Ha két azonos motor 50 Hz-es hálózati frekvencián működik, az egyik frekvenciaváltót használ, a másik nem, és a fordulatszám és a nyomaték egyaránt a motor névleges állapotában van, akkor a frekvenciaváltó energiát takaríthat meg? Mennyit lehet megtakarítani?
Válasz: Ebben az esetben a frekvenciaváltó csak a teljesítménytényezőt tudja javítani, és nem tud áramot megtakarítani.
1. A frekvenciaátalakítás nem mindenhol takaríthat meg áramot, és számos olyan eset van, amikor a frekvenciaátalakítás nem feltétlenül takarít meg áramot.
2. Elektronikus áramkörként maga a frekvenciaváltó is fogyaszt energiát (a névleges teljesítmény kb. 2-5%-át).
3. Tény, hogy a frekvenciaváltók a hálózati frekvencián működnek, és energiatakarékos funkciókkal rendelkeznek. Ennek előfeltétele azonban:
Először is, maga az eszköz energiatakarékos funkcióval rendelkezik (szoftveres támogatás), amely megfelel a teljes rendszer vagy folyamat követelményeinek;
Másodszor, a hosszú távú folyamatos működés.
Különben is, mindegy, hogy áramot takarít-e meg vagy sem, értelmetlen. Ha azt mondják, hogy a frekvenciaváltó mindenféle előfeltétel nélkül energiatakarékosan működik, az túlzás vagy kereskedelmi spekuláció. Az egész történet ismeretében okosan a saját szolgálatodra fogod használni. Ügyelj a felhasználási helyzetre és feltételekre a helyes alkalmazás érdekében, különben vakon követsz, könnyen hiszel, és becsapsz.
Gyakran a következő tévhitekkel találkozunk a frekvenciaváltók használatakor:
1. tévhit: Frekvenciaváltóval áramot lehet megtakarítani
Egyes szakirodalmi források azt állítják, hogy a frekvenciaváltók energiatakarékos vezérlőeszközök, azt a benyomást keltve, hogy a frekvenciaváltók használatával áramot lehet megtakarítani.
Valójában a frekvenciaváltók azért tudnak áramot megtakarítani, mert szabályozni tudják az elektromos motorok sebességét. Ha a frekvenciaváltók energiatakarékos vezérlőtermékek, akkor minden sebességszabályozó berendezés is energiatakarékos vezérlőterméknek tekinthető. A frekvenciaváltó csak valamivel hatékonyabb és teljesítménytényezőjű, mint más sebességszabályozó eszközök.
Azt, hogy egy frekvenciaváltó képes-e energiamegtakarítást elérni, a terhelés fordulatszám-szabályozási jellemzői határozzák meg. Olyan terhelések esetén, mint a centrifugális ventilátorok és a centrifugális szivattyúk, a nyomaték a fordulatszám négyzetével, a teljesítmény pedig a fordulatszám köbével arányos. Amíg az eredeti szelepvezérlő áramot használják, és nem teljes terhelésen működnek, a fordulatszám-szabályozási üzemmódra való áttérés energiamegtakarítást eredményezhet. Amikor a fordulatszám az eredeti 80%-ára csökken, a teljesítmény az eredetinek csak 51,2%-a. Látható, hogy a frekvenciaváltók alkalmazása ilyen terheléseknél a legjelentősebb energiamegtakarítási hatással bír. Olyan terhelések esetén, mint a Roots-fúvók, a nyomaték független a fordulatszámtól, azaz állandó nyomatékú terhelésről van szó. Ha az eredeti módszert, amely a légmennyiség beállításához a felesleges levegőmennyiség kiengedésére szolgáló légtelenítő szelepet használja, fordulatszám-szabályozási üzemmódra váltják, szintén energiamegtakarítást lehet elérni. Amikor a fordulatszám az eredeti értékének 80%-ára csökken, a teljesítmény eléri az eredeti értékének 80%-át. Az energiamegtakarítási hatás sokkal kisebb, mint a centrifugális ventilátorokban és centrifugális szivattyúkban alkalmazott alkalmazásoknál. Állandó teljesítményterhelések esetén a teljesítmény független a fordulatszámtól. Egy cementgyárban, például egy adagoló szalagmérlegben az állandó teljesítményterhelés bizonyos áramlási körülmények között vastag anyagréteg esetén lelassítja a szalag sebességét; vékony anyagréteg esetén a szalag sebessége megnő. Frekvenciaváltók alkalmazása ilyen terhelések esetén nem takaríthat meg áramot.
