Ако два еднакви двигателя работят на 50HZ захранваща честота, единият използва честотен преобразувател, а другият не, и скоростта и въртящият момент са в номиналното състояние на двигателя, може ли честотният преобразувател да спести енергия? Колко може да се спести?
Отговор: В този случай честотният преобразувател може само да подобри коефициента на мощност и не може да пести електроенергия.
1. Преобразуването на честотата не може да спести електроенергия навсякъде и има много случаи, в които преобразуването на честотата не е задължително да спести електроенергия.
2. Като електронна схема, самият честотен преобразувател също консумира енергия (около 2-5% от номиналната мощност)
3. Факт е, че честотните преобразуватели работят на мрежовата честота и имат енергоспестяващи функции. Но неговото предварително условие е:
Първо, самото устройство има функция за пестене на енергия (софтуерна поддръжка), която отговаря на изискванията на цялата система или процес;
Второ, дългосрочна непрекъсната работа.
Освен това, няма значение дали пести електроенергия или не, това е безсмислено. Ако се каже, че честотният преобразувател работи енергоспестяващо без никакви предварителни условия, това е преувеличение или търговска спекулация. Знаейки цялата история, вие умело ще го използвате, за да ви служи. Не забравяйте да обърнете внимание на ситуацията и условията на употреба, за да го приложите правилно, в противен случай ще следвате сляпо, ще вярвате лесно и ще бъдете измамени.
Често имаме следните погрешни схващания, когато използваме честотни преобразуватели:
Заблуда 1: Използването на честотен преобразувател може да спести електроенергия
В някои публикации се твърди, че честотните преобразуватели са енергоспестяващи продукти за управление, което създава впечатлението, че използването на честотни преобразуватели може да спести електроенергия.
Всъщност, причината, поради която честотните преобразуватели могат да пестят електроенергия, е, че те могат да регулират скоростта на електродвигателите. Ако честотните преобразуватели са енергоспестяващи продукти за управление, тогава цялото оборудване за управление на скоростта също може да се счита за енергоспестяващо оборудване за управление. Честотният преобразувател е само малко по-ефективен и има по-висок фактор на мощност от другите устройства за управление на скоростта.
Дали честотният преобразувател може да постигне икономия на енергия се определя от характеристиките на регулиране на скоростта на неговия товар. За товари като центробежни вентилатори и центробежни помпи, въртящият момент е пропорционален на квадрата на скоростта, а мощността е пропорционална на куба на скоростта. Докато се използва оригиналният вентил за управление на потока и той не работи с пълно натоварване, преминаването към работа с регулиране на скоростта може да постигне икономия на енергия. Когато скоростта падне до 80% от оригиналната, мощността е само 51,2% от оригиналната. Може да се види, че прилагането на честотни преобразуватели при такива товари има най-значителен ефект на пестене на енергия. За товари като Roots вентилатори, въртящият момент е независим от скоростта, т.е. натоварване с постоянен въртящ момент. Ако оригиналният метод с използване на вентилационен клапан за освобождаване на излишния обем въздух за регулиране на обема въздух се промени към работа с регулиране на скоростта, това също може да постигне икономия на енергия. Когато скоростта падне до 80% от първоначалната си стойност, мощността достига 80% от първоначалната си стойност. Енергоспестяващият ефект е много по-малък от този при приложенията в центробежни вентилатори и центробежни помпи. При товари с постоянна мощност мощността е независима от скоростта. Постоянно натоварване на мощността в циментов завод, като например везна с лентов дозатор, забавя скоростта на лентата, когато слоят материал е дебел при определени условия на потока; когато слоят материал е тънък, скоростта на лентата се увеличава. Приложението на честотни преобразуватели при такива натоварвания не може да спести електроенергия.
В сравнение със системите за управление на скоростта с постоянен ток, постояннотоковите двигатели имат по-висока ефективност и фактор на мощност от променливотоковите двигатели. Ефективността на цифровите постояннотокови регулатори на скоростта е сравнима с тази на честотните преобразуватели и дори малко по-висока от тази на честотните преобразуватели. Следователно, неправилно е да се твърди, че използването на променливотокови асинхронни двигатели и честотни преобразуватели спестява повече електроенергия, отколкото използването на постояннотокови двигатели и постояннотокови регулатори, както теоретично, така и практически.
Погрешно схващане 2: Изборът на капацитет на честотния преобразувател се основава на номиналната мощност на двигателя
В сравнение с електродвигателите, цената на честотните преобразуватели е сравнително висока, така че е много разумно разумно да се намали капацитетът на честотните преобразуватели, като същевременно се осигури безопасна и надеждна работа.
Мощността на честотния преобразувател се отнася до мощността на 4-полюсния асинхронен двигател с променлив ток, за който е подходящ.
