I fornitori di dispositivi di feedback energetico con convertitori di frequenza ricordano che nella moderna produzione di automazione industriale, il campo di applicazione di pompe, ventilatori e altre apparecchiature sta diventando sempre più ampio. Il loro consumo di energia elettrica, le perdite di carico di deflettori, valvole e altre apparecchiature, nonché i costi di manutenzione e riparazione giornalieri, rappresentano quasi il 20% del costo. Si tratta di una spesa di produzione considerevole. Con lo sviluppo dell'economia, l'approfondimento delle riforme e l'intensificazione della concorrenza sul mercato, il risparmio energetico e la riduzione dei consumi sono gradualmente diventati un mezzo importante per migliorare la qualità dei prodotti e ridurre i costi di produzione.
1. Teoria di base della tecnologia di risparmio energetico a frequenza variabile
Il principio di base della tecnologia di conversione di frequenza è che la frequenza della corrente alternata utilizzata dalle apparecchiature elettriche viene mantenuta in uno stato fisso per un lungo periodo di tempo. L'applicazione della tecnologia di conversione di frequenza mira a rendere la frequenza una risorsa che può essere regolata e utilizzata liberamente. Oggigiorno, la tecnologia a frequenza variabile più attiva e in rapido sviluppo è la tecnologia di regolazione della velocità a frequenza variabile.
La tecnologia di conversione di frequenza comprende la tecnologia informatica, la tecnologia dell'elettronica di potenza e la tecnologia di trasmissione a clic. Si tratta di una tecnologia completa che combina apparecchiature meccaniche ed elettricità forte e debole. Si riferisce alla conversione del segnale della corrente a frequenza di rete in altre frequenze, ottenuta principalmente tramite componenti a semiconduttore. Quindi, la corrente alternata viene convertita in corrente continua e l'inverter regola la corrente e la tensione, ottenendo al contempo una regolazione continua della velocità dell'apparecchiatura elettromeccanica. In sintesi, la tecnologia di conversione di frequenza serve a controllare la velocità di un motore modificando la frequenza della corrente, controllando così efficacemente l'apparecchiatura del motore. Tutti questi risultati si ottengono sulla base dell'aumento annuale della frequenza della corrente e della velocità del motore. La caratteristica della tecnologia di conversione di frequenza è che può garantire il funzionamento regolare del motore, controllare automaticamente l'accelerazione e la decelerazione e ridurre il consumo energetico migliorando al contempo l'efficienza lavorativa.
Nell'uso quotidiano dei convertitori di frequenza, vengono utilizzati principalmente il controllo diretto della coppia e il controllo vettoriale. Nello sviluppo futuro dei convertitori di frequenza, verranno utilizzati anche reti neurali artificiali e metodi di controllo di auto-ottimizzazione fuzzy. Inoltre, con il continuo sviluppo dei convertitori di frequenza, la loro completezza diventerà sempre maggiore. Oltre a completare le funzioni di base di regolazione della velocità, dispongono anche di funzioni di comunicazione, programmazione e identificazione dei parametri impostate internamente.
2. Principio di risparmio energetico del convertitore di frequenza
2.1 Metodi di risparmio energetico a frequenza variabile
Secondo la meccanica dei fluidi, potenza = pressione * portata. Portata e velocità alla potenza di uno sono proporzionali, la pressione è proporzionale al quadrato della velocità e la potenza è proporzionale al cubo della velocità. Se l'efficienza della pompa dell'acqua è fissa, quando la portata diminuisce, la velocità diminuirà proporzionalmente e anche la potenza in uscita diminuirà in proporzione cubica. Pertanto, la velocità della pompa dell'acqua è approssimativamente proporzionale al consumo energetico del motore. Ad esempio, quando un motore di una pompa dell'acqua da 55 kW viene portato all'80% della sua velocità originale, il suo consumo energetico è di 28 kW/h, con un tasso di risparmio energetico del 48%. Ma se la velocità viene regolata al 50% di quella originale, il consumo energetico diventa di 6 kilowatt all'ora e il tasso di risparmio energetico raggiunge l'87%.
2.2 Adozione della compensazione del fattore di potenza per il risparmio energetico
La potenza reattiva non solo provoca il surriscaldamento delle apparecchiature e aumenta l'usura dei cavi, ma, cosa più importante, la diminuzione del fattore di potenza porta a una diminuzione della potenza attiva della rete elettrica. Di conseguenza, una grande quantità di energia reattiva viene consumata nelle linee elettriche, con conseguente riduzione dell'efficienza delle apparecchiature e gravi sprechi. Dopo l'utilizzo di un dispositivo di regolazione della velocità a frequenza variabile, la perdita di potenza reattiva viene ulteriormente ridotta grazie al condensatore di filtraggio all'interno del convertitore di frequenza, che aumenta la potenza attiva della rete elettrica.
