Ja divi identiski motori darbojas ar 50 Hz jaudas frekvenci, viens izmanto frekvences pārveidotāju, bet otrs ne, un gan ātrums, gan griezes moments ir motora nominālajā stāvoklī, vai frekvences pārveidotājs var ietaupīt enerģiju? Cik daudz var ietaupīt?
Atbilde: Šajā gadījumā frekvences pārveidotājs var tikai uzlabot jaudas koeficientu un nevar ietaupīt elektroenerģiju.
1. Frekvences pārveidošana ne visur var ietaupīt elektroenerģiju, un ir daudz gadījumu, kad frekvences pārveidošana ne vienmēr ietaupa elektroenerģiju.
2. Kā elektroniska shēma, pats frekvences pārveidotājs arī patērē jaudu (apmēram 2–5% no nominālās jaudas).
3. Frekvences pārveidotāji darbojas ar jaudas frekvenci un tiem ir enerģijas taupīšanas funkcijas. Taču tā priekšnoteikums ir:
Pirmkārt, pašai ierīcei ir enerģijas taupīšanas funkcija (programmatūras atbalsts), kas atbilst visas sistēmas vai procesa prasībām;
Otrkārt, ilgstoša nepārtraukta darbība.
Turklāt nav svarīgi, vai tas ietaupa elektrību vai nē, tam nav jēgas. Ja tiek apgalvots, ka frekvences pārveidotājs darbojas enerģijas taupīšanas režīmā bez jebkādiem priekšnosacījumiem, tas ir pārspīlējums vai komerciāla spekulācija. Zinot visu stāstu, jūs to gudri izmantosiet savā labā. Noteikti pievērsiet uzmanību lietošanas situācijai un apstākļiem, lai to pareizi pielietotu, pretējā gadījumā tas būs akla sekošana, viegla ticība un maldināšana.
Izmantojot frekvences pārveidotājus, mums bieži rodas šādi nepareizi priekšstati:
1. maldīgs priekšstats: Izmantojot frekvences pārveidotāju, var ietaupīt elektroenerģiju
Daļā literatūras avotu frekvences pārveidotāji tiek uzskatīti par enerģiju taupošiem vadības produktiem, radot iespaidu, ka, izmantojot frekvences pārveidotājus, var ietaupīt elektroenerģiju.
Patiesībā frekvences pārveidotāji var ietaupīt elektroenerģiju, jo tie var regulēt elektromotoru ātrumu. Ja frekvences pārveidotāji ir enerģiju taupoši vadības produkti, tad visas ātruma regulēšanas iekārtas var uzskatīt par enerģiju taupošiem vadības produktiem. Frekvences pārveidotājs ir tikai nedaudz efektīvāks un ar lielāku jaudas koeficientu nekā citas ātruma regulēšanas ierīces.
To, vai frekvences pārveidotājs var panākt enerģijas taupīšanu, nosaka tā slodzes ātruma regulēšanas raksturlielumi. Tādām slodzēm kā centrbēdzes ventilatori un centrbēdzes sūkņi griezes moments ir proporcionāls ātruma kvadrātam, un jauda ir proporcionāla ātruma kubam. Kamēr tiek izmantota sākotnējā vārsta vadības plūsma un tas nedarbojas ar pilnu slodzi, pāreja uz ātruma regulēšanas darbību var panākt enerģijas taupīšanu. Kad ātrums samazinās līdz 80% no sākotnējā, jauda ir tikai 51,2% no sākotnējās. Var redzēt, ka frekvences pārveidotāju izmantošanai šādās slodzēs ir visbūtiskākais enerģijas taupīšanas efekts. Tādām slodzēm kā Ruts ventilatori griezes moments nav atkarīgs no ātruma, t.i., pastāvīgs griezes momenta slodzes līmenis. Ja sākotnējā metode, kurā gaisa daudzuma regulēšanai tiek izmantots ventilācijas vārsts, lai izvadītu lieko gaisa daudzumu, tiek mainīta uz ātruma regulēšanas darbību, var panākt arī enerģijas taupīšanu. Kad ātrums samazinās līdz 80% no sākotnējās vērtības, jauda sasniedz 80% no sākotnējās vērtības. Enerģijas taupīšanas efekts ir daudz mazāks nekā centrbēdzes ventilatoru un centrbēdzes sūkņu pielietojumam. Pastāvīgas jaudas slodzēm jauda nav atkarīga no ātruma. Pastāvīga jaudas slodze cementa rūpnīcā, piemēram, dozēšanas lentes svari, samazina lentes ātrumu, ja materiāla slānis ir biezs noteiktos plūsmas apstākļos; ja materiāla slānis ir plāns, lentes ātrums palielinās. Frekvences pārveidotāju izmantošana šādās slodzēs nevar ietaupīt elektroenerģiju.
