Dacă două motoare identice funcționează la o frecvență de alimentare de 50 Hz, unul folosește un convertor de frecvență, iar celălalt nu, iar turația și cuplul sunt ambele la starea nominală a motorului, poate convertorul de frecvență să economisească energie? Câtă energie se poate economisi?
Răspuns: În acest caz, convertorul de frecvență poate doar îmbunătăți factorul de putere și nu poate economisi energie electrică.
1. Conversia frecvenței nu poate economisi energie electrică peste tot și există multe situații în care conversia frecvenței nu economisește neapărat energie electrică.
2. Fiind un circuit electronic, convertorul de frecvență consumă și el energie (aproximativ 2-5% din puterea nominală)
3. Este un fapt că convertoarele de frecvență funcționează la frecvența industrială și au funcții de economisire a energiei. Dar premisa sa este:
În primul rând, dispozitivul în sine are funcție de economisire a energiei (suport software), care corespunde cerințelor întregului sistem sau proces;
În al doilea rând, funcționarea continuă pe termen lung.
În plus, nu contează dacă economisește sau nu energie electrică, este lipsit de sens. Dacă se spune că convertorul de frecvență funcționează economisind energie fără nicio condiție prealabilă, este o exagerare sau o speculație comercială. Cunoscând întreaga poveste, îl veți folosi cu abilitate în serviciul dumneavoastră. Asigurați-vă că acordați atenție situației și condițiilor de utilizare pentru a le aplica corect, altfel veți urma orbește, veți crede ușor și veți fi înșelați.
Adesea avem următoarele concepții greșite atunci când folosim convertoare de frecvență:
Concepție greșită 1: Utilizarea unui convertor de frecvență poate economisi energie electrică
Unele studii de specialitate susțin că convertoarele de frecvență sunt produse de control care economisesc energie, dând impresia că utilizarea convertoarelor de frecvență poate economisi energie electrică.
De fapt, motivul pentru care convertoarele de frecvență pot economisi energie electrică este acela că pot regla viteza motoarelor electrice. Dacă convertoarele de frecvență sunt produse de control care economisesc energie, atunci toate echipamentele de control al vitezei pot fi, de asemenea, considerate produse de control care economisesc energie. Convertorul de frecvență este doar puțin mai eficient și are un factor de putere mai mare decât alte dispozitive de control al vitezei.
Dacă un convertor de frecvență poate realiza economii de energie este determinat de caracteristicile de reglare a vitezei sarcinii sale. Pentru sarcini precum ventilatoarele centrifuge și pompele centrifuge, cuplul este proporțional cu pătratul vitezei, iar puterea este proporțională cu cubul vitezei. Atâta timp cât se utilizează debitul de control al supapei originale și nu funcționează la sarcină maximă, trecerea la funcționarea cu reglare a vitezei poate realiza economii de energie. Când viteza scade la 80% din valoarea inițială, puterea este de doar 51,2% din valoarea inițială. Se poate observa că aplicarea convertoarelor de frecvență în astfel de sarcini are cel mai semnificativ efect de economisire a energiei. Pentru sarcini precum suflantele Roots, cuplul este independent de viteză, adică sarcina cu cuplu constant. Dacă metoda inițială de utilizare a unei supape de aerisire pentru a elibera volumul de aer în exces pentru a regla volumul de aer este schimbată la funcționarea cu reglare a vitezei, se poate realiza, de asemenea, economisire de energie. Când viteza scade la 80% din valoarea inițială, puterea atinge 80% din valoarea inițială. Efectul de economisire a energiei este mult mai mic decât cel al aplicațiilor în ventilatoarele centrifuge și pompele centrifuge. Pentru sarcini cu putere constantă, puterea este independentă de viteză. O sarcină constantă de putere într-o fabrică de ciment, cum ar fi o bandă de dozare, încetinește viteza benzii atunci când stratul de material este gros în anumite condiții de curgere; Când stratul de material este subțire, viteza benzii crește. Aplicarea convertoarelor de frecvență în astfel de sarcini nu poate economisi energie electrică.