2.3 Utilizzo del metodo di avvio graduale per il risparmio energetico
Poiché il motore viene avviato tramite avviamento Y/D o diretto, la corrente di avviamento è da quattro a sette volte superiore alla corrente nominale, il che può avere un impatto significativo sulla rete elettrica e sulle apparecchiature elettromeccaniche. Inoltre, ciò richiede una capacità di alimentazione molto elevata della rete elettrica, generando una corrente relativamente elevata durante l'avviamento e causando danni significativi a valvole e deflettori durante le vibrazioni, il che è anche molto dannoso per la durata di vita di tubazioni e apparecchiature. L'uso di convertitori di frequenza sfrutta la funzione di avviamento graduale del convertitore di frequenza per avviare la corrente da zero, e il valore massimo non supererà la corrente nominale. Pertanto, l'impatto sulla rete elettrica e i requisiti di capacità di alimentazione sono notevolmente ridotti e la durata di vita di valvole e apparecchiature è notevolmente prolungata.
3. Esempi di applicazione della tecnologia di risparmio energetico a frequenza variabile
Abbiamo utilizzato l'installazione di un regolatore di velocità a frequenza variabile su una pompa di circolazione dell'acqua da 160 kW come esempio per il retrofit dell'apparecchiatura a risparmio energetico a frequenza variabile. Abbiamo testato il consumo di elettricità prima e dopo il retrofit, ottenendo risultati molto soddisfacenti.
3.1 Modalità di controllo prima della trasformazione di conversione di frequenza
Nel funzionamento di una pompa di circolazione dell'acqua, quando la portata varia a causa delle esigenze di processo, è necessario regolare l'apertura delle valvole di mandata e di aspirazione per modificare la portata effettiva della pompa. Questo metodo di regolazione è chiamato regolazione a strozzamento. In questo esempio, l'apertura delle valvole di mandata e di aspirazione è di circa il 60%. Dal punto di vista del consumo energetico, questo è un metodo di regolazione molto antieconomico.
3.2 Modalità di controllo dopo la trasformazione della conversione di frequenza
Nel funzionamento di una pompa di circolazione dell'acqua, quando la portata varia a causa delle esigenze di processo, sia le valvole di ingresso che di uscita vengono completamente aperte. Regolando la velocità del motore, è possibile trovare un nuovo punto di funzionamento adatto per ottenere la portata appropriata. A seconda della situazione effettiva e delle esigenze in loco, è possibile implementare il controllo manuale o automatico. In questo esempio, poiché non è necessario regolare frequentemente la portata, la frequenza di funzionamento effettiva del motore viene determinata a 40 Hz in base alla situazione effettiva e alle esigenze in loco, e il controllo manuale viene adottato principalmente per risparmiare energia.
4. Modifiche al funzionamento dopo l'utilizzo di un sistema di regolazione della velocità a frequenza variabile
È stato ottenuto un avviamento graduale completo. All'avvio del motore, la velocità del rotore aumenta gradualmente in base alla frequenza dell'alimentazione in ingresso, con conseguente aumento graduale della velocità. Il tempo di avviamento dell'intero sistema è impostato su circa 20 secondi, il che non compromette il funzionamento del sistema ed è più fluido rispetto al metodo di avviamento originale.
Anche la corrente utilizzata nella rete elettrica è stata significativamente ridotta, rendendo più sicuro l'uso delle apparecchiature elettriche. Allo stesso tempo, al diminuire della frequenza, diminuisce anche la velocità del motore, riducendo l'usura meccanica e riducendo notevolmente la probabilità di guasti e i costi di manutenzione. Il trasformatore che fornisce energia elettrica alla pompa dell'acqua ha risparmiato gran parte della capacità di alimentazione. Semplicemente riducendo il carico attivo, la capacità risparmiata è di circa 50 kilowatt, migliorando l'efficienza di utilizzo dell'apparecchiatura. Anche il fattore di potenza del motore è stato migliorato di conseguenza, rendendone il funzionamento più economico.
L'impiego della tecnologia di conversione di frequenza ha migliorato la qualità dei prodotti, ridotto il consumo energetico, risparmiato energia e ulteriormente incrementato i vantaggi economici delle imprese. L'applicazione della tecnologia di regolazione della velocità tramite conversione di frequenza richiede la trasformazione di queste apparecchiature per conseguire il risparmio energetico.