Dodávatelia zariadení spätnej väzby energie pre frekvenčné meniče pripomínajú, že v modernom priemysle sú motory typom vysokoenergetických zariadení so širokou škálou aplikácií. Podľa štatistík je celková inštalovaná kapacita Číny približne 400 miliónov kilowattov s ročnou spotrebou elektriny približne 600 miliárd kilowatthodín, čo predstavuje 70 – 80 % spotreby elektriny v priemysle. Čína sa spolieha najmä na malé a stredné motory, ktoré tvoria približne 80 %, zatiaľ čo množstvo elektriny spotrebovanej malými a strednými motormi predstavuje 90 % celkových strát. V praktickom použití motorov v Číne existuje v porovnaní so zahraničím výrazný rozdiel, pričom účinnosť jednotky je 75 %, čo je o 10 % menej ako v zahraničí; prevádzková účinnosť systému je 30 – 40 %, čo je o 20 – 30 % menej ako medzinárodná pokročilá úroveň. Preto majú malé a stredné motory v Číne veľký potenciál úspory energie a podpora úspory energie motorov je nevyhnutná.
Vďaka svojej jednoduchej konštrukcii, ľahkej výrobe, nízkej cene, odolnosti, spoľahlivej prevádzke a vhodnosti pre náročné prostredie sa asynchrónne motory široko používajú v priemyselnej a poľnohospodárskej výrobe. Najmä pri ťahaní čerpadiel a ventilátorov v rôznych odvetviach sa vysoko cení energeticky úsporná práca motorov pre ťahanie čerpadiel a ventilátorov.
S rýchlym rozvojom vedy a techniky, najmä s vysokým rozvojom a aplikáciou výkonovej elektroniky, mikroelektroniky a automatickej regulácie, sa energeticky úsporný účinok frekvenčných meničov stal výraznejším. Dokážu nielen dosiahnuť plynulú reguláciu rýchlosti, ale aj efektívne pracovať pri rôznych zaťaženiach s dobrými dynamickými vlastnosťami a dosiahnuť vysoký výkon, vysokú spoľahlivosť a vysokú presnosť automatickej regulácie. V porovnaní s inými metódami regulácie rýchlosti, ako je regulácia rýchlosti znížením napätia, regulácia rýchlosti zmenou pólov, regulácia sklzu, kaskádová regulácia rýchlosti striedavého prúdu atď., má regulácia rýchlosti s premenlivou frekvenciou stabilný výkon, široký rozsah regulácie rýchlosti a vysokú účinnosť. S rozvojom modernej teórie riadenia a výkonovej elektroniky sa technológia regulácie rýchlosti striedavého prúdu s premenlivou frekvenciou stáva čoraz dokonalejšou a stala sa trendom v regulácii rýchlosti striedavých motorov. Zariadenia na reguláciu rýchlosti s premenlivou frekvenciou (VFD) sa široko používajú v priemyselnej oblasti.
Použitie frekvenčných meničov na prenos signálu regulácie rýchlosti je rýchle, riadiaci systém má malé časové oneskorenie, odozva je citlivá, presnosť regulácie nastavovacieho systému je vysoká, používanie je pohodlné a prispieva k zlepšeniu výrobného výkonu, zabezpečeniu kvality a zníženiu výrobných nákladov. Preto je používanie frekvenčných meničov obľúbeným produktom na úsporu energie a zníženie spotreby v továrňach a banských podnikoch.
Zariadenie na úsporu energie motora s premenlivou frekvenciou je revolučný produkt novej generácie pre riadenie špecifických motorov. Na základe technológie mikroprocesorového digitálneho riadenia dynamicky upravuje napätie a prúd v prevádzkovom systéme motora pomocou vstavaného špecializovaného softvéru na optimalizáciu úspory energie. Bez zmeny otáčok motora zabezpečuje, že výstupný krútiaci moment motora presne zodpovedá požiadavkám na záťaž, čím sa účinne zabráni plytvaniu elektrickou energiou spôsobenému nadmerným výkonom motora.
Striedavé motory sú v súčasnosti najpoužívanejšie motory, ktoré tvoria približne 85 % všetkých typov motorov. Majú výhody jednoduchej konštrukcie, nízkych nákladov a nevyžadujú si žiadnu údržbu. Ich slabinou je však náročnosť regulácie otáčok, čo obmedzuje ich použitie v mnohých aplikáciách alebo vyžaduje mechanické prostriedky na dosiahnutie regulácie otáčok.
