Leverandører av energitilbakemeldingsenheter for frekvensomformere minner om at bruksområdet for pumper, vifter og annet utstyr i moderne industriell automatiseringsproduksjon blir stadig mer omfattende. Forbruket av elektrisk energi, strupingstap for ledeplater, ventiler og annet utstyr, samt daglige vedlikeholds- og reparasjonskostnader, utgjør nesten 20 % av kostnaden. Dette er en betydelig produksjonskostnad. Med økonomisk utvikling, fordypning av reformer og intensivering av markedskonkurranse har energisparing og forbruksreduksjon gradvis blitt et viktig middel for å forbedre produktkvaliteten og redusere produksjonskostnadene.
1. Grunnleggende teori for energisparende teknologi med variabel frekvens
Det grunnleggende prinsippet bak frekvensomformingsteknologi er at frekvensen til vekselstrømmen som brukes av elektrisk utstyr opprettholdes i en fast tilstand over lengre tid. Anvendelsen av frekvensomformingsteknologi er å gjøre frekvensen til en ressurs som kan justeres og utnyttes fritt. I dag er den mest aktive og raskest utviklende teknologien for variabel frekvens hastighetsreguleringsteknologien for variabel frekvens.
Frekvensomformingsteknologi inkluderer datateknologi, kraftelektronikkteknologi og klikkoverføringsteknologi. Det er en omfattende teknologi som kombinerer mekanisk utstyr og sterk og svak elektrisitet. Det refererer til konvertering av signalet fra strømfrekvensstrømmen til andre frekvenser, noe som hovedsakelig oppnås gjennom halvlederkomponenter. Deretter konverteres vekselstrømmen til likestrøm, og omformeren regulerer strømmen og spenningen samtidig som den oppnår trinnløs hastighetsregulering av det elektromekaniske utstyret. Kort sagt er frekvensomformingsteknologi å kontrollere hastigheten til en motor ved å endre strømmens frekvens, og dermed effektivt kontrollere motorutstyret. Alt dette oppnås på grunnlag av den årlige økningen i strømfrekvens og motorhastighet. Det som kjennetegner frekvensomformingsteknologi er at den kan sikre jevn drift av motoren, automatisk kontrollere akselerasjon og retardasjon, og redusere energiforbruket samtidig som arbeidseffektiviteten forbedres.
I den daglige bruken av frekvensomformere brukes hovedsakelig direkte momentkontroll og vektorkontroll. I fremtidig utvikling av frekvensomformere vil kunstige nevrale nettverk og fuzzy self-optimaliseringskontrollmetoder bli brukt. I tillegg, etter hvert som frekvensomformere fortsetter å utvikle seg, vil deres omfattendehet bli stadig høyere. I tillegg til å fullføre grunnleggende hastighetsreguleringsfunksjoner, har de også kommunikasjons-, programmerings- og parameteridentifikasjonsfunksjoner som er satt opp internt.
2. Energispareprinsippet til frekvensomformeren
2.1 Energisparingsmetoder med variabel frekvens
I følge fluidmekanikk er effekt = trykk * strømningshastighet. Strømningshastighet og hastighet opphøyd i én er proporsjonale, trykk er proporsjonalt med kvadratet av hastigheten, og effekten er proporsjonal med tredje potens av hastigheten. Hvis vannpumpens virkningsgrad er fast, vil hastigheten avta proporsjonalt når strømningshastigheten synker, og utgangseffekten vil også avta i et tredje potensforhold. Derfor er vannpumpens hastighet omtrent proporsjonal med motorens strømforbruk. For eksempel, når en 55 kW vannpumpemotor dreies til 80 % av sin opprinnelige hastighet, er strømforbruket 28 kW/t, med en strømsparingsrate på 48 %. Men hvis hastigheten justeres til 50 % av den opprinnelige, blir strømforbruket 6 kilowatt per time, og strømsparingsraten når 87 %.
2.2 Bruk av effektfaktorkompensasjon for energibesparelse
Den reaktive effekten fører ikke bare til at utstyr varmes opp og øker ledningsslitasjen, men viktigst av alt, reduksjonen i effektfaktor fører til en reduksjon i den aktive effekten i strømnettet. Som et resultat forbrukes en stor mengde reaktiv energi i kraftledningene, noe som fører til en reduksjon i utstyrets effektivitet og alvorlig sløsing. Etter bruk av en variabel frekvenshastighetsreguleringsenhet reduseres tapet av reaktiv effekt ytterligere på grunn av filterkondensatoren inne i frekvensomformeren, noe som øker den aktive effekten i strømnettet.
