Frekans konvertörleri için enerji geri besleme cihazları tedarikçileri, modern endüstride motorların geniş bir uygulama yelpazesine sahip, yüksek enerji tüketen bir güç ekipmanı türü olduğunu hatırlatır. İstatistiklere göre, Çin'in toplam kurulu gücü yaklaşık 400 milyon kilovat olup, yıllık elektrik tüketimi yaklaşık 600 milyar kilovat saat olup, endüstriyel elektrik tüketiminin %70-80'ini oluşturmaktadır. Çin, yaklaşık %80'ini oluşturan küçük ve orta ölçekli motorlara dayanmaktadır ve küçük ve orta ölçekli motorlar tarafından tüketilen elektrik miktarı toplam kaybın %90'ını oluşturmaktadır. Çin'deki motorların pratik uygulamasında, yabancı ülkelere kıyasla önemli bir fark bulunmaktadır; %75'lik bir birim verimlilik, yabancı ülkelerden %10 daha düşüktür; sistemin işletme verimliliği ise %30-40'tır; bu da uluslararası ileri düzeyden %20-30 daha düşüktür. Bu nedenle, Çin'deki küçük ve orta ölçekli motorlar büyük bir enerji tasarrufu potansiyeline sahiptir ve motor enerjisinin korunmasını teşvik etmek zorunludur.
Basit yapıları, kolay üretimleri, düşük fiyatları, dayanıklılıkları, güvenilir çalışmaları ve zorlu ortamlara uygunlukları nedeniyle asenkron motorlar endüstriyel ve tarımsal üretimde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle çeşitli endüstrilerdeki pompa ve fanların çekilmesinde, pompa ve fanların çekilmesinde kullanılan motorların enerji tasarrufu sağlayan performansı oldukça önemlidir.
Bilim ve teknolojinin hızla gelişmesi, özellikle güç elektroniği teknolojisi, mikroelektronik teknolojisi ve otomatik kontrol teknolojisinin yüksek gelişimi ve uygulanmasıyla, frekans dönüştürücülerin enerji tasarrufu etkisi daha da önemli hale gelmiştir. Sadece kademesiz hız regülasyonu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda farklı yükler altında verimli bir şekilde çalışabilir, iyi dinamik özelliklere sahip olabilir ve yüksek performans, yüksek güvenilirlik ve yüksek hassasiyetli otomatik kontrol sağlayabilir. Gerilim düşürme hız regülasyonu, kutup değiştirme hız regülasyonu, kayma hız regülasyonu, AC kademeli hız regülasyonu vb. gibi diğer hız regülasyonu yöntemleriyle karşılaştırıldığında, değişken frekanslı hız regülasyonu istikrarlı performansa, geniş hız regülasyonu aralığına ve yüksek verimliliğe sahiptir. Modern kontrol teorisi ve güç elektroniği teknolojisinin gelişmesiyle, AC değişken frekanslı hız regülasyon teknolojisi giderek daha mükemmel hale gelmekte ve AC motor hız regülasyonunun trendi haline gelmiştir. Değişken frekanslı hız kontrol cihazları (VFD'ler) endüstriyel alanda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Frekans konvertörlerinin hız kontrol sinyali iletimi için kullanımı hızlıdır, kontrol sistemi düşük zaman gecikmesine sahiptir, tepkisi hassastır, ayar sisteminin kontrol doğruluğu yüksektir, kullanımı kolaydır ve üretim çıktısını iyileştirmeye, kaliteyi sağlamaya ve üretim maliyetlerini düşürmeye yardımcı olur. Bu nedenle, frekans konvertörlerinin kullanımı fabrikalarda ve madencilik işletmelerinde enerji tasarrufu ve tüketim azaltma için popüler bir üründür.
Değişken frekanslı motor enerji tasarruf cihazı, devrim niteliğinde yeni nesil motora özgü bir kontrol ürünüdür. Mikroişlemcili dijital kontrol teknolojisine dayanan bu cihaz, dahili özel enerji tasarrufu optimizasyon kontrol yazılımı aracılığıyla motor çalışma mühendisliğindeki voltaj ve akımı dinamik olarak ayarlar. Motor devrini değiştirmeden, motorun çıkış torkunun yük talebine tam olarak uymasını sağlayarak, motorun aşırı çıkışından kaynaklanan elektrik enerjisi israfını etkili bir şekilde önler.
AC motorlar, günümüzde en yaygın kullanılan motorlardır ve tüm motor türlerinin yaklaşık %85'ini oluştururlar. Basit yapı, düşük maliyet ve bakım gerektirmeme gibi avantajlara sahiptirler. Ancak, zayıf noktaları hız düzenlemesinin zorluğudur; bu da birçok uygulamada kullanımlarını sınırlar veya hız düzenlemesi için mekanik yöntemler gerektirir.