Az egyenáramú fordulatszám-szabályozó rendszerekkel összehasonlítva az egyenáramú motorok hatásfoka és teljesítménytényezője magasabb, mint a váltakozó áramú motoroké. A digitális egyenáramú fordulatszám-szabályozók hatásfoka összehasonlítható a frekvenciaváltókéval, sőt valamivel magasabb is, mint a frekvenciaváltóké. Ezért helytelen azt állítani, hogy az aszinkron váltakozó áramú motorok és frekvenciaváltók használata több áramot takarít meg, mint az egyenáramú motorok és egyenáramú szabályozók használata, mind elméletileg, mind gyakorlatilag.
2. tévhit: A frekvenciaváltó kapacitásának kiválasztása a motor névleges teljesítményén alapul
A villanymotorokhoz képest a frekvenciaváltók ára viszonylag magas, ezért nagyon fontos a frekvenciaváltók kapacitásának ésszerű csökkentése, miközben biztosítjuk a biztonságos és megbízható működést.
A frekvenciaváltó teljesítménye a hozzá tartozó 4 pólusú AC aszinkronmotor teljesítményére utal.
Az azonos kapacitású motorok eltérő pólusszáma miatt a motor névleges árama is változik. A motor pólusszámának növekedésével a motor névleges árama is növekszik. A frekvenciaváltó kapacitásának kiválasztása nem történhet a motor névleges teljesítményén alapulva. Ugyanakkor olyan felújítási projekteknél, amelyek eredetileg nem használtak frekvenciaváltókat, a frekvenciaváltók kapacitásának kiválasztása nem történhet a motor névleges áramán alapulva. Ez azért van, mert a villanymotor kapacitásának kiválasztásakor olyan tényezőket kell figyelembe venni, mint a maximális terhelés, a többlet-tényező és a motor specifikációi. A többlet gyakran nagy, és az ipari motorok gyakran a névleges terhelés 50%-60%-án működnek. Ha a frekvenciaváltó kapacitását a motor névleges árama alapján választják ki, túl nagy tartalék marad, ami gazdasági pazarláshoz vezet, és a megbízhatóság sem javul.
Mókusketreces motorok esetében a frekvenciaváltó kapacitásának kiválasztásánál azon az elven kell alapulni, hogy a frekvenciaváltó névleges árama nagyobb vagy egyenlő legyen a motor maximális normál üzemi áramának 1,1-szeresével, ami maximalizálhatja a költségmegtakarítást. Nagy terhelésű indítás, magas hőmérsékletű környezet, tekercselt motor, szinkronmotor stb. esetén a frekvenciaváltó kapacitását megfelelően növelni kell.
Azoknál a terveknél, amelyek kezdettől fogva frekvenciaváltókat használnak, érthető, hogy a frekvenciaváltó kapacitását a motor névleges árama alapján választják meg. Ez azért van, mert a frekvenciaváltó kapacitása jelenleg nem választható ki a tényleges üzemi körülmények alapján. Természetesen a beruházás csökkentése érdekében bizonyos esetekben a frekvenciaváltó kapacitása először bizonytalan lehet, és miután a berendezés egy ideig működött, a tényleges áram alapján választható ki.
Egy belső-mongóliai cementgyár 2,4 m × 13 m átmérőjű cementmalom másodlagos őrlőrendszerében egy hazai gyártású N-1500 O-Sepa nagy hatékonyságú porszelektáló berendezés található, amely egy 132 kW teljesítményű Y2-315M-4 típusú villanymotorral van felszerelve. Azonban egy FRN160-P9S-4E frekvenciaváltót választottak, amely 160 kW teljesítményű, 4 pólusú motorokhoz alkalmas. Üzembe helyezés után a maximális üzemi frekvencia 48 Hz, az áram pedig mindössze 180 A, ami a motor névleges áramának kevesebb, mint 70%-a. Maga a motor jelentős többletkapacitással rendelkezik. A frekvenciaváltó specifikációi pedig egy szinttel nagyobbak, mint a hajtómotoré, ami szükségtelen pazarlást okoz és nem javítja a megbízhatóságot.