Salīdzinot ar līdzstrāvas ātruma regulēšanas sistēmām, līdzstrāvas motoriem ir augstāka efektivitāte un jaudas koeficients nekā maiņstrāvas motoriem. Digitālo līdzstrāvas ātruma regulatoru efektivitāte ir salīdzināma ar frekvences pārveidotājiem un pat nedaudz augstāka nekā frekvences pārveidotājiem. Tāpēc ir nepareizi apgalvot, ka, izmantojot asinhronos maiņstrāvas motorus un frekvences pārveidotājus, tiek ietaupīts vairāk elektroenerģijas nekā izmantojot līdzstrāvas motorus un līdzstrāvas regulatorus, gan teorētiski, gan praktiski.
2. nepareizais priekšstats: frekvences pārveidotāja jaudas izvēle ir balstīta uz motora nominālo jaudu
Salīdzinot ar elektromotoriem, frekvences pārveidotāju cena ir salīdzinoši augsta, tāpēc ir ļoti jēgpilni saprātīgi samazināt frekvences pārveidotāju jaudu, vienlaikus nodrošinot drošu un uzticamu darbību.
Frekvences pārveidotāja jauda attiecas uz 4 polu maiņstrāvas asinhronā motora jaudu, kuram tas ir piemērots.
Tā kā motoriem ar vienādu jaudu ir atšķirīgs polu skaits, mainās arī motora nominālā strāva. Palielinoties motora polu skaitam, palielinās arī motora nominālā strāva. Frekvences pārveidotāja jaudas izvēli nevar balstīt uz motora nominālo jaudu. Tajā pašā laikā renovācijas projektos, kuros sākotnēji netika izmantoti frekvences pārveidotāji, frekvences pārveidotāju jaudas izvēli nevar balstīt uz motora nominālo strāvu. Tas ir tāpēc, ka elektromotora jaudas izvēlē jāņem vērā tādi faktori kā maksimālā slodze, pārpalikuma koeficients un motora specifikācijas. Bieži vien pārpalikums ir liels, un rūpnieciskie motori bieži darbojas ar 50% līdz 60% no nominālās slodzes. Ja frekvences pārveidotāja jauda tiek izvēlēta, pamatojoties uz motora nominālo strāvu, paliek pārāk liela rezerve, kā rezultātā rodas ekonomiski zaudējumi, un uzticamība netiek uzlabota.
Vāverbūra motoriem frekvences pārveidotāja jaudas izvēlei jābalstās uz principu, ka frekvences pārveidotāja nominālā strāva ir lielāka vai vienāda ar 1,1 reizi lielāku par motora maksimālo normālo darba strāvu, kas var maksimāli palielināt izmaksu ietaupījumus. Tādos apstākļos kā lielas slodzes iedarbināšana, augstas temperatūras vide, tinuma motors, sinhronais motors utt., frekvences pārveidotāja jauda ir attiecīgi jāpalielina.
