A frekvenciaváltós fékegységek szállítói emlékeztetnek arra, hogy a frekvenciaváltós technológia erőteljes népszerűsítése és a frekvenciaváltó-kereskedők erőteljes promóciója miatt egyes ipari vállalatok tudat alatt az energiatakarékossággal és az árammegtakarítással azonosították a frekvenciaváltók használatát. A gyakorlati alkalmazásban azonban a különböző helyzetek miatt sok vállalat fokozatosan felismeri, hogy nem minden helyen lehet energiát és áramot megtakarítani, ahol frekvenciaváltókat alkalmaznak. Mi tehát ennek a helyzetnek az oka, és milyen tévhitek élnek az emberekben a frekvenciaváltókkal kapcsolatban?
1. A frekvenciaváltó minden típusú motoron áramot takaríthat meg
Azt, hogy egy frekvenciaváltó képes-e energiamegtakarítást elérni, a terhelés fordulatszám-szabályozási jellemzői határozzák meg. Centrifugálgépek, ventilátorok és vízszivattyúk esetében, amelyek négyzetes nyomatékterhelésekhez tartoznak, a motor kimenő teljesítményének P ∝ Tn és P ∝ n3 feltételnek kell teljesülnie, azaz a motor tengelyére jutó kimenő teljesítménynek arányosnak kell lennie a fordulatszám harmadik hatványával. Látható, hogy négyzetes nyomatékterhelések esetén a frekvenciaváltók energiatakarékos hatása a legkiemelkedőbb.
Állandó nyomatékú terhelések esetén, mint például a Roots-fúvóknál, a nyomaték független a fordulatszámtól. Általában egy kipufogónyílást állítanak be és szabályoznak egy szeleppel. Amikor a levegőmennyiség meghaladja az igényt, a felesleges levegőmennyiséget kivezetik a beállítás érdekében. Ebben az esetben a működéshez fordulatszám-szabályozás használható, ami energiatakarékos hatásokat is eredményezhet. Ezenkívül állandó teljesítményterhelés esetén a teljesítmény független a fordulatszámtól. Ezekben az esetekben nincs szükség frekvenciaváltó használatára.
2. Téves elképzelések az energiafogyasztás kiszámításának helytelen módszereiről
Sok vállalat gyakran alkalmazza a látszólagos teljesítményen alapuló reaktív teljesítménykompenzációt az energiamegtakarítási hatékonyság kiszámításakor. Például, amikor egy motor teljes terhelésen működik hálózati frekvencia mellett, a mért üzemi áram 194 A. Változtatható frekvenciájú fordulatszám-szabályozás használata után a teljesítménytényező teljes terhelés alatt körülbelül 0,99-re nő. Ekkor a mért áram 173 A. Az áram csökkenésének oka, hogy a frekvenciaváltó belső szűrőkondenzátora javítja a rendszer teljesítménytényezőjét.
A látszólagos teljesítmény számítása szerint az energiamegtakarítási hatás a következő:
ΔS = UI = 380 × (194 - 173) = 7,98 kVA
Az energiamegtakarítási hatás a motor névleges teljesítményének körülbelül 11%-a.
Valójában a látszólagos teljesítmény (S) a feszültség és az áram szorzata. Azonos feszültségviszonyok mellett a látszólagos teljesítmény változása arányos az áram változásával. Figyelembe véve az áramkörben lévő rendszer reaktanciáját, a látszólagos teljesítmény nem a motor tényleges energiafogyasztását jelenti, hanem az ideális körülmények között leadott maximális kimeneti kapacitást. A motor tényleges energiafogyasztását általában hatásos teljesítményként fejezik ki.
A motor tényleges energiafogyasztását a motor és a terhelése határozza meg. A teljesítménytényező növelése után a motor terhelése nem változik, és a motor hatásfoka sem változik. Ezért a motor tényleges energiafogyasztása sem változik. A teljesítménytényező növelése után a motor üzemállapota, az állórészáram, az aktív és a meddő áram nem változik. Hogyan javul a teljesítménytényező? Ennek oka a frekvenciaváltóban található szűrőkondenzátor, és a motor fogyasztásának egy része a szűrőkondenzátor által generált meddő teljesítmény. A teljesítménytényező javulása csökkenti a frekvenciaváltó tényleges bemeneti áramát, valamint a hálózat vonali és transzformátorveszteségét. A fenti számításban, bár a tényleges áramot használják a számításhoz, a látszólagos teljesítményt számítják ki az aktív teljesítmény helyett. Ezért a látszólagos teljesítmény használata az energiamegtakarítási hatások kiszámításához helytelen.
Elektronikus áramkörként maga a frekvenciaváltó is fogyaszt energiát
A frekvenciaváltó összetételéből látható, hogy maga a frekvenciaváltó elektronikus áramkörökkel rendelkezik, így működés közben is fogyaszt energiát. Bár a nagy teljesítményű motorokhoz képest kevesebbet fogyaszt, a saját energiafogyasztása objektív tény. Szakértői számítások szerint egy frekvenciaváltó maximális saját energiafogyasztása a névleges teljesítményének körülbelül 3-5%-a. Egy 1,5 lóerős klímaberendezés 20-30 watt áramot fogyaszt, ami egy folyamatos világításnak felel meg.
Összefoglalva, tény, hogy a frekvenciaváltók energiatakarékos funkciókkal rendelkeznek hálózati frekvencián működve, de ezek előfeltétele: először is, nagy teljesítmény és ventilátor/szivattyú terhelés; másodszor, maga az eszköz is energiatakarékos funkcióval rendelkezik (szoftveres támogatás); harmadszor, hosszú távú folyamatos működés. Ez a három feltétel teszi lehetővé a frekvenciaváltó energiatakarékos működését.
Az energiatakarékosság és a fogyasztáscsökkentés a feldolgozóipar örök céljai és alapelvei, de az ipari vállalatoknak meg kell érteniük, hogy milyen körülmények között kell frekvenciaváltókat használni, mely esetekben nem alkalmasak a frekvenciaváltók használata, és átfogóan figyelembe kell venniük a frekvenciaváltók teljes konfigurációját. A frekvenciaváltók túlzott konfigurációja által okozott harmonikus veszélyek közmegegyezéssé váltak. Ezért a frekvenciaváltókat ésszerűen kell használni az energiatakarékosság, a fogyasztáscsökkentés és a fenntartható fejlődés stratégiájának valódi megvalósítása érdekében.