Frekans dönüştürücülerin yük türlerine göre iki tipik uygulaması vardır: 1. Sabit tork uygulaması; 2. Değişken tork uygulaması. Uygulama amaçları açısından temel hedefler şunlardır: 1. İşlem sırasındaki dönme hızını, farklı yükler altındaki dönme hızını ve doğru konumlandırmayı sağlayarak işlemi iyileştirmek. Mükemmel hız düzenleme performansıyla üretkenliği artırabilir, ürün kalitesini iyileştirebilir, konforu iyileştirebilir, ekipmanı rasyonalize edebilir, çevreye uyum sağlayabilir veya iyileştirebilir vb. 2. Enerji tasarrufu dönüşümünün temel amacı, akış veya basınç düzenlemesi gerektiren fan ve pompaların hızını kontrol ederek önemli sonuçlar elde etmektir.
Değişken frekanslı hız düzenlemesinin ilkesi
Fanlar, su pompaları, hava kompresörleri, hidrolik yağ pompaları ve sirkülasyon pompaları gibi motor yükleri, işletmelerde kullanılan güç tüketen ekipmanların büyük çoğunluğunu oluşturur. Teknik sınırlamalar nedeniyle, bu tür yükler için neredeyse tüm akış, basınç veya hava hacmi kontrol sistemleri, motorun nominal hızda çalıştırıldığı ve sistemin sabit akış, basınç veya hava hacmi sağladığı valf kontrollü sistemlerdir. Ekipmanın çalışma gereksinimleri değiştiğinde, yük akışı, basınç veya hava hacmi, ekipmanın çalışma koşullarının değişen ihtiyaçlarını karşılamak için çıkış ucunda bulunan taşma, emniyet valfleri veya oransal regülatörler tarafından ayarlanır. Taşma valfi veya oransal kontrol valfi taştıktan sonra, büyük miktarda enerji açığa çıkar ve bu dağılan enerji aslında motorun şebekeden emdiği enerjinin bir parçasıdır ve büyük miktarda elektrik enerjisi israfına neden olur. Bu tür yüklerin çalışma karakteristiklerinden, motor gücünün hızın küpüyle, hızın da frekansla orantılı olduğu görülebilir. Motorun çalışma modunu, her zaman nominal çalışma frekansında çalışmayacak şekilde değiştirirsek, bunun yerine başlatma durdurma kontrolü ve ayarlama işlemi için değişken frekanslı bir ayar kontrol sistemi kullanırsak, hızı 0~2900r/dak aralığında sürekli olarak ayarlanabilir, yani çıkış akış hızı, basınç veya hava hacmi de 0~100% aralığında sürekli olarak ayarlanabilir, böylece yükün çalışma ihtiyaçlarına tam olarak uyum sağlanır ve enerji tasarrufu ve tüketim azaltma hedefine ulaşılır.
AC motor hızı şu şekildedir: n=60f (1-s)/p
Formülde: n=motor hızı
F=güç frekansı
P=motorun kutup sayısı
S=kayma oranı
Denklemden görüleceği üzere, bir AC motorun senkron hızı n, güç frekansı f ile doğru orantılıdır. Dolayısıyla, güç frekansının değiştirilmesi, motor hızını değiştirebilir ve hız düzenleme amacına ulaşabilir.
Enerji tasarrufu için değişken frekanslı hız düzenlemesinin prensibi
Değişken frekanslı hız regülasyonu elektrik tasarrufu sağlar; adından da anlaşılacağı gibi, yalnızca değişken frekanslı hız regülasyonu elektrik tasarrufu sağlayabilir. Aşağıda, iki tipik yük uygulaması için enerji tasarrufu prensiplerinin bir analizi yer almaktadır.
(1) Sabit tork yük uygulamaları
Sabit tork yükü, hızdaki değişikliklerden bağımsız olarak yük torkunun sabit kalması anlamına gelir.
Aşağıdaki formül: P=K * T * N
K=katsayı
P=mil gücü
T=yük torku
N=dönme hızı
Yukarıdaki formülden, şaft gücünün motor hızıyla doğru orantılı olduğu görülebilir. Motor hızı, prosesin ihtiyaçlarına göre ayarlandığında, doğal olarak buna karşılık gelen oranda güç tasarrufu sağlanabilir.
(2) Değişken torklu yük uygulamaları
Santrifüjlü fanlar ve pompalar tipik değişken tork yüklerine aittir ve çalışma özellikleri şunlardır: çoğu uzun süre kesintisiz çalışır. Yük torku hızın karesiyle orantılı olduğundan, hız nominal hızı aştığında motorda ciddi bir aşırı yüklenmeye neden olur. Bu nedenle, fanlar ve pompalar genellikle nominal frekansın üzerinde çalışmazlar.