Projektiem, kuros frekvences pārveidotāji tiek izmantoti jau no paša sākuma, ir saprotams, ka frekvences pārveidotāja jauda jāizvēlas, pamatojoties uz motora nominālo strāvu. Tas ir tāpēc, ka frekvences pārveidotāja jaudu šobrīd nevar izvēlēties, pamatojoties uz faktiskajiem darba apstākļiem. Protams, lai samazinātu investīcijas, dažos gadījumos frekvences pārveidotāja jauda sākumā var būt nenoteikta, un pēc tam, kad iekārta ir darbojusies noteiktu laiku, to var izvēlēties, pamatojoties uz faktisko strāvu.
Iekšējās Mongolijas cementa rūpnīcas cementa dzirnavu ar diametru 2,4 m × 13 m sekundārajā malšanas sistēmā ir viens vietēji ražots N-1500 O-Sepa augstas efektivitātes pulvera selektors, kas aprīkots ar Y2-315M-4 modeļa elektromotoru ar jaudu 132 kW. Tomēr tiek izvēlēts frekvences pārveidotājs FRN160-P9S-4E, kas ir piemērots 4 polu motoriem ar jaudu 160 kW. Pēc nodošanas ekspluatācijā maksimālā darba frekvence ir 48 Hz, un strāva ir tikai 180 A, kas ir mazāk nekā 70% no motora nominālās strāvas. Pašam motoram ir ievērojama jaudas pārpalikums. Turklāt frekvences pārveidotāja specifikācijas ir par vienu līmeni lielākas nekā piedziņas motoram, kas rada nevajadzīgus zudumus un neuzlabo uzticamību.
Anhui Chaohu cementa rūpnīcas Nr. 3 kaļķakmens drupinātāja padeves sistēma izmanto 1500 × 12000 plākšņu padevēju, un piedziņas motors ir Y225M-4 maiņstrāvas motors ar nominālo jaudu 45 kW un nominālo strāvu 84,6 A. Pirms frekvences pārveidošanas ātruma regulēšanas transformācijas testēšanas laikā tika konstatēts, ka, plākšņu padevējam darbojoties normāli, vidējā trīsfāžu strāva ir tikai 30 A, kas ir tikai 35,5 % no motora nominālās strāvas. Lai ietaupītu investīcijas, tika izvēlēts ACS601-0060-3 frekvences pārveidotājs, kura nominālā izejas strāva ir 76 A un kas ir piemērots 4 polu motoriem ar jaudu 37 kW, sasniedzot labu veiktspēju.
Šie divi piemēri ilustrē, ka renovācijas projektos, kuros sākotnēji netika izmantoti frekvences pārveidotāji, frekvences pārveidotāja jaudas izvēle, pamatojoties uz faktiskajiem darbības apstākļiem, var ievērojami samazināt ieguldījumus.
3. nepareizais priekšstats: Izmantojot frekvences pārveidotājus, kas ir zemāki par to nominālo pārraides ātrumu, vispārējie motori var darboties tikai ar samazinātu ātrumu.
Klasiskā teorija apgalvo, ka universālā motora frekvences augšējā robeža ir 55 Hz. Tas ir tāpēc, ka, ja motora ātrums ir jāpielāgo virs nominālā ātruma darbībai, statora frekvence palielināsies virs nominālās frekvences (50 Hz). Šajā brīdī, ja vadībai joprojām tiek ievērots nemainīga griezes momenta princips, statora spriegums palielināsies virs nominālā sprieguma. Tātad, ja ātruma diapazons ir lielāks par nominālo ātrumu, statora spriegums ir jāuztur nemainīgs nominālā sprieguma līmenī. Šajā brīdī, palielinoties ātrumam/frekvencei, magnētiskā plūsma samazināsies, kā rezultātā samazināsies griezes moments pie tādas pašas statora strāvas, mīkstināsies mehāniskās īpašības un ievērojami samazināsies motora pārslodzes jauda.
