Dodavatelé zařízení pro zpětnou vazbu energie pro frekvenční měniče připomínají, že v moderním průmyslu jsou motory typem vysoce energeticky náročných zařízení s širokou škálou použití. Podle statistik je celková instalovaná kapacita Číny přibližně 400 milionů kilowattů s roční spotřebou elektřiny přibližně 600 miliard kilowatthodin, což představuje 70–80 % průmyslové spotřeby elektřiny. Čína se spoléhá především na malé a střední motory, které tvoří přibližně 80 %, zatímco množství elektřiny spotřebované malými a středními motory představuje 90 % celkových ztrát. V praktickém použití motorů v Číně existuje ve srovnání se zahraničím značný rozdíl, s účinností jednotky 75 %, což je o 10 % méně než v zahraničí; provozní účinnost systému je 30–40 %, což je o 20–30 % méně než mezinárodní pokročilá úroveň. Proto mají malé a střední motory v Číně velký potenciál pro úsporu energie a podpora úspor energie motorů je nezbytná.
Díky své jednoduché konstrukci, snadné výrobě, nízké ceně, trvanlivosti, spolehlivému provozu a vhodnosti pro náročné prostředí se asynchronní motory široce používají v průmyslové a zemědělské výrobě. Zejména pro pohon čerpadel a ventilátorů v různých průmyslových odvětvích je energeticky úsporná práce motorů pro pohon čerpadel a ventilátorů vysoce ceněna.
S rychlým rozvojem vědy a techniky, zejména s vysokým rozvojem a aplikací výkonové elektroniky, mikroelektroniky a automatické regulace, se energeticky úsporný efekt frekvenčních měničů stal významnějším. Dokážou nejen dosáhnout plynulé regulace otáček, ale také efektivně pracovat při různém zatížení s dobrými dynamickými vlastnostmi a dosáhnout vysokého výkonu, vysoké spolehlivosti a vysoce přesné automatické regulace. Ve srovnání s jinými metodami regulace otáček, jako je regulace otáček se snížením napětí, regulace otáček se změnou pólů, regulace skluzové rychlosti, kaskádová regulace otáček střídavého proudu atd., má regulace otáček s proměnnou frekvencí stabilní výkon, široký rozsah regulace otáček a vysokou účinnost. S rozvojem moderní teorie řízení a výkonové elektroniky se technologie regulace otáček střídavého proudu s proměnnou frekvencí stává stále zdokonalenější a stala se trendem v regulaci otáček střídavých motorů. Zařízení pro regulaci otáček s proměnnou frekvencí (VFD) se v průmyslové oblasti široce používají.
Použití frekvenčních měničů pro přenos signálu regulace otáček je rychlé, řídicí systém má malé časové zpoždění, odezva je citlivá, přesnost regulace nastavovacího systému je vysoká, použití je pohodlné a vede ke zlepšení výrobního výkonu, zajištění kvality a snížení výrobních nákladů. Proto je použití frekvenčních měničů oblíbeným produktem pro úsporu energie a snížení spotřeby v továrnách a těžebních podnicích.
Zařízení pro úsporu energie motoru s proměnnou frekvencí je revoluční nová generace produktů pro specifické řízení motoru. Na základě technologie digitálního řízení mikroprocesorem dynamicky upravuje napětí a proud v provozním systému motoru pomocí vestavěného specializovaného softwaru pro optimalizaci úspory energie. Bez změny otáček motoru zajišťuje, že výstupní točivý moment motoru přesně odpovídá požadavku na zátěž, čímž se účinně zabraňuje plýtvání elektrickou energií způsobenému nadměrným výkonem motoru.
Střídavé motory jsou v současnosti nejpoužívanějšími motory a tvoří přibližně 85 % všech typů motorů. Jejich výhodou je jednoduchá konstrukce, nízká cena a nulová údržba. Jejich slabinou je však obtížná regulace otáček, což omezuje jejich použití v mnoha aplikacích nebo vyžaduje mechanické prostředky k dosažení regulace otáček.