2.3 Bruk av mykstartmetode for energisparing
Fordi motoren startes via Y/D-start eller direktestart, er startstrømmen fire til syv ganger nominell strøm, noe som kan forårsake alvorlig påvirkning på strømnettet og elektromekanisk utstyr. Dessuten krever dette en svært høy kapasitet i strømnettet, noe som genererer en relativt stor strøm under oppstart og forårsaker betydelig skade på ventiler og ledeplater under vibrasjon, noe som også er svært skadelig for levetiden til rørledninger og utstyr. Bruk av frekvensomformere utnytter mykstartfunksjonen til frekvensomformeren for å starte strømmen fra null, og maksimumsverdien vil ikke overstige nominell strøm. Derfor reduseres påvirkningen på strømnettet og kravene til strømforsyningskapasitet betraktelig, og levetiden til ventiler og utstyr forlenges betraktelig.
3. Eksempler på bruk av energisparende teknologi med variabel frekvens
Vi brukte installasjonen av en variabel frekvenshastighetsregulator på en 160 kW sirkulerende vannpumpe som et eksempel for å ettermontere det energisparende utstyret med variabel frekvens. Vi testet strømforbruket før og etter ettermonteringen og oppnådde svært tilfredsstillende resultater.
3.1 Kontrollmodus før frekvensomformingstransformasjon
Ved drift av en sirkulerende vannpumpe, når strømningshastigheten endres på grunn av prosesskrav, er det nødvendig å justere åpningen av pumpens utløp og innløp for å endre pumpens faktiske strømningshastighet. Denne justeringsmetoden kalles strupejustering. I dette eksemplet er ventilåpningen på utløpet og innløpet rundt 60 %. Fra et energiutnyttelsesperspektiv er dette en svært uøkonomisk justeringsmetode.
3.2 Kontrollmodus etter frekvensomformingstransformasjon
Ved drift av en sirkulerende vannpumpe, når strømningshastigheten endres på grunn av prosesskrav, åpnes både innløps- og utløpsventilene helt. Ved å justere motorhastigheten kan et passende og nytt driftspunkt finnes for å oppnå riktig strømningshastighet. I henhold til den faktiske situasjonen og behovene på stedet kan manuell eller automatisk kontroll implementeres. I dette eksemplet, fordi det ikke er behov for å justere strømningshastigheten ofte, bestemmes motorens faktiske driftsfrekvens til 40 Hz basert på den faktiske situasjonen og behovene på stedet, og manuell kontroll brukes hovedsakelig for å spare energi.
4. Endringer i drift etter bruk av et system med variabel frekvenshastighetsregulering
Fullstendig mykstart er oppnådd. Når motoren starter, øker rotorhastigheten gradvis med frekvensen til inngangsstrømforsyningen, noe som resulterer i en jevn økning i hastigheten. Starttiden for hele systemet er satt til omtrent 20 sekunder, noe som ikke vil påvirke systemet og er jevnere enn den opprinnelige startmetoden.
Strømmen som brukes i strømnettet har også blitt betydelig redusert, noe som gjør bruken av elektrisk utstyr tryggere. Samtidig som frekvensen synker, synker også motorhastigheten, noe som reduserer mekanisk slitasje og reduserer sannsynligheten for feil og vedlikeholdskostnader betraktelig. Transformatoren som forsyner vannpumpen med elektrisk energi har spart mesteparten av strømforsyningskapasiteten. Ved å redusere den aktive belastningen er den sparte kapasiteten omtrent 50 kilowatt, noe som forbedrer utstyrets utnyttelseseffektivitet. Motorens effektfaktor forbedres også tilsvarende, noe som gjør motorens drift mer økonomisk.
Bruken av frekvensomformingsteknologi har forbedret produktkvaliteten, redusert energiforbruket, spart energi og ytterligere økt de økonomiske fordelene for bedrifter. Bruken av frekvensomformingshastighetsreguleringsteknologi krever transformasjon av dette utstyret for å oppnå energibesparelse.