No tā var redzēt, ka universālā motora frekvences augšējā robeža ir 55 Hz, kas ir priekšnoteikums:
1. Statora spriegums nedrīkst pārsniegt nominālo spriegumu;
2. Motors darbojas ar nominālo jaudu;
3. Pastāvīga griezes momenta slodze.
Iepriekš minētajā situācijā teorija un eksperimenti ir pierādījuši, ka, ja frekvence pārsniedz 55 Hz, motora griezes moments samazināsies, mehāniskās īpašības kļūs mīkstākas, pārslodzes jauda samazināsies, dzelzs patēriņš strauji palielināsies un būs spēcīga apkure.
Autors uzskata, ka elektromotoru faktiskie darbības apstākļi liecina, ka vispārējas nozīmes motorus var paātrināt, izmantojot frekvences pārveidotājus. Vai var palielināt mainīgas frekvences ātrumu? Cik daudz to var palielināt? To galvenokārt nosaka elektromotora vilktā slodze. Pirmkārt, ir jānosaka slodzes ātrums. Otrkārt, ir jāsaprot slodzes raksturlielumi un jāveic aprēķini, pamatojoties uz konkrēto slodzes situāciju. Īsa analīze ir šāda:
1. Faktiski 380 V universālo motoru ir iespējams darbināt ilgstoši, ja statora spriegums pārsniedz 10 % no nominālā sprieguma, neietekmējot motora izolāciju un kalpošanas laiku. Statora spriegums palielinās, griezes moments ievērojami palielinās, statora strāva samazinās un tinuma temperatūra samazinās.
2. Elektromotora slodzes ātrums parasti ir no 50% līdz 60%
Parasti rūpnieciskie motori darbojas ar 50–60 % no to nominālās jaudas. Pēc aprēķiniem, kad motora izejas jauda ir 70 % no nominālās jaudas un statora spriegums palielinās par 7 %, statora strāva samazinās par 26,4 %. Šajā laikā, pat ar nemainīgu griezes momenta kontroli un izmantojot frekvences pārveidotāju, lai palielinātu motora ātrumu par 20 %, statora strāva ne tikai nepalielinās, bet pat samazinās. Lai gan motora dzelzs zudumi strauji palielinās pēc frekvences palielināšanas, to radītais siltums ir niecīgs, salīdzinot ar siltumu, ko samazina statora strāvas samazināšanās. Tāpēc arī motora tinuma temperatūra ievērojami samazināsies.
3. Pastāv dažādas slodzes īpašības
Elektromotora piedziņas sistēma apkalpo slodzi, un dažādām slodzēm ir atšķirīgas mehāniskās īpašības. Elektromotoriem pēc paātrinājuma jāatbilst slodzes mehānisko īpašību prasībām. Saskaņā ar aprēķiniem, maksimālā pieļaujamā darba frekvence (fmax) nemainīga griezes momenta slodzēm pie dažādiem slodzes ātrumiem (k) ir apgriezti proporcionāla slodzes ātrumam, t.i., fmax=fe/k, kur fe ir nominālā jaudas frekvence. Pastāvīgas jaudas slodzēm vispārējo motoru maksimāli pieļaujamo darba frekvenci galvenokārt ierobežo motora rotora un vārpstas mehāniskā izturība. Autors uzskata, ka parasti ieteicams to ierobežot 100 Hz robežās.
Pielietojuma piemērs:
Noteiktā rūpnīcā ķēdes kausa konveijeram ir nemainīga griezes momenta slodze, un ražošanas pieauguma dēļ tā motora ātrums ir jāpalielina par 20%. Motora modelis ir Y180L-6, ar nominālo jaudu 15kW, nominālo spriegumu 380V, nominālo strāvu 31,6A, nominālo ātrumu 980r/min, efektivitāti 89,5%, jaudas koeficientu 0,81, darba strāvu 18-20A, maksimālo darba jaudu 7,5kW normālos apstākļos un slodzes ātrumu 50%. Pēc CIMR-G5A4015 frekvences pārveidotāja uzstādīšanas darba frekvence ir 60Hz, ātrums tiek palielināts par 20%, frekvences pārveidotāja maksimālais izejas spriegums ir iestatīts uz 410V, motora darba strāva ir 12-15A, kas samazinās par aptuveni 30%, un motora tinuma temperatūra ievērojami samazinās.