Az Anhui Chaohu Cementgyár 3. számú mészkőzúzójának adagolórendszere egy 1500 × 12000-es lemezadagolót alkalmaz, a hajtómotor pedig egy 45 kW névleges teljesítményű és 84,6 A névleges áramú Y225M-4 AC motort. A frekvenciaátalakításos sebességszabályozás átalakítása előtt a tesztelés során azt tapasztalták, hogy amikor a lemezadagoló normál módon hajtja a motort, az átlagos háromfázisú áram mindössze 30 A, ami a motor névleges áramának mindössze 35,5%-a. A beruházás megtakarítása érdekében az ACS601-0060-3 frekvenciaváltót választották, amelynek névleges kimeneti árama 76 A, és alkalmas 37 kW teljesítményű 4 pólusú motorokhoz, jó teljesítményt nyújtva.
Ez a két példa azt szemlélteti, hogy azoknál a felújítási projekteknél, amelyek eredetileg nem használtak frekvenciaváltókat, a frekvenciaváltó kapacitásának a tényleges üzemi körülmények alapján történő kiválasztása jelentősen csökkentheti a beruházást.
3. tévhit: Az általános motorok csak csökkentett fordulatszámon működhetnek a névleges átviteli sebességük alatti frekvenciaváltókkal.
A klasszikus elmélet szerint az univerzális motor frekvenciájának felső határa 55 Hz. Ez azért van, mert amikor a motor fordulatszámát a névleges fordulatszám fölé kell állítani a működéshez, az állórész frekvenciája a névleges frekvencia (50 Hz) fölé fog emelkedni. Ezen a ponton, ha továbbra is az állandó nyomaték elvét követik a szabályozáshoz, az állórész feszültsége a névleges feszültség fölé fog emelkedni. Tehát, amikor a fordulatszám-tartomány magasabb, mint a névleges fordulatszám, az állórész feszültségét állandó értéken kell tartani a névleges feszültségen. Ezen a ponton, ahogy a fordulatszám/frekvencia növekszik, a mágneses fluxus csökkenni fog, ami a nyomaték csökkenését eredményezi azonos állórészáram mellett, a mechanikai jellemzők gyengülését és a motor túlterhelhetőségének jelentős csökkenését.
Ebből látható, hogy egy univerzális motor frekvenciájának felső határa 55 Hz, ami előfeltétel:
1. Az állórész feszültsége nem haladhatja meg a névleges feszültséget;
2. A motor névleges teljesítményen működik;
3. Állandó nyomatékterhelés.
A fenti helyzetben az elmélet és a kísérletek is bizonyították, hogy ha a frekvencia meghaladja az 55 Hz-et, a motor nyomatéka csökken, a mechanikai jellemzők lágyabbak lesznek, a túlterhelési kapacitás csökken, a vasfogyasztás gyorsan növekszik, és a melegedés súlyos lesz.
A szerző úgy véli, hogy a villanymotorok tényleges üzemi körülményei arra utalnak, hogy az általános célú motorok frekvenciaváltókkal gyorsíthatók. Növelhető-e a változtatható frekvenciájú fordulatszám? Mennyivel emelhető? Ezt főként a villanymotor által vontatott terhelés határozza meg. Először is meg kell határozni a terhelési sebességet. Másodszor, meg kell érteni a terhelési jellemzőket, és a terhelés konkrét helyzete alapján számításokat kell végezni. Egy rövid elemzés a következő:
1. Valójában egy 380 V-os univerzális motor hosszú ideig üzemeltethető, ha az állórészfeszültség meghaladja a névleges feszültség 10%-át, anélkül, hogy ez befolyásolná a motor szigetelését és élettartamát. Az állórészfeszültség megnő, a nyomaték jelentősen megnő, az állórészáram csökken, és a tekercselés hőmérséklete csökken.
2. Az elektromos motor terhelési rátája általában 50% és 60% között van.
Az ipari motorok általában névleges teljesítményük 50–60%-án működnek. Számítások szerint, amikor a motor kimenő teljesítménye a névleges teljesítmény 70%-a, és az állórészfeszültség 7%-kal nő, az állórészáram 26,4%-kal csökken. Ekkor, még állandó nyomatékszabályozás és frekvenciaváltóval a motor fordulatszámának 20%-os növelése esetén is, az állórészáram nemcsak hogy nem nő, hanem csökken is. Bár a motor vasvesztesége a frekvencia növelése után meredeken megnő, az általa termelt hő elhanyagolható az állórészáram csökkenése által csökkent hőhöz képest. Ezért a motor tekercsének hőmérséklete is jelentősen csökken.
