Hvis to identiske motorer opererer ved 50 Hz nettfrekvens, den ene bruker en frekvensomformer og den andre ikke, og både hastighet og dreiemoment er på motorens nominelle tilstand, kan frekvensomformeren spare strøm? Hvor mye kan spares?
Svar: I dette tilfellet kan frekvensomformeren bare forbedre effektfaktoren og ikke spare strøm.
1. Frekvensomforming kan ikke spare strøm noe sted, og det er mange tilfeller der frekvensomforming ikke nødvendigvis sparer strøm.
2. Som en elektronisk krets bruker også frekvensomformeren strøm (omtrent 2–5 % av nominell effekt)
3. Det er et faktum at frekvensomformere opererer på nettfrekvensen og har energisparende funksjoner. Men forutsetningen er:
For det første har selve enheten en energisparefunksjon (programvarestøtte), som samsvarer med kravene til hele systemet eller prosessen;
For det andre, langvarig kontinuerlig drift.
Dessuten spiller det ingen rolle om det sparer strøm eller ikke, det er meningsløst. Hvis det sies at frekvensomformeren opererer energisparende uten noen forutsetninger, er det en overdrivelse eller kommersiell spekulasjon. Når du kjenner hele historien, vil du smart bruke den til å tjene deg. Sørg for å være oppmerksom på brukssituasjonen og forholdene for å bruke den riktig, ellers vil du bli blindt fulgt, lett trodd og lurt.
Vi har ofte følgende misoppfatninger når vi bruker frekvensomformere:
Misforståelse 1: Bruk av frekvensomformer kan spare strøm
Noe litteratur hevder at frekvensomformere er energisparende kontrollprodukter, noe som gir inntrykk av at bruk av frekvensomformere kan spare strøm.
Faktisk er grunnen til at frekvensomformere kan spare strøm fordi de kan regulere hastigheten på elektriske motorer. Hvis frekvensomformere er energisparende kontrollprodukter, kan alt hastighetskontrollutstyr også betraktes som energisparende kontrollprodukter. Frekvensomformeren er bare litt mer effektiv og har en litt høyere effektfaktor enn andre hastighetskontrollenheter.
Hvorvidt en frekvensomformer kan oppnå energisparing bestemmes av hastighetsreguleringsegenskapene til lasten. For laster som sentrifugalvifter og sentrifugalpumper er dreiemomentet proporsjonalt med kvadratet av hastigheten, og effekten er proporsjonal med kubikk av hastigheten. Så lenge den opprinnelige ventilkontrollstrømmen brukes og den ikke opererer med full belastning, kan det oppnås energisparing ved å bytte til hastighetsregulering. Når hastigheten synker til 80 % av originalen, er effekten bare 51,2 % av originalen. Det kan sees at bruken av frekvensomformere i slike laster har den mest betydelige energisparende effekten. For laster som Roots-blåsere er dreiemomentet uavhengig av hastigheten, dvs. konstant dreiemomentbelastning. Hvis den opprinnelige metoden med å bruke en lufteventil for å slippe ut overflødig luftvolum for å justere luftvolumet endres til hastighetsregulering, kan det også oppnås energisparing. Når hastigheten synker til 80 % av sin opprinnelige verdi, når effekten 80 % av sin opprinnelige verdi. Energisparingseffekten er mye mindre enn for applikasjoner i sentrifugalvifter og sentrifugalpumper. For belastninger med konstant effekt er effekten uavhengig av hastigheten. En konstant effektbelastning i et sementfabrikk, for eksempel en vekt for blandebånd, reduserer båndhastigheten når materiallaget er tykt under visse strømningsforhold. Når materiallaget er tynt, øker båndhastigheten. Bruk av frekvensomformere i slike belastninger kan ikke spare strøm.
Sammenlignet med likestrømshastighetskontrollsystemer har likestrømsmotorer høyere effektivitet og effektfaktor enn vekselstrømsmotorer. Effektiviteten til digitale likestrømshastighetskontrollere er sammenlignbar med frekvensomformere, og til og med litt høyere enn frekvensomformere. Det er derfor feil å hevde at bruk av asynkrone vekselstrømsmotorer og frekvensomformere sparer mer strøm enn bruk av likestrømsmotorer og likestrømskontrollere, både teoretisk og praktisk.
Misforståelse 2: Kapasitetsvalget til frekvensomformeren er basert på motorens nominelle effekt
Sammenlignet med elektriske motorer er prisen på frekvensomformere relativt høy, så det er svært meningsfullt å redusere kapasiteten til frekvensomformere på en rimelig måte samtidig som man sikrer sikker og pålitelig drift.