4. nepareizais priekšstats: frekvences pārveidotāju raksturīgo īpašību ignorēšana
Frekvences pārveidotāja atkļūdošanas darbus parasti veic izplatītājs, un nebūs nekādu problēmu. Frekvences pārveidotāja uzstādīšana ir samērā vienkārša, un to parasti veic lietotājs. Daži lietotāji rūpīgi neizlasa frekvences pārveidotāja lietotāja rokasgrāmatu, stingri neievēro konstrukcijas tehniskās prasības, ignorē paša frekvences pārveidotāja raksturlielumus, pielīdzina to vispārējām elektriskām sastāvdaļām un rīkojas, pamatojoties uz pieņēmumiem un pieredzi, paredzot slēptus bojājumu un negadījumu draudus.
Saskaņā ar frekvences pārveidotāja lietotāja rokasgrāmatu, motoram pievienotajam kabelim jābūt ekranētam vai bruņotam kabelim, vēlams, ievietotam metāla caurulē. Nogrieztā kabeļa galiem jābūt pēc iespējas glītākiem, neekranētajiem segmentiem jābūt pēc iespējas īsākiem, un kabeļa garumam nevajadzētu pārsniegt noteiktu attālumu (parasti 50 m). Ja vadu attālums starp frekvences pārveidotāju un motoru ir liels, augstas harmonikas noplūdes strāva no kabeļa negatīvi ietekmēs frekvences pārveidotāju un apkārtējās iekārtas. Zemējuma vadam, kas atgriežas no frekvences pārveidotāja vadītā motora, jābūt tieši savienotam ar atbilstošo frekvences pārveidotāja zemējuma spaili. Frekvences pārveidotāja zemējuma vadu nedrīkst koplietot ar metināšanas iekārtām un barošanas iekārtām, un tam jābūt pēc iespējas īsam. Frekvences pārveidotāja radītās noplūdes strāvas dēļ, ja tas atrodas pārāk tālu no zemējuma punkta, zemējuma spailes potenciāls būs nestabils. Frekvences pārveidotāja zemējuma vada minimālajam šķērsgriezuma laukumam jābūt lielākam vai vienādam ar barošanas kabeļa šķērsgriezuma laukumu. Lai novērstu traucējumu izraisītu nepareizu darbību, vadības kabeļiem jāizmanto savīti ekranēti vadi vai divpavedienu ekranēti vadi. Vienlaikus jāuzmanās, lai ekranētais tīkla kabelis nepieskartos citām signāla līnijām un iekārtu korpusiem, un jāaptin tas ar izolācijas lenti. Lai izvairītos no trokšņa ietekmes, vadības kabeļa garums nedrīkst pārsniegt 50 m. Vadības kabelis un motora kabelis jāuzstāda atsevišķi, izmantojot atsevišķas kabeļu renes, un jāatrodas pēc iespējas tālāk viens no otra. Ja abiem ir jākrustojas, tie jākrusto vertikāli. Nekad tos nedrīkst novietot vienā cauruļvadā vai kabeļu renē. Tomēr daži lietotāji, uzstādot kabeļus, nav stingri ievērojuši iepriekš minētās prasības, kā rezultātā atsevišķas atkļūdošanas laikā iekārta darbojas normāli, bet normālas ražošanas laikā rada nopietnus traucējumus, padarot to nedarbojošos.