Поради различния брой полюси на двигателите с еднакъв капацитет, номиналният ток на двигателя варира. С увеличаването на броя на полюсите в двигателя, номиналният ток на двигателя също се увеличава. Изборът на капацитет на честотния преобразувател не може да се основава на номиналната мощност на двигателя. Същевременно, за проекти за обновяване, които първоначално не са използвали честотни преобразуватели, изборът на капацитет на честотните преобразуватели не може да се основава на номиналния ток на двигателя. Това е така, защото изборът на капацитет на електрическия двигател трябва да отчита фактори като максимално натоварване, коефициент на излишък и спецификации на двигателя. Често излишъкът е голям и индустриалните двигатели работят с 50% до 60% от номиналния товар. Ако капацитетът на честотния преобразувател се избере въз основа на номиналния ток на двигателя, остава твърде голям марж, което води до икономически загуби и надеждността не се подобрява.
За двигатели с катерица, изборът на капацитет на честотния преобразувател трябва да се основава на принципа, че номиналният ток на честотния преобразувател е по-голям или равен на 1,1 пъти максималния нормален работен ток на двигателя, което може да увеличи максимално икономиите на разходи. При условия като стартиране с голямо натоварване, висока температура, двигател с намотка, синхронен двигател и др., капацитетът на честотния преобразувател трябва да се увеличи съответно.
За конструкции, които използват честотни преобразуватели от самото начало, е разбираемо капацитетът на честотния преобразувател да се избере въз основа на номиналния ток на двигателя. Това е така, защото капацитетът на честотния преобразувател не може да бъде избран въз основа на реалните работни условия в този момент. Разбира се, за да се намалят инвестициите, в някои случаи капацитетът на честотния преобразувател може първоначално да е несигурен и след като оборудването работи известно време, той може да бъде избран въз основа на реалния ток.
В системата за вторично смилане на циментова мелница с диаметър 2,4 м × 13 м в определена циментова компания във Вътрешна Монголия има един местен високоефективен селектор на прах N-1500 O-Sepa, оборудван с електродвигател модел Y2-315M-4 с мощност 132 kW. Избран е обаче честотен преобразувател FRN160-P9S-4E, който е подходящ за 4-полюсни двигатели с мощност 160 kW. След пускане в експлоатация максималната работна честота е 48 Hz, а токът е само 180 A, което е по-малко от 70% от номиналния ток на двигателя. Самият двигател има значителен излишен капацитет. А спецификациите на честотния преобразувател са с едно ниво по-големи от тези на задвижващия двигател, което води до ненужни загуби и не подобрява надеждността.
Системата за захранване на трошачка за варовик № 3 в циментовия завод Anhui Chaohu използва пластинчат подавател 1500 × 12000, а задвижващият двигател използва променливотоков двигател Y225M-4 с номинална мощност 45kW и номинален ток 84.6A. Преди преобразуването на честотата и регулирането на скоростта, чрез тестове беше установено, че когато пластинчатият подавател задвижва двигателя нормално, средният трифазен ток е само 30A, което е само 35.5% от номиналния ток на двигателя. За да се спестят инвестиции, беше избран честотен преобразувател ACS601-0060-3, който има номинален изходен ток 76A и е подходящ за 4-полюсни двигатели с мощност 37kW, постигайки добри резултати.
Тези два примера илюстрират, че при проекти за обновяване, които първоначално не са използвали честотни преобразуватели, изборът на капацитет на честотния преобразувател въз основа на действителните работни условия може значително да намали инвестициите.
Погрешно схващане 3: Двигателите тип „General“ могат да работят само с намалена скорост, използвайки честотни преобразуватели под номиналната им скорост на предаване.
Класическата теория твърди, че горната граница на честотата на универсален двигател е 55Hz. Това е така, защото когато скоростта на двигателя трябва да се регулира над номиналната скорост за работа, честотата на статора ще се увеличи над номиналната честота (50Hz). В този момент, ако все още се спазва принципът на постоянен въртящ момент за управление, напрежението на статора ще се увеличи над номиналното напрежение. Така че, когато диапазонът на скоростта е по-висок от номиналната скорост, напрежението на статора трябва да се поддържа постоянно при номиналното напрежение. В този момент, с увеличаването на скоростта/честотата, магнитният поток ще намалее, което ще доведе до намаляване на въртящия момент при същия ток на статора, влошаване на механичните характеристики и значително намаляване на капацитета на претоварване на двигателя.
От това може да се види, че горната граница на честотата на универсален двигател е 55Hz, което е предпоставка:
1. Напрежението на статора не може да надвишава номиналното напрежение;
2. Двигателят работи с номинална мощност;
3. Постоянно натоварване с въртящ момент.