Effekten til en frekvensomformer refererer til effekten til den 4-polede vekselstrøms asynkronmotoren den er egnet for.
På grunn av det ulikt antall poler på motorer med samme kapasitet, varierer motorens nominelle strøm. Etter hvert som antallet poler i motoren øker, øker også motorens nominelle strøm. Kapasitetsvalget for frekvensomformeren kan ikke baseres på motorens nominelle effekt. Samtidig, for renoveringsprosjekter som opprinnelig ikke brukte frekvensomformere, kan ikke kapasitetsvalget for frekvensomformere baseres på motorens nominelle strøm. Dette er fordi kapasitetsvalget for den elektriske motoren bør ta hensyn til faktorer som maksimal belastning, overskuddskoeffisient og motorspesifikasjoner. Ofte er overskuddet stort, og industrimotorer opererer ofte med 50 % til 60 % av nominell belastning. Hvis frekvensomformerens kapasitet velges basert på motorens nominelle strøm, blir det for mye margin igjen, noe som resulterer i økonomisk sløsing, og påliteligheten forbedres ikke som et resultat.
For kortslutningsmotorer bør kapasitetsvalget til frekvensomformeren baseres på prinsippet om at frekvensomformerens nominelle strøm er større enn eller lik 1,1 ganger motorens maksimale normale driftsstrøm, noe som kan maksimere kostnadsbesparelsene. For forhold som oppstart med høy belastning, høytemperaturmiljø, viklet motor, synkronmotor, osv., bør frekvensomformerens kapasitet økes tilsvarende.
For design som bruker frekvensomformere fra starten av, er det forståelig å velge frekvensomformerens kapasitet basert på motorens nominelle strøm. Dette er fordi frekvensomformerens kapasitet ikke kan velges basert på faktiske driftsforhold på dette tidspunktet. For å redusere investeringer kan frekvensomformerens kapasitet selvfølgelig i noen tilfeller være usikker først, og etter at utstyret har vært i drift en periode, kan den velges basert på den faktiske strømmen.
I det sekundære slipesystemet til en sementmølle med en diameter på 2,4 m × 13 m i et bestemt sementselskap i Indre Mongolia, finnes det en innenlandsprodusert N-1500 O-Sepa høyeffektiv pulvervelger, utstyrt med en elektrisk motormodell Y2-315M-4 med en effekt på 132 kW. Imidlertid er FRN160-P9S-4E frekvensomformer valgt, som er egnet for 4-polede motorer med en effekt på 160 kW. Etter idriftsetting er den maksimale arbeidsfrekvensen 48 Hz, og strømmen er bare 180 A, som er mindre enn 70 % av motorens nominelle strøm. Selve motoren har betydelig overkapasitet. Og spesifikasjonene til frekvensomformeren er ett nivå større enn drivmotorens, noe som forårsaker unødvendig svinn og ikke forbedrer påliteligheten.
Matesystemet til kalkknuser nr. 3 ved Anhui Chaohu sementverk bruker en 1500 × 12000 platemater, og drivmotoren bruker en Y225M-4 AC-motor med en nominell effekt på 45 kW og en nominell strøm på 84,6 A. Før transformasjonen av frekvensomformingshastighetsreguleringen ble det gjennom testing funnet at når platemateren driver motoren normalt, er den gjennomsnittlige trefasestrømmen bare 30 A, som bare er 35,5 % av motorens nominelle strøm. For å spare investeringer ble ACS601-0060-3 frekvensomformer valgt, som har en nominell utgangsstrøm på 76 A og er egnet for 4-polede motorer med en effekt på 37 kW, noe som gir god ytelse.
Disse to eksemplene illustrerer at for renoveringsprosjekter som opprinnelig ikke brukte frekvensomformere, kan valg av frekvensomformerens kapasitet basert på faktiske driftsforhold redusere investeringen betydelig.
Misforståelse 3: Generalmotorer kan bare operere med redusert hastighet ved bruk av frekvensomformere under nominell girhastighet.
Den klassiske teorien hevder at den øvre grensen for frekvensen til en universalmotor er 55 Hz. Dette er fordi når motorhastigheten må justeres over nominell hastighet for drift, vil statorfrekvensen øke over nominell frekvens (50 Hz). På dette tidspunktet, hvis prinsippet om konstant dreiemoment fortsatt følges for styring, vil statorspenningen øke utover nominell spenning. Så når hastighetsområdet er høyere enn nominell hastighet, må statorspenningen holdes konstant ved nominell spenning. På dette tidspunktet, når hastigheten/frekvensen øker, vil den magnetiske fluksen avta, noe som resulterer i en reduksjon i dreiemoment ved samme statorstrøm, mykning av mekaniske egenskaper og en betydelig reduksjon i motorens overbelastningskapasitet.