Existují dvě typické aplikace frekvenčních měničů z hlediska typů zatížení: 1. Aplikace konstantního momentu; 2. Aplikace proměnného momentu. Z hlediska účelu použití jsou hlavními cíli: 1. Zlepšení procesu zajištěním rychlosti otáčení během procesu, rychlosti otáčení při různém zatížení a přesného polohování. Díky vynikající regulaci otáček mohou zvýšit produktivitu, zvýšit kvalitu výrobku, zlepšit komfort, racionalizovat zařízení, přizpůsobit nebo zlepšit životní prostředí atd. 2. Hlavním účelem energeticky úsporné transformace je dosažení významných výsledků řízením otáček ventilátorů a čerpadel, které vyžadují regulaci průtoku nebo tlaku.
Princip regulace otáček s proměnnou frekvencí
Motorové zátěže, jako jsou ventilátory, vodní čerpadla, vzduchové kompresory, hydraulická olejová čerpadla a oběhová čerpadla, tvoří drtivou většinu zařízení spotřebovávajících energii používaných v podnicích. Vzhledem k technickým omezením jsou téměř všechny systémy regulace průtoku, tlaku nebo objemu vzduchu pro takové zátěže systémy řízené ventily, kde je motor poháněn jmenovitou rychlostí a systém zajišťuje konstantní průtok, tlak nebo objem vzduchu. Když se změní provozní požadavky zařízení, průtok, tlak nebo objem vzduchu se upravuje přepouštěcími, pojistnými ventily nebo proporcionálními regulátory umístěnými na výstupním konci, aby se splnily měnící se potřeby provozních podmínek zařízení. Po přetečení přepouštěcího ventilu nebo proporcionálního regulačního ventilu se uvolní velké množství energie a tato rozptýlená energie je ve skutečnosti součástí energie absorbované motorem z elektrické sítě, což způsobuje velké plýtvání elektrickou energií. Z provozních charakteristik tohoto typu zátěže je patrné, že výkon motoru je úměrný třetí mocnině otáček a otáčky jsou úměrné frekvenci. Pokud změníme pracovní režim motoru tak, aby nepracoval vždy na jmenovité pracovní frekvenci, ale místo toho používal systém řízení s proměnnou frekvencí pro řízení startu a zastavení a nastavení provozu, jeho otáčky lze plynule nastavit v rozsahu 0~2900 ot./min, tj. výstupní průtok, tlak nebo objem vzduchu lze také plynule nastavit v rozsahu 0~100 %, aby se přesně přizpůsobil pracovním potřebám zátěže a dosáhl cíle úspory energie a snížení spotřeby.
Rychlost střídavého motoru je následující: n=60f (1 s)/p
Ve vzorci: n=otáčky motoru
F=frekvenční síťový výkon
P=počet pólů motoru
S=rychlost skluzu
Jak je patrné z rovnice, synchronní otáčky n střídavého motoru jsou přímo úměrné síťové frekvenci f. Změna síťové frekvence tedy může změnit otáčky motoru a dosáhnout účelu regulace otáček.
Princip regulace otáček s proměnnou frekvencí pro úsporu energie
Regulace otáček s proměnnou frekvencí šetří elektřinu. Jak název napovídá, pouze regulace otáček s proměnnou frekvencí může šetřit elektřinu. Níže je uvedena analýza principů úspory energie pro dvě typické aplikace zátěže.
(1) Aplikace s konstantním momentem zatížení
Konstantní moment zatížení znamená, že bez ohledu na změny otáček zůstává moment zatížení konstantní.
Následující vzorec: P=K * T * N
K=koeficient
P=výkon na hřídeli
T=zatěžovací moment
N=otáčky
Z výše uvedeného vzorce je patrné, že výkon na hřídeli je přímo úměrný otáčkám motoru. Když se otáčky motoru upraví podle potřeb procesu, lze přirozeně dosáhnout odpovídajícího podílu úspory energie.
(2) Aplikace s proměnným zatížením krouticím momentem
Odstředivé ventilátory a čerpadla patří k typickým zátěžím s proměnným momentem a jejich pracovní charakteristiky jsou následující: většina z nich pracuje nepřetržitě po dlouhou dobu. Protože moment zátěže je úměrný druhé mocnině otáček, jakmile otáčky překročí jmenovité otáčky, způsobí to vážné přetížení motoru. Proto ventilátory a čerpadla obecně nepracují nad jmenovitou frekvencí.