В горната ситуация, теорията и експериментите са доказали, че ако честотата надвиши 55Hz, въртящият момент на двигателя ще намалее, механичните характеристики ще станат по-меки, капацитетът на претоварване ще намалее, разходът на желязо ще се увеличи бързо и нагряването ще бъде силно.
Авторът смята, че реалните условия на работа на електродвигателите показват, че двигателите с общо предназначение могат да бъдат ускорени чрез честотни преобразуватели. Може ли да се увеличи честотата на въртене с променлива честота? С колко може да се увеличи? Това се определя главно от товара, теглен от електродвигателя. Първо, необходимо е да се определи каква е скоростта на натоварване. Второ, необходимо е да се разберат характеристиките на натоварването и да се направят изчисления въз основа на конкретната ситуация на товара. Кратък анализ е както следва:
1. Всъщност, универсален двигател с напрежение 380 V може да работи дълго време, когато напрежението на статора надвишава 10% от номиналното напрежение, без това да повлияе на изолацията и живота на двигателя. Напрежението на статора се увеличава, въртящият момент се увеличава значително, токът на статора намалява и температурата на намотката намалява.
2. Степента на натоварване на електродвигателя обикновено е от 50% до 60%
Обикновено индустриалните двигатели работят с 50% до 60% от номиналната си мощност. Чрез изчисления, когато изходната мощност на двигателя е 70% от номиналната мощност и напрежението на статора се увеличи със 7%, токът на статора намалява с 26,4%. В този случай, дори при постоянно управление на въртящия момент и използване на честотен преобразувател за увеличаване на скоростта на двигателя с 20%, токът на статора не само не се увеличава, но и намалява. Въпреки че загубите в желязото на двигателя се увеличават рязко след увеличаване на честотата, генерираната от него топлина е незначителна в сравнение с топлината, намалена от намаляването на тока на статора. Следователно, температурата на намотката на двигателя също ще намалее значително.
3. Има различни характеристики на натоварване
Задвижващата система на електродвигателя обслужва товара, а различните товари имат различни механични характеристики. Електродвигателите трябва да отговарят на изискванията за механични характеристики на товара след ускорение. Според изчисленията, максимално допустимата работна честота (fmax) за товари с постоянен въртящ момент при различни скорости на натоварване (k) е обратно пропорционална на скоростта на натоварване, т.е. fmax=fe/k, където fe е номиналната честота на захранването. За товари с постоянна мощност, максимално допустимата работна честота на общите двигатели е ограничена главно от механичната якост на ротора и вала на двигателя. Авторът смята, че е препоръчително да се ограничи до 100Hz.
Пример за приложение:
Верижният кофичен конвейер в определен завод е под постоянно натоварване от въртящ момент и поради увеличаването на производството, скоростта на двигателя му трябва да се увеличи с 20%. Моделът на двигателя е Y180L-6, с номинална мощност 15kW, номинално напрежение 380V, номинален ток 31.6A, номинална скорост 980r/min, ефективност 89.5%, коефициент на мощност 0.81, работен ток 18-20A, максимална работна мощност 7.5kW при нормални условия и коефициент на натоварване 50%. След инсталиране на честотния преобразувател CIMR-G5A4015, работната честота е 60Hz, скоростта се увеличава с 20%, максималното изходно напрежение на честотния преобразувател е настроено на 410V, работният ток на двигателя е 12-15A, което намалява с около 30%, а температурата на намотката на двигателя намалява значително.
Погрешно схващане 4: Пренебрегване на присъщите характеристики на честотните преобразуватели
Отстраняването на грешки в честотния преобразувател обикновено се извършва от дистрибутора и няма да има проблеми. Инсталирането на честотен преобразувател е сравнително лесно и обикновено се извършва от потребителя. Някои потребители не четат внимателно ръководството за потребителя на честотния преобразувател, не спазват стриктно техническите изисквания за конструкция, игнорират характеристиките на самия честотен преобразувател, отъждествяват го с общите електрически компоненти и действат въз основа на предположения и опит, криейки скрити опасности от повреди и аварии.