Ja cementa rūpnīcas sekundārā gaisa temperatūras mērītājs pēkšņi uzrāda neparastus rādījumus: norādītā vērtība ir ievērojami zema un ievērojami svārstās. Pirms tam tas darbojās ļoti labi. Pārbaudīti termopāri, temperatūras devēji un sekundārie instrumenti, nekādas problēmas netika konstatētas. Kas ir būtiski? Kad instruments tika pārvietots uz citu mērīšanas punktu, tas darbojās pilnīgi normāli. Tomēr, kad šeit tika nomainīti līdzīgi instrumenti no citiem mērīšanas punktiem, radās arī tāda pati parādība. Vēlāk tika atklāts, ka režģa dzesētāja dzesēšanas ventilatora Nr. 3 motoram ir uzstādīts jauns frekvences pārveidotājs, un tikai pēc frekvences pārveidotāja nodošanas ekspluatācijā sekundārā gaisa temperatūras mērītājs uzrādīja neparastus rādījumus. Apturiet frekvences pārveidotāju un nekavējoties atjaunojiet sekundārā gaisa temperatūras mērītāja darbību; Restartējot frekvences pārveidotāju, sekundārā gaisa temperatūras mērītājs atkal uzrādīja neparastus rādījumus. Pēc atkārtotas pārbaudes tika noteikts, ka traucējumi no frekvences pārveidotāja bija tiešais sekundārā gaisa temperatūras mērītāja neparastā displeja cēlonis. Ventilators ir centrbēdzes ventilators, kas sākotnēji izmantoja vārstus, lai regulētu gaisa daudzumu, bet vēlāk tika mainīts uz mainīga frekvences ātruma regulēšanu, lai regulētu gaisa daudzumu. Sakarā ar lielo putekļu daudzumu un skarbo vidi uz vietas, frekvences pārveidotājs ir uzstādīts MCC (Motor Control Center) vadības telpā. Ērtības labad frekvences pārveidotājs ir savienots ar ventilatora galvenā kontaktora apakšējo pusi, un frekvences pārveidotāja izejas kabelis izmanto ventilatora motora barošanas kabeli. Ventilatora motora barošanas kabelis ir PVC izolēts, bez tērauda bruņas un apvalkots kabelis, kas ir novietots paralēli sekundārā gaisa temperatūras mērītāja signāla kabelim viena un tā paša kabeļu tranšejas dažādos tilta slāņos. Var redzēt, ka tieši tāpēc, ka frekvences pārveidotāja izejas kabelis neizmanto bruņotus kabeļus vai nav novietots caur dzelzs caurulēm, rodas traucējumu parādības. Šai mācībai īpaša uzmanība jāpievērš renovācijas projektiem, kuros sākotnēji netika izmantoti frekvences pārveidotāji.
Īpaša uzmanība jāpievērš arī frekvences pārveidotāju ikdienas apkopei. Daži elektriķi nekavējoties ieslēdz frekvences pārveidotāju apkopei, tiklīdz konstatē kļūmi un to atslēdz. Tas ir ļoti bīstami un var izraisīt elektriskās strāvas trieciena negadījumus. Tas ir tāpēc, ka pat tad, ja frekvences pārveidotājs nedarbojas vai strāvas padeve ir pārtraukta, frekvences pārveidotāja barošanas ievades līnijā, līdzstrāvas spailē un motora spailē joprojām var būt spriegums kondensatoru klātbūtnes dēļ. Pēc slēdža atvienošanas pirms darba uzsākšanas ir jāpagaida dažas minūtes, lai frekvences pārveidotājs pilnībā izlādētos. Daži elektriķi ir pieraduši nekavējoties veikt izolācijas pārbaudes motoram, ko darbina mainīgās frekvences piedziņas sistēma, izmantojot kratāmgaldu, kad pamana sistēmas atslēgšanos, lai noteiktu, vai motors ir izdedzis. Tas ir arī ļoti bīstami, jo tas var viegli izraisīt frekvences pārveidotāja izdegšanu. Tāpēc pirms kabeļa atvienošanas starp motoru un frekvences pārveidotāju, izolācijas pārbaudes nedrīkst veikt ne motoram, ne kabelim, kas jau ir pievienots frekvences pārveidotājam.