Hvis to identiske motorer arbejder ved en netfrekvens på 50 Hz, den ene bruger en frekvensomformer, og den anden ikke gør, og både hastighed og drejningsmoment er på motorens nominelle tilstand, kan frekvensomformeren så spare strøm? Hvor meget kan der spares?
Svar: I dette tilfælde kan frekvensomformeren kun forbedre effektfaktoren og kan ikke spare strøm.
1. Frekvensomdannelse kan ikke spare strøm alle steder, og der er mange tilfælde, hvor frekvensomdannelse ikke nødvendigvis sparer strøm.
2. Som et elektronisk kredsløb forbruger frekvensomformeren også strøm (ca. 2-5% af den nominelle effekt)
3. Det er en kendsgerning, at frekvensomformere opererer ved netfrekvensen og har energibesparende funktioner. Men forudsætningen er:
For det første har selve enheden en energibesparende funktion (softwareunderstøttelse), som matcher kravene i hele systemet eller processen;
For det andet, langvarig kontinuerlig drift.
Desuden er det ligegyldigt, om det sparer strøm eller ej, det er meningsløst. Hvis det siges, at frekvensomformeren fungerer energibesparende uden forudsætninger, er det en overdrivelse eller kommerciel spekulation. Når du kender hele historien, vil du smart bruge den til at tjene dig. Sørg for at være opmærksom på brugssituationen og -forholdene for at anvende den korrekt, ellers vil du være blindt afhængig, let troende og blive bedraget.
Vi har ofte følgende misforståelser, når vi bruger frekvensomformere:
Misforståelse 1: Brug af en frekvensomformer kan spare strøm
Noget litteratur hævder, at frekvensomformere er energibesparende styreprodukter, hvilket giver indtryk af, at brugen af frekvensomformere kan spare strøm.
Faktisk er grunden til, at frekvensomformere kan spare strøm, at de kan regulere hastigheden på elektriske motorer. Hvis frekvensomformere er energibesparende styringsprodukter, kan alt hastighedsstyringsudstyr også betragtes som energibesparende styringsprodukter. Frekvensomformeren er bare en smule mere effektiv og har en lidt højere effektfaktor end andre hastighedsstyringsenheder.
Om en frekvensomformer kan opnå energibesparelser, bestemmes af belastningens hastighedsreguleringskarakteristika. For belastninger som centrifugalventilatorer og centrifugalpumper er momentet proportionalt med kvadratet af hastigheden, og effekten er proportional med hastighedens tredje grad. Så længe den oprindelige ventilstyringsflow anvendes, og den ikke kører ved fuld belastning, kan der opnås energibesparelser ved at skifte til hastighedsregulering. Når hastigheden falder til 80 % af den oprindelige, er effekten kun 51,2 % af den oprindelige. Det kan ses, at anvendelsen af frekvensomformere i sådanne belastninger har den mest betydelige energibesparende effekt. For belastninger som Roots-blæsere er momentet uafhængigt af hastigheden, dvs. konstant momentbelastning. Hvis den oprindelige metode med at bruge en udluftningsventil til at frigive overskydende luftmængde for at justere luftmængden ændres til hastighedsregulering, kan der også opnås energibesparelser. Når hastigheden falder til 80 % af den oprindelige værdi, når effekten 80 % af den oprindelige værdi. Den energibesparende effekt er meget mindre end for applikationer i centrifugalventilatorer og centrifugalpumper. For belastninger med konstant effekt er effekten uafhængig af hastigheden. En konstant effektbelastning i et cementanlæg, såsom en blandebåndvægt, sænker båndhastigheden, når materialelaget er tykt under visse strømningsforhold. Når materialelaget er tyndt, øges båndhastigheden. Anvendelsen af frekvensomformere i sådanne belastninger kan ikke spare strøm.
Sammenlignet med DC-hastighedsstyringssystemer har DC-motorer en højere effektivitet og effektfaktor end AC-motorer. Effektiviteten af digitale DC-hastighedsregulatorer er sammenlignelig med frekvensomformeres og endda en smule højere end frekvensomformeres. Det er derfor forkert at påstå, at brugen af AC-asynkronmotorer og frekvensomformere sparer mere strøm end brugen af DC-motorer og DC-regulatorer, både teoretisk og praktisk.
Misforståelse 2: Kapacitetsvalget for frekvensomformeren er baseret på motorens nominelle effekt.
Sammenlignet med elmotorer er prisen på frekvensomformere relativt høj, så det er meget meningsfuldt at reducere frekvensomformernes kapacitet på en rimelig måde, samtidig med at man sikrer sikker og pålidelig drift.
Effekten af en frekvensomformer refererer til effekten af den 4-polede AC asynkronmotor, som den er egnet til.
