تأمینکنندگان واحدهای ترمز مبدل فرکانس به شما یادآوری میکنند که به دلیل فراخوانهای سیاستهای دولتی، تبلیغات قوی فناوری مبدل فرکانس و تبلیغات قوی توسط بازرگانان مبدل فرکانس، برخی از شرکتهای صنعتی به طور ناخودآگاه استفاده از مبدلهای فرکانس را با صرفهجویی در مصرف انرژی و برق برابر دانستهاند. با این حال، در استفاده عملی، به دلیل موقعیتهای مختلف کنترل صنعتی، بسیاری از شرکتها به تدریج متوجه میشوند که همه مکانهایی که مبدلهای فرکانس در آنها استفاده میشوند، نمیتوانند در مصرف انرژی و برق صرفهجویی کنند. بنابراین دلایل این وضعیت چیست و تصورات غلط مردم در مورد مبدلهای فرکانس چیست؟
۱. درایوهای فرکانس متغیر میتوانند در صورت استفاده در انواع موتورها، در مصرف انرژی صرفهجویی کنند.
اینکه آیا یک مبدل فرکانس میتواند به صرفهجویی در مصرف برق دست یابد یا خیر، توسط ویژگیهای تنظیم سرعت بار آن تعیین میشود. برای ماشینهای گریز از مرکز، فنها و پمپهای آب که به بارهای گشتاور درجه دوم تعلق دارند، توان خروجی موتور P ∝ Tn و P ∝ n3 باید رعایت شود، یعنی توان خروجی روی شفت موتور متناسب با توان سوم سرعت باشد. میتوان مشاهده کرد که برای بارهای گشتاور درجه دوم، اثر صرفهجویی در مصرف انرژی مبدلهای فرکانس برجستهترین است.
برای بارهای گشتاور ثابت، مانند دمندههای روتس، گشتاور مستقل از سرعت است. به طور کلی، یک خروجی اگزوز توسط یک شیر تنظیم و کنترل میشود. هنگامی که حجم هوا از تقاضا بیشتر میشود، حجم هوای اضافی برای دستیابی به تنظیم تخلیه میشود. در این حالت، میتوان از تنظیم سرعت برای عملکرد استفاده کرد که میتواند به اثرات صرفهجویی در انرژی نیز دست یابد. علاوه بر این، برای بارهای با توان ثابت، توان مستقل از سرعت است. در این موارد، نیازی به استفاده از مبدل فرکانس نیست.
۲. تصورات غلط در مورد روشهای نادرست در محاسبه مصرف انرژی
بسیاری از شرکتها اغلب هنگام محاسبه اثربخشی صرفهجویی در انرژی، از جبران توان راکتیو بر اساس توان ظاهری استفاده میکنند. به عنوان مثال، هنگامی که یک موتور در شرایط فرکانس قدرت با بار کامل کار میکند، جریان عملیاتی اندازهگیری شده ۱۹۴ آمپر است. پس از استفاده از تنظیم سرعت فرکانس متغیر، ضریب توان در طول عملکرد بار کامل به حدود ۰.۹۹ افزایش مییابد. در این زمان، جریان اندازهگیری شده ۱۷۳ آمپر است. دلیل کاهش جریان این است که خازن فیلتر داخلی مبدل فرکانس، ضریب توان سیستم را بهبود میبخشد.
طبق محاسبه توان ظاهری، اثر صرفهجویی در انرژی به شرح زیر است:
ΔS=UI=380×(194-173)=7.98kVA
اثر صرفهجویی در مصرف انرژی حدود ۱۱٪ از توان نامی موتور است.
در واقع، توان ظاهری S حاصلضرب ولتاژ و جریان است. در شرایط ولتاژ یکسان، تغییر در توان ظاهری متناسب با تغییر در جریان است. با توجه به راکتانس سیستم در مدار، توان ظاهری نشان دهنده مصرف واقعی برق موتور نیست، بلکه نشان دهنده حداکثر ظرفیت خروجی در شرایط ایدهآل است. مصرف واقعی برق موتور معمولاً به صورت توان اکتیو بیان میشود. مصرف واقعی برق یک موتور توسط موتور و بار آن تعیین میشود. پس از افزایش ضریب توان، بار موتور تغییر نمیکند و راندمان موتور نیز تغییر نمیکند. بنابراین، مصرف واقعی برق موتور تغییر نخواهد کرد. پس از افزایش ضریب توان، هیچ تغییری در وضعیت عملکرد موتور، جریان استاتور، جریانهای اکتیو و راکتیو ایجاد نشد. بنابراین ضریب توان چگونه بهبود مییابد؟ دلیل آن در خازن فیلتر کننده داخل مبدل فرکانس نهفته است و بخشی از مصرف موتور، توان راکتیو تولید شده توسط خازن فیلتر کننده است. بهبود ضریب توان، جریان ورودی واقعی مبدل فرکانس را کاهش میدهد و همچنین تلفات خط و تلفات ترانسفورماتور شبکه برق را کاهش میدهد. در محاسبه فوق، اگرچه از جریان واقعی برای محاسبه استفاده شده است، اما به جای توان اکتیو، توان ظاهری محاسبه میشود. بنابراین، استفاده از توان ظاهری برای محاسبه اثرات صرفهجویی در انرژی نادرست است.
۳. به عنوان یک مدار الکترونیکی، خود مبدل فرکانس نیز برق مصرف میکند
از ترکیب مبدل فرکانس میتوان دریافت که خود مبدل فرکانس دارای مدارهای الکترونیکی است، بنابراین در حین کار نیز برق مصرف میکند. اگرچه در مقایسه با موتورهای پرقدرت، مصرف برق کمتری دارد، اما مصرف برق خود آن یک واقعیت عینی است. طبق محاسبات کارشناسان، حداکثر مصرف برق خود یک مبدل فرکانس حدود ۳ تا ۵ درصد از توان نامی آن است. یک کولر گازی ۱.۵ اسب بخاری ۲۰ تا ۳۰ وات برق مصرف میکند که معادل یک چراغ مداوم است.
به طور خلاصه، این یک واقعیت است که مبدلهای فرکانس هنگام کار در فرکانس قدرت، عملکردهای صرفهجویی در انرژی دارند، اما پیشنیاز آنها این است: اولاً، توان بالا و بار فن/پمپ بودن؛ ثانیاً، خود دستگاه دارای عملکرد صرفهجویی در انرژی باشد (پشتیبانی نرمافزاری)؛ ثالثاً، عملکرد مداوم و طولانی مدت. اینها سه شرطی هستند که تحت آنها یک مبدل فرکانس میتواند اثرات صرفهجویی در انرژی را نشان دهد.