周波数変換器エネルギーフィードバック装置のサプライヤーは、現代の産業オートメーション生産において、ポンプ、ファンなどの機器の適用範囲がますます広がっていることをご承知おきください。これらの機器の電力消費量、バッフル、バルブなどの絞り損失、そして日常的な保守・修理費用は、コストの約20%を占めており、これは相当な生産コストです。経済の発展、改革の深化、市場競争の激化に伴い、省エネと消費量の削減は、製品品質の向上と生産コストの削減における重要な手段となってきています。
1. 可変周波数省エネ技術の基礎理論
周波数変換技術の基本原理は、電気機器が使用する交流電流の周波数を長期間一定に保つことです。周波数変換技術の応用は、周波数を自由に調整・利用できる資源にすることです。現在、最も活発かつ急速に発展している可変周波数技術は、可変周波数による速度制御技術です。
周波数変換技術には、コンピュータ技術、パワーエレクトロニクス技術、クリック伝送技術などが含まれており、機械設備と強弱電気を融合した総合技術です。電力周波数電流の信号を他の周波数に変換することを指し、主に半導体部品を介して実現されます。次に、交流電流を直流電流に変換し、インバーターで電流と電圧を調整しながら、電気機械設備の無段階速度調整を実現します。要約すると、周波数変換技術とは、電流の周波数を変更することでモーターの速度を制御し、モーター設備を効果的に制御することです。これらはすべて、電流周波数とモーター速度の年々増加に基づいて実現されています。周波数変換技術の特徴は、モーターのスムーズな動作を確保し、加減速を自動的に制御し、作業効率を向上させながらエネルギー消費を削減できることです。
周波数変換器の日常的な使用においては、直接トルク制御とベクトル制御が主に用いられています。今後の周波数変換器の開発においては、人工ニューラルネットワークやファジー自己最適化制御方式が用いられるでしょう。さらに、周波数変換器の発展に伴い、その包括性はますます高まっていくでしょう。基本的な速度制御機能に加え、通信機能、プログラマブル機能、パラメータ同定機能も内蔵されています。
2. 周波数変換器の省エネ原理
2.1 可変周波数省エネ法
流体力学によれば、動力＝圧力×流量です。流量と速度の1乗は比例し、圧力は速度の2乗に比例し、動力は速度の3乗に比例します。水ポンプの効率が一定であれば、流量が減少すると速度も比例して低下し、出力も3乗の関係で低下します。したがって、水ポンプの回転速度はモーターの消費電力にほぼ比例します。例えば、55kWの水ポンプモーターを元の回転速度の80%にすると、消費電力は28kW/hとなり、節電率は48%になります。しかし、回転速度を元の50%に調整すると、消費電力は6kW/hとなり、節電率は87%に達します。
2.2 エネルギー節約のための力率補償の採用
無効電力は、機器の発熱や電線の摩耗増加を引き起こすだけでなく、最も重要なのは力率の低下によって電力網の有効電力が低下することです。その結果、電力線で大量の無効エネルギーが消費され、機器効率の低下と深刻な無駄が生じます。可変周波数速度調整装置を使用すると、周波数変換器内のフィルタリングコンデンサによって無効電力損失がさらに低減され、電力網の有効電力が増加します。
2.3 省エネのためのソフトスタート方式の使用
モータはY/D始動または直結始動方式を採用しているため、始動電流は定格電流の4～7倍に達し、電力網や電気機械設備に深刻な影響を与える可能性があります。また、電力網の容量が非常に高くなるため、始動時に比較的大きな電流が発生し、振動時にバルブやバッフルに重大な損傷を与えるだけでなく、配管や設備の耐用年数にも大きな悪影響を及ぼします。周波数変換器を使用すると、周波数変換器のソフトスタート機能を利用して電流をゼロから始動するため、最大値が定格電流を超えることはありません。そのため、電力網への影響や電源容量に対する要件が大幅に軽減され、バルブや設備の耐用年数も大幅に延長されます。
3. 可変周波数省エネ技術の応用例
160kW循環水ポンプへの可変周波数速度制御装置の設置を例に、可変周波数省エネ設備の改修を行いました。改修前後の電力消費量を試験した結果、非常に満足のいく結果が得られました。
3.1 周波数変換変換前の制御モード
循環水ポンプの運転において、プロセス要件により流量が変化すると、ポンプの出口と入口の開度を調整してポンプの実際の流量を変更する必要があります。この調整方法は絞り調整と呼ばれます。この例では、出口と入口のバルブ開度は約60%です。エネルギー利用の観点から見ると、これは非常に不経済な調整方法です。
3.2 周波数変換後の制御モード
循環水ポンプの運転において、プロセス要件により流量が変化すると、入口バルブと出口バルブの両方が全開になります。モータ速度を調整することで、適切な流量を得るための適切な新しい動作点を見つけることができます。実際の状況と現場のニーズに応じて、手動制御または自動制御を実施できます。この例では、流量を頻繁に調整する必要がないため、実際の状況と現場のニーズに基づいてモータの実際の運転周波数を40Hzに決定し、主に省エネのために手動制御を採用しています。
4. 可変周波数速度制御システム使用後の運転の変化
完全なソフトスタートを実現しました。モーターの始動時、ローター回転速度は入力電源の周波数に応じて徐々に上昇し、滑らかな速度上昇を実現します。システム全体の起動時間は約20秒に設定されており、システムへの影響はなく、従来の起動方法よりもスムーズです。
電力網の使用電流も大幅に削減され、電気機器の使用がより安全になりました。同時に、周波数の低下に伴いモーターの回転速度も低下し、機械の摩耗が軽減され、故障の可能性とメンテナンスコストが大幅に削減されました。ウォーターポンプに電力を供給する変圧器は、電源容量の大部分を節約しました。有効負荷を減らすだけで、約50キロワットの電力を節約でき、機器の利用効率が向上しました。モーターの力率もそれに応じて改善され、モーターの運転がより経済的になりました。
周波数変換技術の活用により、製品品質の向上、エネルギー消費量の削減、省エネが実現し、企業の経済効果もさらに高まりました。周波数変換速度制御技術の適用には、これらの設備の改造による省エネが必要です。