3. Különböző terhelési jellemzők léteznek
A villanymotoros hajtásrendszer a terhelést szolgálja ki, és a különböző terhelések eltérő mechanikai jellemzőkkel rendelkeznek. A villanymotoroknak gyorsítás után meg kell felelniük a terhelés mechanikai jellemzőire vonatkozó követelményeknek. Számítások szerint az állandó nyomatékú terhelések esetén különböző terhelési sebességek (k) mellett a maximálisan megengedhető üzemi frekvencia (fmax) fordítottan arányos a terhelési sebességgel, azaz fmax=fe/k, ahol fe a névleges teljesítményfrekvencia. Állandó teljesítményű terhelések esetén az általános motorok maximálisan megengedhető üzemi frekvenciáját főként a motor forgórészének és tengelyének mechanikai szilárdsága korlátozza. A szerző úgy véli, hogy általában célszerű azt 100 Hz-en belül korlátozni.
Alkalmazási példa:
Egy bizonyos gyárban a láncos serleges szállítószalag állandó nyomatékterheléssel rendelkezik, és a termelés növekedése miatt a motor fordulatszámát 20%-kal kell növelni. A motor modellje Y180L-6, névleges teljesítménye 15 kW, névleges feszültsége 380 V, névleges árama 31,6 A, névleges fordulatszáma 980 fordulat/perc, hatásfoka 89,5%, teljesítménytényezője 0,81, üzemi árama 18-20 A, maximális üzemi teljesítménye normál körülmények között 7,5 kW, terhelési sebessége pedig 50%. A CIMR-G5A4015 frekvenciaváltó telepítése után az üzemi frekvencia 60 Hz, a fordulatszám 20%-kal nő, a frekvenciaváltó maximális kimeneti feszültsége 410 V-ra van állítva, a motor üzemi árama 12-15 A, ami körülbelül 30%-kal csökken, és a motor tekercsének hőmérséklete jelentősen csökken.
4. tévhit: A frekvenciaváltók inherens tulajdonságainak elhanyagolása
A frekvenciaváltó hibakeresését általában a forgalmazó végzi el, és nem lesz probléma. A frekvenciaváltó telepítése viszonylag egyszerű, és általában a felhasználó végzi el. Egyes felhasználók nem olvassák el figyelmesen a frekvenciaváltó felhasználói kézikönyvét, nem tartják be szigorúan a konstrukcióra vonatkozó műszaki követelményeket, figyelmen kívül hagyják magának a frekvenciaváltónak a jellemzőit, az általános elektromos alkatrészekkel azonosítják, és feltételezések és tapasztalatok alapján cselekszenek, rejtett veszélyeket rejtve a hibák és balesetek szempontjából.
A frekvenciaváltó felhasználói kézikönyve szerint a motorhoz csatlakoztatott kábelnek árnyékolt vagy páncélozott kábelnek kell lennie, lehetőleg fémcsőben fektetve. A vágott kábel végeinek a lehető legtisztábbnak kell lenniük, az árnyékolatlan szakaszoknak a lehető legrövidebbeknek kell lenniük, és a kábel hossza nem haladhatja meg az adott távolságot (általában 50 m). Ha a frekvenciaváltó és a motor közötti kábelezési távolság nagy, a kábelből származó nagy harmonikus szivárgási áram káros hatással lesz a frekvenciaváltóra és a környező berendezésekre. A frekvenciaváltó által vezérelt motorból visszavezetett földelővezetéket közvetlenül a frekvenciaváltó megfelelő földelő csatlakozójához kell csatlakoztatni. A frekvenciaváltó földelővezetékét nem szabad hegesztőgépekkel és erősáramú berendezésekkel megosztani, és a lehető legrövidebbnek kell lennie. A frekvenciaváltó által generált szivárgási áram miatt, ha túl messze van a földelési ponttól, a földelő csatlakozó potenciálja instabil lesz. A frekvenciaváltó földelővezetékének minimális keresztmetszeti területének nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie a tápkábel keresztmetszetével. Az interferencia okozta hibás működés elkerülése érdekében a vezérlőkábelekhez sodrott árnyékolt vezetékeket vagy kétszálú árnyékolt vezetékeket kell használni. Ugyanakkor ügyeljen arra, hogy ne érjen az árnyékolt hálózati kábel más jelvezetékekhez és berendezésburkolatokhoz, és szigetelőszalaggal tekerje be. A zajhatások elkerülése érdekében a vezérlőkábel hossza nem haladhatja meg az 50 métert. A vezérlőkábelt és a motorkábelt külön kell fektetni, külön kábeltálcákban, és a lehető legtávolabb kell tartani egymástól. Ha a kettőnek kereszteznie kell, akkor függőlegesen kell keresztezni. Soha ne helyezze őket ugyanabba a csővezetékbe vagy kábeltálcába. Egyes felhasználók azonban nem tartották be szigorúan a fenti követelményeket a kábelek fektetésekor, aminek következtében a berendezés az egyes hibakeresések során normálisan működött, de a normál gyártás során komoly interferenciát okozott, ami működésképtelenné tette a berendezést.