Fra dette kan man se at den øvre grensen for frekvensen til en universalmotor er 55 Hz, noe som er en forutsetning:
1. Statorspenningen kan ikke overstige nominell spenning;
2. Motoren går med nominell effekt;
3. Konstant momentbelastning.
I situasjonen ovenfor har teori og eksperimenter vist at hvis frekvensen overstiger 55 Hz, vil motormomentet avta, de mekaniske egenskapene bli mykere, overbelastningskapasiteten avta, jernforbruket øke raskt, og oppvarmingen vil være alvorlig.
Forfatteren mener at de faktiske driftsforholdene til elektriske motorer indikerer at motorer til generell bruk kan akselereres med frekvensomformere. Kan variabel frekvenshastighet økes? Hvor mye kan den økes? Dette bestemmes hovedsakelig av lasten som dras av den elektriske motoren. For det første er det nødvendig å bestemme hva lasthastigheten er? For det andre er det nødvendig å forstå lastegenskapene og gjøre beregninger basert på den spesifikke situasjonen for lasten. En kort analyse er som følger:
1. Faktisk er det mulig å bruke en 380V universalmotor over lengre tid når statorspenningen overstiger 10 % av nominell spenning, uten at det påvirker motorens isolasjon og levetid. Statorspenningen øker, dreiemomentet øker betydelig, statorstrømmen synker, og viklingstemperaturen synker.
2. Belastningshastigheten til den elektriske motoren er vanligvis 50 % til 60 %.
Generelt sett opererer industrimotorer med 50 % til 60 % av nominell effekt. Ved beregning, når motorens utgangseffekt er 70 % av nominell effekt og statorspenningen øker med 7 %, synker statorstrømmen med 26,4 %. Selv med konstant momentkontroll og bruk av en frekvensomformer for å øke motorhastigheten med 20 %, øker ikke bare ikke statorstrømmen, men synker også. Selv om motorens jerntap øker kraftig etter at frekvensen økes, er varmen som genereres av den ubetydelig sammenlignet med varmen som reduseres ved reduksjonen i statorstrømmen. Derfor vil temperaturen på motorviklingen også synke betydelig.
3. Det finnes ulike lastegenskaper
Det elektriske motorens drivsystem betjener lasten, og forskjellige laster har forskjellige mekaniske egenskaper. Elektriske motorer må oppfylle kravene til lastens mekaniske egenskaper etter akselerasjon. I følge beregninger er den maksimalt tillatte driftsfrekvensen (fmax) for konstante momentbelastninger ved forskjellige belastningshastigheter (k) omvendt proporsjonal med belastningshastigheten, dvs. fmax = fe/k, hvor fe er den nominelle effektfrekvensen. For konstante effektbelastninger er den maksimalt tillatte driftsfrekvensen for General Motors hovedsakelig begrenset av den mekaniske styrken til motorrotoren og akselen. Forfatteren mener at det generelt er tilrådelig å begrense den til innenfor 100 Hz.
Eksempel på bruk:
Kjedetransportøren i en bestemt fabrikk har en konstant dreiemomentbelastning, og på grunn av økningen i produksjonen må motorhastigheten økes med 20 %. Motormodellen er Y180L-6, med en nominell effekt på 15 kW, en nominell spenning på 380 V, en nominell strøm på 31,6 A, en nominell hastighet på 980 o/min, en virkningsgrad på 89,5 %, en effektfaktor på 0,81, en driftsstrøm på 18–20 A, en maksimal driftseffekt på 7,5 kW under normale forhold og en belastningshastighet på 50 %. Etter installasjon av frekvensomformeren CIMR-G5A4015 er driftsfrekvensen 60 Hz, hastigheten økes med 20 %, frekvensomformerens maksimale utgangsspenning settes til 410 V, motorens driftsstrøm er 12–15 A, noe som synker med omtrent 30 %, og temperaturen på motorviklingen synker betydelig.