Comparativ cu sistemele de control al vitezei în curent continuu, motoarele de curent continuu au o eficiență și un factor de putere mai mari decât motoarele de curent alternativ. Eficiența regulatoarelor digitale de viteză în curent continuu este comparabilă cu cea a convertoarelor de frecvență și chiar puțin mai mare decât cea a convertoarelor de frecvență. Prin urmare, este incorect să se afirme că utilizarea motoarelor asincrone de curent alternativ și a convertoarelor de frecvență economisește mai multă energie electrică decât utilizarea motoarelor de curent continuu și a regulatoarelor de curent continuu, atât teoretic, cât și practic.
Concepție greșită 2: Selecția capacității convertorului de frecvență se bazează pe puterea nominală a motorului
Comparativ cu motoarele electrice, prețul convertoarelor de frecvență este relativ ridicat, așa că este foarte important să se reducă în mod rezonabil capacitatea acestora, asigurând în același timp o funcționare sigură și fiabilă.
Puterea unui convertor de frecvență se referă la puterea motorului asincron de curent alternativ cu 4 poli pentru care este potrivit.
Datorită numărului diferit de poli ai motoarelor cu aceeași capacitate, curentul nominal al motorului variază. Pe măsură ce numărul de poli din motor crește, crește și curentul nominal al motorului. Selecția capacității convertorului de frecvență nu se poate baza pe puterea nominală a motorului. În același timp, pentru proiectele de renovare care inițial nu utilizau convertoare de frecvență, selecția capacității convertoarelor de frecvență nu se poate baza pe curentul nominal al motorului. Acest lucru se datorează faptului că selecția capacității motorului electric ar trebui să ia în considerare factori precum sarcina maximă, coeficientul de surplus și specificațiile motorului. Adesea, surplusul este mare, iar motoarele industriale funcționează adesea la 50% până la 60% din sarcina nominală. Dacă capacitatea convertorului de frecvență este selectată pe baza curentului nominal al motorului, rămâne prea multă marjă, ceea ce duce la risipă economică, iar fiabilitatea nu este îmbunătățită ca urmare.
Pentru motoarele cu colivie de veveriță, alegerea capacității convertorului de frecvență trebuie să se bazeze pe principiul conform căruia curentul nominal al convertorului de frecvență este mai mare sau egal cu 1,1 ori curentul maxim normal de funcționare al motorului, ceea ce poate maximiza economiile de costuri. Pentru condiții precum pornirea la sarcină mare, mediul înconjurător cu temperatură ridicată, motorul bobinat, motorul sincron etc., capacitatea convertorului de frecvență trebuie crescută în mod corespunzător.
Pentru proiectele care utilizează convertoare de frecvență de la început, este de înțeles să se aleagă capacitatea convertorului de frecvență pe baza curentului nominal al motorului. Acest lucru se datorează faptului că capacitatea convertorului de frecvență nu poate fi selectată pe baza condițiilor reale de funcționare din acel moment. Desigur, pentru a reduce investițiile, în unele cazuri, capacitatea convertorului de frecvență poate fi mai întâi incertă, iar după ce echipamentul a funcționat o perioadă de timp, aceasta poate fi selectată pe baza curentului real.
În sistemul de măcinare secundară al unei mori de ciment cu diametrul de 2,4 m × 13 m, dintr-o anumită companie de ciment din Mongolia Interioară, există un selector de pulbere de înaltă eficiență N-1500 O-Sepa, produs pe plan intern, echipat cu un motor electric model Y2-315M-4 cu o putere de 132 kW. Cu toate acestea, este selectat convertorul de frecvență FRN160-P9S-4E, care este potrivit pentru motoare cu 4 poli cu o putere de 160 kW. După punerea în funcțiune, frecvența maximă de lucru este de 48 Hz, iar curentul este de numai 180 A, ceea ce reprezintă mai puțin de 70% din curentul nominal al motorului. Motorul în sine are o capacitate considerabilă. Iar specificațiile convertorului de frecvență sunt cu un nivel mai mari decât cele ale motorului de acționare, ceea ce provoacă risipă inutilă și nu îmbunătățește fiabilitatea.
