás után
Egy keringtető vízszivattyú működése során, amikor az áramlási sebesség a folyamatkövetelmények miatt változik, mind a be-, mind a kimeneti szelepek teljesen kinyílnak. A motor fordulatszámának beállításával megfelelő és új működési pont található a megfelelő áramlási sebesség eléréséhez. A tényleges helyzettől és a helyszíni igényektől függően manuális vagy automatikus vezérlés valósítható meg. Ebben a példában, mivel nincs szükség az áramlási sebesség gyakori beállítására, a motor tényleges üzemi frekvenciáját a tényleges helyzet és a helyszíni igények alapján 40 Hz-re határozzák meg, és a kézi vezérlést elsősorban az energiamegtakarítás érdekében alkalmazzák.
4. Működési változások változtatható frekvenciájú sebességszabályozó rendszer használata után
A teljes lágyindítás megvalósult. Amikor a motor elindul, a rotor sebessége fokozatosan növekszik a bemeneti tápegység frekvenciájával, ami egyenletes sebességnövekedést eredményez. A teljes rendszer indítási ideje körülbelül 20 másodpercre van beállítva, ami nem befolyásolja a rendszert, és simább, mint az eredeti indítási módszer.
Az elektromos hálózatban felhasznált áram is jelentősen csökkent, így az elektromos berendezések használata biztonságosabbá vált. Ugyanakkor a frekvencia csökkenésével a motor fordulatszáma is csökken, ami csökkenti a mechanikai kopást, és nagymértékben mérsékli a meghibásodás valószínűségét és a karbantartási költségeket. A vízszivattyút elektromos energiával ellátó transzformátor a tápegység kapacitásának nagy részét megtakarította. Az aktív terhelés egyszerű csökkentésével a megtakarított kapacitás körülbelül 50 kilowatt, ami javítja a berendezés kihasználtsági hatékonyságát. A motor teljesítménytényezője is ennek megfelelően javul, így a motor működése gazdaságosabb.
A frekvenciaátalakítási technológia alkalmazása javította a termékminőséget, csökkentette az energiafogyasztást, energiát takarított meg, és tovább növelte a vállalkozások gazdasági előnyeit. A frekvenciaátalakítási sebességszabályozási technológia alkalmazása megköveteli ezen berendezések átalakítását az energiatakarékosság elérése érdekében.