Misforståelse 4: Neglisjering av de iboende egenskapene til frekvensomformere
The debugging work of the frequency converter is usually completed by the distributor, and there will be no problems. The installation of a frequency converter is relatively simple and usually completed by the user. Some users do not carefully read the user manual of the frequency converter, do not strictly follow the technical requirements for construction, ignore the characteristics of the frequency converter itself, equate it with general electrical components, and act based on assumptions and experience, laying hidden dangers for faults and accidents.
According to the user manual of the frequency converter, the cable connected to the motor should be a shielded cable or armored cable, preferably laid in a metal tube. The ends of the cut cable should be as neat as possible, the unshielded segments should be as short as possible, and the cable length should not exceed a certain distance (usually 50m). When the wiring distance between the frequency converter and the motor is long, the high harmonic leakage current from the cable will have adverse effects on the frequency converter and surrounding equipment. The grounding wire returned from the motor controlled by the frequency converter should be directly connected to the corresponding grounding terminal of the frequency converter. The grounding wire of the frequency converter should not be shared with welding machines and power equipment, and should be as short as possible. Due to the leakage current generated by the frequency converter, if it is too far from the grounding point, the potential of the grounding terminal will be unstable. The minimum cross-sectional area of the grounding wire of the frequency converter must be greater than or equal to the cross-sectional area of the power supply cable. To prevent misoperation caused by interference, control cables should use twisted shielded wires or double stranded shielded wires. At the same time, be careful not to touch the shielded network cable with other signal lines and equipment casings, and wrap it with insulating tape. To avoid being affected by noise, the length of the control cable should not exceed 50m. The control cable and motor cable must be laid separately, using separate cable trays, and kept as far away as possible. When the two must cross, they should be crossed vertically. Never put them in the same pipeline or cable tray. However, some users did not strictly follow the above requirements when laying cables, resulting in the equipment running normally during individual debugging but causing serious interference during normal production, making it unable to operate.
If the secondary air temperature gauge of a cement plant suddenly shows abnormal readings: the indicated value is significantly low and fluctuates greatly. It has been running very well before this. Checked thermocouples, temperature transmitters, and secondary instruments, no issues were found. What are the relevant? When the instrument was moved to another measuring point, it operated completely normally. However, when similar instruments from other measuring points were replaced here, the same phenomenon also occurred. Later, it was discovered that a new frequency converter had been installed on the motor of cooling fan No. 3 in the grate cooler, and it was only after the frequency converter was put into use that the secondary air temperature gauge showed abnormal readings. Stop the frequency converter and immediately restore the secondary air temperature gauge to normal; Restarting the frequency converter, the secondary air temperature gauge showed abnormal readings again. After repeated testing several times, it was determined that the interference from the frequency converter was the direct cause of the abnormal display on the secondary air temperature gauge. The fan is a centrifugal ventilator, which originally used valves to adjust the air volume, but later changed to variable frequency speed regulation to adjust the air volume. Due to the large amount of dust and harsh environment on site, the frequency converter is installed in the MCC (Motor Control Center) control room. For the convenience of construction, the frequency converter is connected to the lower side of the main contactor of the fan, and the output cable of the frequency converter uses the power cable of the fan motor. The power cable of the fan motor is a PVC insulated non steel armored sheathed cable, and is laid parallel to the secondary air temperature meter signal cable in different bridge layers of the same cable trench. It can be seen that it is precisely because the output cable of the frequency converter does not use armored cables or be laid through iron pipes that interference phenomena occur. This lesson should be given special attention to renovation projects that did not originally use frequency converters.
Spesiell forsiktighet bør også utvises ved daglig vedlikehold av frekvensomformere. Noen elektrikere slår umiddelbart på frekvensomformeren for vedlikehold så snart de oppdager en feil og utløser den. Dette er svært farlig og kan føre til elektriske støt. Dette er fordi selv om frekvensomformeren ikke er i drift eller strømforsyningen er avbrutt, kan det fortsatt være spenning på strømforsyningsledningen, likestrømsterminalen og motorterminalen til frekvensomformeren på grunn av kondensatorer. Etter at bryteren er koblet fra, er det nødvendig å vente noen minutter til frekvensomformeren er helt utladet før arbeidet starter. Noen elektrikere er vant til å umiddelbart utføre isolasjonstester på motoren som drives av frekvensomformersystemet ved hjelp av et ristebord når de oppdager at systemet utløser, for å avgjøre om motoren har brent ut. Dette er også svært farlig, da det lett kan føre til at frekvensomformeren brenner. Derfor, før kabelen mellom motoren og frekvensomformeren kobles fra, må det ikke utføres isolasjonstesting på motoren, og heller ikke på kabelen som allerede er koblet til frekvensomformeren.