Sistemul de alimentare al concasorului de calcar nr. 3 de la Fabrica de Ciment Anhui Chaohu adoptă un alimentator cu plăci de 1500 × 12000, iar motorul de acționare utilizează un motor de curent alternativ Y225M-4 cu o putere nominală de 45 kW și un curent nominal de 84,6 A. Înainte de transformarea reglării vitezei de conversie a frecvenței, s-a constatat prin teste că, atunci când alimentatorul cu plăci acționează motorul în mod normal, curentul mediu trifazat este de numai 30 A, ceea ce reprezintă doar 35,5% din curentul nominal al motorului. Pentru a economisi investiția, a fost selectat convertorul de frecvență ACS601-0060-3, care are un curent nominal de ieșire de 76 A și este potrivit pentru motoare cu 4 poli cu o putere de 37 kW, atingând performanțe bune.
Aceste două exemple ilustrează faptul că, pentru proiectele de renovare care inițial nu utilizau convertoare de frecvență, selectarea capacității convertorului de frecvență pe baza condițiilor reale de funcționare poate reduce semnificativ investiția.
Concepție greșită 3: Motoarele Generale pot funcționa doar la o viteză redusă folosind convertizoare de frecvență sub viteza lor nominală de transmisie
Teoria clasică susține că limita superioară a frecvenței unui motor universal este de 55 Hz. Acest lucru se datorează faptului că, atunci când viteza motorului trebuie ajustată peste viteza nominală pentru funcționare, frecvența statorului va crește peste frecvența nominală (50 Hz). În acest moment, dacă principiul cuplului constant este încă respectat pentru control, tensiunea statorului va crește dincolo de tensiunea nominală. Așadar, atunci când intervalul de viteză este mai mare decât viteza nominală, tensiunea statorului trebuie menținută constantă la tensiunea nominală. În acest moment, pe măsură ce viteza/frecvența crește, fluxul magnetic va scădea, rezultând o scădere a cuplului la același curent statoric, o atenuare a caracteristicilor mecanice și o reducere semnificativă a capacității de suprasarcină a motorului.
Din aceasta, se poate observa că limita superioară a frecvenței unui motor universal este de 55Hz, ceea ce este o condiție prealabilă:
1. Tensiunea statorului nu poate depăși tensiunea nominală;
2. Motorul funcționează la puterea nominală;
3. Sarcină de cuplu constantă.
În situația de mai sus, teoria și experimentele au demonstrat că, dacă frecvența depășește 55 Hz, cuplul motorului va scădea, caracteristicile mecanice vor deveni mai slabe, capacitatea de suprasarcină va scădea, consumul de fier va crește rapid, iar încălzirea va fi severă.
Autorul consideră că condițiile reale de funcționare ale motoarelor electrice indică faptul că motoarele de uz general pot fi accelerate prin intermediul convertoarelor de frecvență. Poate fi crescută viteza de frecvență variabilă? Cu cât poate fi crescută? Aceasta este determinată în principal de sarcina trasă de motorul electric. În primul rând, este necesar să se determine care este rata de sarcină? În al doilea rând, este necesar să se înțeleagă caracteristicile sarcinii și să se facă calcule pe baza situației specifice a sarcinii. O scurtă analiză este următoarea:
1. De fapt, pentru un motor universal de 380V, este posibilă funcționarea acestuia pentru o perioadă lungă de timp atunci când tensiunea statorului depășește 10% din tensiunea nominală, fără a afecta izolația și durata de viață a motorului. Tensiunea statorului crește, cuplul crește semnificativ, curentul statorului scade, iar temperatura înfășurării scade.
2. Rata de sarcină a motorului electric este de obicei între 50% și 60%
În general, motoarele industriale funcționează la 50% până la 60% din puterea lor nominală. Prin calcul, atunci când puterea de ieșire a motorului este de 70% din puterea nominală și tensiunea statorului crește cu 7%, curentul statorului scade cu 26,4%. În acest moment, chiar și cu controlul constant al cuplului și utilizând un convertor de frecvență pentru a crește viteza motorului cu 20%, curentul statorului nu numai că nu crește, dar și scade. Deși pierderile de fier ale motorului cresc brusc după creșterea frecvenței, căldura generată de aceasta este neglijabilă în comparație cu căldura redusă prin scăderea curentului statorului. Prin urmare, temperatura înfășurării motorului va scădea, de asemenea, semnificativ.