Existujú dve typické aplikácie frekvenčných meničov z hľadiska typov zaťaženia: 1. Aplikácia konštantného krútiaceho momentu; 2. Aplikácia variabilného krútiaceho momentu. Z hľadiska účelu aplikácie sú hlavnými cieľmi: 1. Zlepšiť proces, zabezpečiť rýchlosť otáčania počas procesu, rýchlosť otáčania pri rôznych zaťaženiach a presné polohovanie. Vďaka vynikajúcemu výkonu regulácie rýchlosti môžu zlepšiť produktivitu, zlepšiť kvalitu produktu, zlepšiť komfort, racionalizovať zariadenia, prispôsobiť alebo zlepšiť životné prostredie atď. 2. Hlavným účelom energeticky úspornej transformácie je dosiahnuť významné výsledky riadením rýchlosti ventilátorov a čerpadiel, ktoré vyžadujú reguláciu prietoku alebo tlaku.
Princíp regulácie otáčok s premenlivou frekvenciou
Motorové záťaže, ako sú ventilátory, vodné čerpadlá, vzduchové kompresory, hydraulické olejové čerpadlá a obehové čerpadlá, tvoria prevažnú väčšinu zariadení spotrebúvajúcich energiu používaných v podnikoch. Kvôli technickým obmedzeniam sú takmer všetky systémy regulácie prietoku, tlaku alebo objemu vzduchu pre takéto záťaže systémy riadené ventilmi, kde je motor poháňaný menovitými otáčkami a systém zabezpečuje konštantný prietok, tlak alebo objem vzduchu. Keď sa prevádzkové požiadavky zariadenia zmenia, prietok, tlak alebo objem vzduchu sa upravuje prepadovými, poistnými ventilmi alebo proporcionálnymi regulátormi umiestnenými na výstupnom konci, aby sa splnili meniace sa potreby prevádzkových podmienok zariadenia. Po pretečení prepadového ventilu alebo proporcionálneho regulačného ventilu sa uvoľní veľké množstvo energie a táto rozptýlená energia je v skutočnosti súčasťou energie absorbovanej motorom z elektrickej siete, čo spôsobuje veľké plytvanie elektrickou energiou. Z pracovných charakteristík tohto typu záťaže je zrejmé, že výkon motora je úmerný tretej mocnine otáčok a otáčky sú úmerné frekvencii. Ak zmeníme pracovný režim motora tak, aby nepracoval vždy na menovitej pracovnej frekvencii, ale namiesto toho používal systém riadenia s premenlivou frekvenciou na riadenie štartu, zastavenia a nastavovania, jeho rýchlosť je možné plynule nastaviť v rozsahu 0~2900 ot./min, to znamená, že výstupný prietok, tlak alebo objem vzduchu je možné tiež plynule nastaviť v rozsahu 0~100 %, aby sa presne prispôsobili pracovným potrebám záťaže a dosiahol sa cieľ úspory energie a zníženia spotreby.
Rýchlosť striedavého motora je nasledovná: n=60f (1 s)/p
Vo vzorci: n = rýchlosť motora
F=frekvenčný výkon
P = počet pólov motora
S=rýchlosť sklzu
Ako je zrejmé z rovnice, synchrónna rýchlosť n striedavého motora je priamo úmerná výkonovej frekvencii f. Zmenou výkonovej frekvencie sa teda môže zmeniť rýchlosť motora a dosiahnuť účel regulácie rýchlosti.
Princíp regulácie otáčok s premenlivou frekvenciou pre úsporu energie
Regulácia otáčok s premenlivou frekvenciou šetrí elektrinu, ako už názov napovedá, iba regulácia otáčok s premenlivou frekvenciou dokáže ušetriť elektrinu. Nižšie je uvedená analýza princípov úspory energie pre dve typické aplikácie záťaže.
(1) Aplikácie s konštantným krútiacim momentom
Konštantný krútiaci moment zaťaženia znamená, že bez ohľadu na zmeny rýchlosti zostáva krútiaci moment zaťaženia konštantný.
Nasledujúci vzorec: P=K * T * N
K=koeficient
P=výkon na hriadeli
T=záťažový krútiaci moment
N=rýchlosť otáčania
Z vyššie uvedeného vzorca vyplýva, že výkon na hriadeli je priamo úmerný otáčkam motora. Keď sa otáčky motora upravia podľa potrieb procesu, prirodzene sa dosiahne zodpovedajúci podiel úspory energie.
(2) Aplikácie s premenlivým krútiacim momentom
Odstredivé ventilátory a čerpadlá patria medzi typické záťaže s premenlivým krútiacim momentom a ich pracovné charakteristiky sú: väčšina z nich pracuje nepretržite dlhý čas. Keďže krútiaci moment je úmerný druhej mocnine otáčok, akonáhle rýchlosť prekročí menovité otáčky, spôsobí to vážne preťaženie motora. Preto ventilátory a čerpadlá vo všeobecnosti nepracujú nad menovitú frekvenciu.