Съгласно ръководството за потребителя на честотния преобразувател, кабелът, свързан към двигателя, трябва да бъде екраниран или брониран кабел, за предпочитане положен в метална тръба. Краищата на отрязания кабел трябва да са възможно най-чисти, неекранираните сегменти трябва да са възможно най-къси, а дължината на кабела не трябва да надвишава определено разстояние (обикновено 50 м). Когато разстоянието между честотния преобразувател и двигателя е голямо, токът на утечка с високи хармоници от кабела ще има неблагоприятно въздействие върху честотния преобразувател и околното оборудване. Заземителният проводник, връщан от двигателя, управляван от честотния преобразувател, трябва да бъде директно свързан към съответния заземителен терминал на честотния преобразувател. Заземителният проводник на честотния преобразувател не трябва да се споделя със заваръчни машини и силово оборудване и трябва да бъде възможно най-къс. Поради генерирания от честотния преобразувател ток на утечка, ако е твърде далеч от точката на заземяване, потенциалът на заземяващия терминал ще бъде нестабилен. Минималната площ на напречното сечение на заземяващия проводник на честотния преобразувател трябва да бъде по-голяма или равна на площта на напречното сечение на захранващия кабел. За да се предотврати неправилно функциониране, причинено от смущения, контролните кабели трябва да използват усукани екранирани проводници или двужилни екранирани проводници. В същото време внимавайте да не докосвате екранирания мрежов кабел с други сигнални линии и корпуси на оборудване и го увийте с изолационна лента. За да избегнете влиянието на шума, дължината на контролния кабел не трябва да надвишава 50 м. Контролният кабел и кабелът на двигателя трябва да се полагат отделно, като се използват отделни кабелни скари, и да се държат възможно най-далеч един от друг. Когато трябва да се пресичат, те трябва да се пресичат вертикално. Никога не ги поставяйте в един и същ тръбопровод или кабелна скара. Някои потребители обаче не спазват стриктно горните изисквания при полагане на кабели, което води до нормална работа на оборудването по време на индивидуално отстраняване на грешки, но причинява сериозни смущения по време на нормално производство, което го прави неспособно да работи.
Ако датчикът за температурата на вторичния въздух на циментов завод внезапно покаже необичайни показания: посочената стойност е значително ниска и се колебае силно. Преди това е работил много добре. Проверени са термодвойките, температурните предаватели и вторичните инструменти, не са открити проблеми. Кои са съответните? Когато инструментът е преместен на друга точка на измерване, той е работил напълно нормално. Когато обаче подобни инструменти от други точки на измерване са били подменени тук, се е появило същото явление. По-късно е установено, че на двигателя на охлаждащ вентилатор № 3 в решетъчния охладител е монтиран нов честотен преобразувател и едва след пускането му в употреба датчикът за температурата на вторичния въздух е показал необичайни показания. Спрете честотния преобразувател и незабавно възстановете нормалното състояние на датчика за температурата на вторичния въздух; След рестартиране на честотния преобразувател, датчикът за температурата на вторичния въздух отново е показал необичайни показания. След многократно тестване е установено, че смущенията от честотния преобразувател са пряката причина за необичайното показване на датчика за температура на вторичния въздух. Вентилаторът е центробежен вентилатор, който първоначално е използвал клапани за регулиране на обема на въздуха, но по-късно е променен на регулиране на променливата честота на оборотите за регулиране на обема на въздуха. Поради голямото количество прах и тежката околна среда на обекта, честотният преобразувател е инсталиран в контролната зала на MCC (Motor Control Center). За удобство при монтажа, честотният преобразувател е свързан към долната страна на главния контактор на вентилатора, а изходният кабел на честотния преобразувател използва захранващия кабел на двигателя на вентилатора. Захранващият кабел на двигателя на вентилатора е PVC изолиран кабел с нестоманена бронирана обвивка и е положен успоредно на сигналния кабел на измервателния уред за температура на вторичния въздух в различни мостови слоеве на един и същ кабелен канал. Вижда се, че именно защото изходният кабел на честотния преобразувател не използва бронирани кабели или не е положен през железни тръби, възникват смущения. На този урок трябва да се обърне специално внимание при проекти за обновяване, които първоначално не са използвали честотни преобразуватели.
Специално внимание трябва да се обърне и на ежедневната поддръжка на честотните преобразуватели. Някои електротехници незабавно включват честотния преобразувател за поддръжка веднага щом открият повреда и го изключват. Това е много опасно и може да доведе до токов удар. Това е така, защото дори ако честотният преобразувател не работи или захранването е прекъснато, все още може да има напрежение на входната захранваща линия, DC клемата и клемата на двигателя на честотния преобразувател поради наличието на кондензатори. След изключване на превключвателя е необходимо да се изчакат няколко минути, за да се разреди напълно честотният преобразувател, преди да се започне работа. Някои електротехници са свикнали незабавно да провеждат тестове на изолацията на двигателя, задвижван от системата за честотно задвижване, с помощта на разклащаща се маса, когато забележат изключване на системата, за да определят дали двигателят е изгорял. Това също е много опасно, тъй като лесно може да причини изгаряне на честотния преобразувател. Следователно, преди да се разкачи кабелът между двигателя и честотния преобразувател, не трябва да се извършва тест на изолацията на двигателя, нито на кабела, който вече е свързан към честотния преобразувател.