3. Există diverse caracteristici de sarcină
Sistemul de acționare a motorului electric deservește sarcina, iar sarcini diferite au caracteristici mecanice diferite. Motoarele electrice trebuie să îndeplinească cerințele privind caracteristicile mecanice ale sarcinii după accelerare. Conform calculelor, frecvența maximă admisibilă de funcționare (fmax) pentru sarcini cu cuplu constant la diferite rate de sarcină (k) este invers proporțională cu rata de sarcină, adică fmax = fe/k, unde fe este frecvența nominală de putere. Pentru sarcini de putere constantă, frecvența maximă admisibilă de funcționare a motoarelor generale este limitată în principal de rezistența mecanică a rotorului și arborelui motorului. Autorul consideră că este, în general, recomandabil să se limiteze la 100 Hz.
Exemplu de aplicație:
Transportorul cu cupe cu lanț dintr-o anumită fabrică are o sarcină de cuplu constantă și, din cauza creșterii producției, viteza motorului său trebuie crescută cu 20%. Modelul motorului este Y180L-6, cu o putere nominală de 15 kW, o tensiune nominală de 380 V, un curent nominal de 31,6 A, o viteză nominală de 980 rot/min, un randament de 89,5%, un factor de putere de 0,81, un curent de funcționare de 18-20 A, o putere maximă de funcționare de 7,5 kW în condiții normale și o rată de sarcină de 50%. După instalarea convertorului de frecvență CIMR-G5A4015, frecvența de funcționare este de 60 Hz, viteza este crescută cu 20%, tensiunea maximă de ieșire a convertorului de frecvență este setată la 410 V, curentul de funcționare al motorului este de 12-15 A, care scade cu aproximativ 30%, iar temperatura înfășurării motorului scade semnificativ.
Concepție greșită 4: Neglijarea caracteristicilor inerente ale convertoarelor de frecvență
Lucrările de depanare a convertorului de frecvență sunt de obicei efectuate de distribuitor și nu vor exista probleme. Instalarea unui convertor de frecvență este relativ simplă și, de obicei, este efectuată de către utilizator. Unii utilizatori nu citesc cu atenție manualul de utilizare al convertorului de frecvență, nu respectă cu strictețe cerințele tehnice de construcție, ignoră caracteristicile convertorului de frecvență în sine, îl echivalează cu componentele electrice generale și acționează pe baza presupunerilor și a experienței, prezentând pericole ascunse de defecțiuni și accidente.
Conform manualului de utilizare al convertorului de frecvență, cablul conectat la motor trebuie să fie un cablu ecranat sau un cablu armat, de preferință pozat într-un tub metalic. Capetele cablului tăiat trebuie să fie cât mai precise posibil, segmentele neecranate trebuie să fie cât mai scurte posibil, iar lungimea cablului nu trebuie să depășească o anumită distanță (de obicei 50 m). Când distanța de cablare dintre convertorul de frecvență și motor este mare, curentul de scurgere armonic ridicat din cablu va avea efecte negative asupra convertorului de frecvență și a echipamentelor din jur. Firul de împământare returnat de la motorul controlat de convertorul de frecvență trebuie conectat direct la terminalul de împământare corespunzător al convertorului de frecvență. Firul de împământare al convertorului de frecvență nu trebuie partajat cu mașini de sudură și echipamente de alimentare și trebuie să fie cât mai scurt posibil. Din cauza curentului de scurgere generat de convertorul de frecvență, dacă acesta este prea departe de punctul de împământare, potențialul terminalului de împământare va fi instabil. Aria secțiunii transversale minime a firului de împământare al convertorului de frecvență trebuie să fie mai mare sau egală cu aria secțiunii transversale a cablului de alimentare. Pentru a preveni funcționarea defectuoasă cauzată de interferențe, cablurile de control trebuie să utilizeze fire ecranate răsucite sau fire ecranate dublu liniare. În același timp, aveți grijă să nu atingeți cablul de rețea ecranat cu alte linii de semnal și cu carcasele echipamentelor și înfășurați-l cu bandă izolatoare. Pentru a evita afectarea de zgomot, lungimea cablului de control nu trebuie să depășească 50 m. Cablul de control și cablul motorului trebuie pozate separat, folosind jgheaburi de cablu separate și ținute cât mai departe posibil. Când cele două trebuie să se intersecteze, acestea trebuie încrucișate vertical. Nu le așezați niciodată în aceeași conductă sau jgheab de cablu. Cu toate acestea, unii utilizatori nu au respectat cu strictețe cerințele de mai sus la pozarea cablurilor, ceea ce a dus la funcționarea normală a echipamentului în timpul depanării individuale, dar a cauzat interferențe grave în timpul producției normale, făcându-l imposibil de funcționat.
