Поставщики устройств обратной связи по энергии для преобразователей частоты напоминают, что в современной промышленности двигатели являются типом высокоэнергоемкого силового оборудования с широким спектром применения. Согласно статистике, общая установленная мощность Китая составляет около 400 миллионов киловатт, при этом годовое потребление электроэнергии составляет около 600 миллиардов киловатт-часов, что составляет 70-80% промышленного потребления электроэнергии. Китай в основном полагается на двигатели малой и средней мощности, на которые приходится около 80%, в то время как объем электроэнергии, потребляемой двигателями малой и средней мощности, составляет 90% от общих потерь. В практическом применении двигателей в Китае наблюдается значительный разрыв по сравнению с зарубежными странами, с КПД агрегата 75%, что на 10% ниже, чем за рубежом; КПД системы составляет 30-40%, что на 20-30% ниже международного передового уровня. Таким образом, двигатели малой и средней мощности в Китае имеют большой энергосберегающий потенциал, и содействие энергосбережению двигателей является обязательным.
Благодаря простоте конструкции, лёгкости изготовления, низкой цене, долговечности, надёжности работы и пригодности к эксплуатации в тяжёлых условиях асинхронные двигатели нашли широкое применение в промышленности и сельском хозяйстве. Энергосберегающая работа двигателей для приводов насосов и вентиляторов особенно ценится в различных отраслях промышленности.
С быстрым развитием науки и техники, особенно высоким развитием и применением технологий силовой электроники, микроэлектроники и технологий автоматического управления, энергосберегающий эффект преобразователей частоты стал более значительным. Они могут не только достигать бесступенчатого регулирования скорости, но и эффективно работать при различных нагрузках, с хорошими динамическими характеристиками и могут достигать высокой производительности, высокой надежности и высокоточного автоматического управления. По сравнению с другими методами регулирования скорости, такими как регулирование скорости понижением напряжения, регулирование скорости переключением полюсов, регулирование скорости скольжения, каскадное регулирование скорости переменного тока и т. д., регулирование скорости переменной частоты имеет стабильную работу, широкий диапазон регулирования скорости и высокую эффективность. С развитием современной теории управления и технологий силовой электроники технология регулирования скорости переменной частоты переменного тока становится все более совершенной и стала тенденцией регулирования скорости двигателей переменного тока. Устройства регулирования скорости переменной частоты (VFD) нашли широкое применение в промышленной сфере.
Использование преобразователей частоты для передачи сигналов управления скоростью обеспечивает высокую скорость передачи сигнала, малую задержку реакции системы управления, высокую чувствительность реакции и точность регулирования, удобство эксплуатации, а также способствует повышению производительности, качеству и снижению производственных затрат. Поэтому преобразователи частоты широко используются для экономии энергии и снижения потребления на заводах и горнодобывающих предприятиях.
Энергосберегающее устройство для управления двигателем с переменной частотой вращения – это революционное новое поколение устройств для управления двигателем. Основанное на технологии микропроцессорного цифрового управления, оно динамически регулирует напряжение и ток двигателя с помощью встроенного специализированного программного обеспечения для оптимизации энергосбережения. Не изменяя скорость вращения двигателя, устройство обеспечивает точное соответствие выходного крутящего момента нагрузке, эффективно предотвращая потери электроэнергии, вызванные чрезмерной выходной мощностью двигателя.
Двигатели переменного тока в настоящее время являются наиболее распространёнными, составляя около 85% всех типов двигателей. Их преимущества заключаются в простоте конструкции, низкой стоимости и отсутствии необходимости в обслуживании. Однако их недостатком является сложность регулирования скорости, что ограничивает их применение во многих областях или требует применения механических средств для регулирования скорости.