Ha egy cementgyár másodlagos levegő hőmérsékletmérője hirtelen rendellenes értékeket mutat: a kijelzett érték jelentősen alacsony és nagymértékben ingadozik. Korábban nagyon jól működött. Ellenőriztük a hőelemeket, hőmérséklet-távadókat és másodlagos műszereket, és nem találtunk problémákat. Mi a lényeges? Amikor a műszert egy másik mérési pontra helyeztük át, teljesen normálisan működött. Amikor azonban más mérési pontokról származó hasonló műszereket cseréltünk ki, ugyanaz a jelenség is előfordult. Később kiderült, hogy egy új frekvenciaváltót szereltek be a rostélyhűtő 3. számú hűtőventilátorának motorjára, és csak a frekvenciaváltó üzembe helyezése után mutatott a másodlagos levegő hőmérsékletmérője rendellenes értékeket. Állítsa le a frekvenciaváltót, és azonnal állítsa vissza a másodlagos levegő hőmérsékletmérőjét normál állapotba; A frekvenciaváltó újraindítása után a másodlagos levegő hőmérsékletmérője ismét rendellenes értékeket mutatott. Többszöri tesztelés után megállapították, hogy a frekvenciaváltótól származó interferencia volt a közvetlen oka a másodlagos levegő hőmérsékletmérőjén megjelenő rendellenes kijelzésnek. A ventilátor egy centrifugális ventilátor, amely eredetileg szelepeket használt a levegő mennyiségének beállításához, de később változtatható frekvenciájú sebességszabályozásra váltott a levegő mennyiségének beállításához. A helyszíni nagy pormennyiség és a zord környezet miatt a frekvenciaváltót az MCC (Motor Control Center) vezérlőtermében telepítik. A konstrukció egyszerűsítése érdekében a frekvenciaváltó a ventilátor fő kontaktorának alsó oldalához csatlakozik, a frekvenciaváltó kimeneti kábele pedig a ventilátormotor tápkábelét használja. A ventilátormotor tápkábele PVC szigetelésű, nem acélpáncélozott, páncélozott köpenyű kábel, és a másodlagos levegő hőmérsékletmérő jelkábelével párhuzamosan, ugyanazon kábelárok különböző áthidaló rétegeiben van lefektetve. Látható, hogy éppen azért fordulnak elő interferencia jelenségek, mert a frekvenciaváltó kimeneti kábele nem páncélozott kábeleket használ, és nem is vascsöveken keresztül van lefektetve. Ennek a leckének különös figyelmet kell szentelni azoknál a felújítási projekteknél, amelyek eredetileg nem használtak frekvenciaváltókat.
A frekvenciaváltók napi karbantartása során is különös gondot kell fordítani. Egyes villanyszerelők azonnal bekapcsolják a frekvenciaváltót karbantartás céljából, amint hibát észlelnek és lekapcsolják. Ez nagyon veszélyes, és személyi áramütést okozhat. Ez azért van, mert még ha a frekvenciaváltó nem is működik, vagy a tápellátás megszakadt, a kondenzátorok jelenléte miatt továbbra is feszültség lehet a frekvenciaváltó tápvezetékén, egyenáramú csatlakozóján és motorcsatlakozóján. A kapcsoló leválasztása után néhány percet kell várni, amíg a frekvenciaváltó teljesen kisül, mielőtt megkezdené a munkát. Egyes villanyszerelők hozzászoktak, hogy a változtatható frekvenciájú hajtásrendszer által hajtott motoron azonnal szigetelésvizsgálatot végeznek egy rázóasztal segítségével, amikor észlelik a rendszer leoldását, hogy megállapítsák, leégett-e a motor. Ez is nagyon veszélyes, mivel könnyen kiégetheti a frekvenciaváltót. Ezért a motor és a frekvenciaváltó közötti kábel leválasztása előtt nem szabad szigetelésvizsgálatot végezni sem a motoron, sem a frekvenciaváltóhoz már csatlakoztatott kábelen.