Dacă indicatorul de temperatură a aerului secundar al unei fabrici de ciment arată brusc valori anormale: valoarea indicată este semnificativ scăzută și fluctuează foarte mult. Înainte de aceasta, a funcționat foarte bine. Au fost verificate termocuplurile, emițătoarele de temperatură și instrumentele secundare, dar nu s-au constatat probleme. Care sunt aspectele relevante? Când instrumentul a fost mutat într-un alt punct de măsurare, a funcționat complet normal. Cu toate acestea, când instrumente similare din alte puncte de măsurare au fost înlocuite aici, s-a produs același fenomen. Ulterior, s-a descoperit că un nou convertor de frecvență fusese instalat pe motorul ventilatorului de răcire nr. 3 din răcitorul cu grătar și abia după punerea în funcțiune a convertorului de frecvență, indicatorul de temperatură a aerului secundar a afișat valori anormale. Opriți convertorul de frecvență și readuceți imediat indicatorul de temperatură a aerului secundar la normal; La repornirea convertorului de frecvență, indicatorul de temperatură a aerului secundar a afișat din nou valori anormale. După teste repetate de mai multe ori, s-a stabilit că interferența de la convertorul de frecvență a fost cauza directă a afișajului anormal de pe indicatorul de temperatură a aerului secundar. Ventilatorul este un ventilator centrifugal, care inițial folosea supape pentru a regla volumul de aer, dar ulterior a trecut la reglarea vitezei cu frecvență variabilă pentru a regla volumul de aer. Din cauza cantității mari de praf și a mediului dur de la fața locului, convertorul de frecvență este instalat în camera de control MCC (Centrul de Control al Motoarelor). Pentru confortul construcției, convertorul de frecvență este conectat la partea inferioară a contactorului principal al ventilatorului, iar cablul de ieșire al convertorului de frecvență utilizează cablul de alimentare al motorului ventilatorului. Cablul de alimentare al motorului ventilatorului este un cablu izolat din PVC, nearmat și cu manta din oțel, și este pozat paralel cu cablul de semnal al contorului de temperatură a aerului secundar în diferite straturi de punte ale aceleiași șanțuri de cablu. Se poate observa că fenomenele de interferență apar tocmai pentru că cablul de ieșire al convertorului de frecvență nu utilizează cabluri armate sau nu este pozat prin țevi de fier. Această lecție ar trebui să acorde o atenție specială proiectelor de renovare care inițial nu utilizau convertoare de frecvență.
De asemenea, trebuie acordată o atenție deosebită întreținerii zilnice a convertoarelor de frecvență. Unii electricieni pornesc imediat convertorul de frecvență pentru întreținere imediat ce detectează o defecțiune și îl declanșează. Acest lucru este foarte periculos și poate duce la accidente prin electrocutare. Acest lucru se datorează faptului că, chiar dacă convertorul de frecvență nu este în funcțiune sau alimentarea cu energie a fost întreruptă, poate exista încă tensiune pe linia de intrare a energiei, pe terminalul de curent continuu și pe terminalul motorului convertorului de frecvență din cauza prezenței condensatoarelor. După deconectarea comutatorului, este necesar să așteptați câteva minute pentru ca convertorul de frecvență să se descarce complet înainte de a începe lucrul. Unii electricieni sunt obișnuiți să efectueze imediat teste de izolație pe motorul acționat de sistemul de acționare cu frecvență variabilă folosind o masă vibrantă atunci când observă deconectarea sistemului, pentru a determina dacă motorul s-a ars. Acest lucru este, de asemenea, foarte periculos, deoarece poate provoca cu ușurință arderea convertorului de frecvență. Prin urmare, înainte de a deconecta cablul dintre motor și convertorul de frecvență, nu trebuie efectuată testarea izolației motorului și nici pe cablul deja conectat la convertorul de frecvență.