Преобразователи частоты применяются в двух основных областях применения с точки зрения нагрузки: 1. Постоянное приложение крутящего момента; 2. Приложение переменного крутящего момента. С точки зрения применения, основными задачами являются: 1. Улучшение технологического процесса, обеспечение постоянной скорости вращения в процессе процесса, скорости вращения при различных нагрузках и точное позиционирование. Благодаря превосходным характеристикам регулирования скорости, преобразователи частоты могут повышать производительность, качество продукции, комфорт, рационализировать оборудование, адаптировать или улучшать окружающую среду и т.д. 2. Основная цель энергосберегающего преобразования — достижение значительных результатов путем управления скоростью вращения вентиляторов и насосов, требующих регулирования расхода или давления.
Принцип частотно-регулируемого регулирования скорости
Такие электродвигатели, как вентиляторы, водяные насосы, воздушные компрессоры, гидравлические масляные насосы и циркуляционные насосы, составляют подавляющее большинство энергопотребляющего оборудования, используемого на предприятиях. В связи с техническими ограничениями практически все системы регулирования расхода, давления или объёма воздуха для таких нагрузок являются системами с клапанным управлением, в которых двигатель вращается с номинальной скоростью, а система обеспечивает постоянный расход, давление или объём воздуха. При изменении рабочих характеристик оборудования расход, давление или объём воздуха регулируются перепускными, предохранительными клапанами или пропорциональными регуляторами, расположенными на выпускном конце, в соответствии с изменяющимися требованиями к рабочим условиям оборудования. После переполнения перепускного или пропорционального регулирующего клапана высвобождается большое количество энергии, которая фактически является частью энергии, потребляемой двигателем из электросети, что приводит к значительным потерям электроэнергии. Из рабочих характеристик такого типа нагрузки видно, что мощность двигателя пропорциональна кубу скорости, а скорость пропорциональна частоте. Если изменить режим работы двигателя таким образом, чтобы он не всегда работал на номинальной рабочей частоте, а вместо этого использовать систему управления с регулируемой частотой для управления пуском-остановкой и регулировки, его скорость можно будет плавно регулировать в диапазоне 0~2900 об/мин, то есть выходной расход, давление или объем воздуха также можно будет плавно регулировать в диапазоне 0~100%, чтобы точно соответствовать рабочим потребностям нагрузки и достичь цели энергосбережения и снижения потребления.
Скорость двигателя переменного тока следующая: n=60f (1-с)/p
В формуле: n=скорость двигателя
F=частота сети
P=число полюсов двигателя
S=скорость скольжения
Как видно из уравнения, синхронная скорость n двигателя переменного тока прямо пропорциональна частоте сети f. Следовательно, изменение частоты сети может изменить скорость двигателя и достичь цели регулирования скорости.
Принцип регулирования скорости переменной частоты для экономии энергии
Регулирование скорости с переменной частотой позволяет экономить электроэнергию. Как следует из названия, только регулирование скорости с переменной частотой может сэкономить электроэнергию. Ниже представлен анализ принципов энергосбережения для двух типичных нагрузок.
(1) Приложения с постоянной крутящей нагрузкой
Постоянный крутящий момент нагрузки означает, что независимо от изменения скорости крутящий момент нагрузки остается постоянным.
Следующая формула: P=K * T * N
К=коэффициент
P=мощность на валу
T=крутящий момент нагрузки
N=скорость вращения
Из приведённой выше формулы следует, что мощность на валу прямо пропорциональна скорости двигателя. При регулировании скорости двигателя в соответствии с требованиями технологического процесса можно добиться соответствующей экономии энергии.
(2) Приложения с переменной крутящей нагрузкой
Центробежные вентиляторы и насосы относятся к типичным нагрузкам с переменным крутящим моментом, и их рабочие характеристики таковы: большинство из них работают непрерывно в течение длительного времени. Поскольку крутящий момент нагрузки пропорционален квадрату скорости, превышение номинальной скорости приводит к серьёзной перегрузке двигателя. Поэтому вентиляторы и насосы, как правило, не работают на частотах, превышающих номинальную.