På grund af det forskellige antal poler på motorer med samme kapacitet varierer motorens nominelle strøm. Efterhånden som antallet af poler i motoren stiger, øges motorens nominelle strøm også. Kapacitetsvalget for frekvensomformeren kan ikke baseres på motorens nominelle effekt. Samtidig kan kapacitetsvalget for frekvensomformere ikke baseres på motorens nominelle strøm for renoveringsprojekter, der oprindeligt ikke brugte frekvensomformere. Dette skyldes, at kapacitetsvalget for elmotoren bør tage hensyn til faktorer som maksimal belastning, overskudskoefficient og motorspecifikationer. Ofte er overskuddet stort, og industrimotorer kører ofte ved 50% til 60% af den nominelle belastning. Hvis frekvensomformerens kapacitet vælges baseret på motorens nominelle strøm, er der for meget margin tilbage, hvilket resulterer i økonomisk spild, og pålideligheden forbedres ikke som følge heraf.
For kortslutningsmotorer bør frekvensomformerens kapacitetsvalg baseres på princippet om, at frekvensomformerens nominelle strøm er større end eller lig med 1,1 gange motorens maksimale normale driftsstrøm, hvilket kan maksimere omkostningsbesparelserne. Under forhold som start med høj belastning, miljø med høj temperatur, viklede motorer, synkronmotorer osv. bør frekvensomformerens kapacitet øges tilsvarende.
For designs, der bruger frekvensomformere fra starten, er det forståeligt at vælge frekvensomformerens kapacitet baseret på motorens nominelle strøm. Dette skyldes, at frekvensomformerens kapacitet ikke kan vælges ud fra de faktiske driftsforhold på nuværende tidspunkt. For at reducere investeringen kan frekvensomformerens kapacitet naturligvis i nogle tilfælde være usikker først, og efter at udstyret har kørt i et stykke tid, kan den vælges ud fra den faktiske strøm.
I det sekundære malesystem i en cementmølle med en diameter på 2,4 m × 13 m i en bestemt cementvirksomhed i Indre Mongoliet er der en indenlandsk produceret N-1500 O-Sepa højeffektiv pulvervælger, udstyret med en elektrisk motormodel Y2-315M-4 med en effekt på 132 kW. Imidlertid er der valgt FRN160-P9S-4E frekvensomformer, som er egnet til 4-polede motorer med en effekt på 160 kW. Efter idriftsættelse er den maksimale driftsfrekvens 48 Hz, og strømmen er kun 180 A, hvilket er mindre end 70 % af motorens nominelle strøm. Selve motoren har en betydelig overkapacitet. Og frekvensomformerens specifikationer er et niveau højere end drivmotorens, hvilket forårsager unødvendigt spild og ikke forbedrer pålideligheden.
Fødesystemet i kalkknuser nr. 3 på Anhui Chaohu cementfabrik anvender en 1500 × 12000 pladeføder, og drivmotoren bruger en Y225M-4 AC-motor med en nominel effekt på 45 kW og en nominel strøm på 84,6 A. Før frekvensomformningens hastighedsreguleringstransformation blev det gennem test konstateret, at når pladeføderen driver motoren normalt, er den gennemsnitlige trefasestrøm kun 30 A, hvilket kun er 35,5 % af motorens nominelle strøm. For at spare investering blev ACS601-0060-3 frekvensomformer valgt, som har en nominel udgangsstrøm på 76 A og er egnet til 4-polede motorer med en effekt på 37 kW, hvilket opnår god ydeevne.
Disse to eksempler illustrerer, at for renoveringsprojekter, der oprindeligt ikke anvendte frekvensomformere, kan valg af frekvensomformerens kapacitet baseret på faktiske driftsforhold reducere investeringen betydeligt.
Misforståelse 3: Generalmotorer kan kun køre ved reduceret hastighed ved hjælp af frekvensomformere under deres nominelle transmissionshastighed.
Den klassiske teori hævder, at den øvre grænse for frekvensen for en universalmotor er 55 Hz. Dette skyldes, at når motorhastigheden skal justeres over den nominelle hastighed for drift, vil statorfrekvensen stige over den nominelle frekvens (50 Hz). På dette tidspunkt, hvis princippet om konstant moment stadig følges til styring, vil statorspændingen stige ud over den nominelle spænding. Så når hastighedsområdet er højere end den nominelle hastighed, skal statorspændingen holdes konstant ved den nominelle spænding. På dette tidspunkt, når hastigheden/frekvensen stiger, vil den magnetiske flux falde, hvilket resulterer i et fald i momentet ved den samme statorstrøm, blødgøring af de mekaniske egenskaber og en betydelig reduktion af motorens overbelastningskapacitet.
Ud fra dette kan det ses, at den øvre grænse for frekvensen for en universalmotor er 55 Hz, hvilket er en forudsætning:
1. Statorspændingen må ikke overstige den nominelle spænding;
2. Motoren kører med nominel effekt;
3. Konstant momentbelastning.
I ovenstående situation har teori og eksperimenter vist, at hvis frekvensen overstiger 55 Hz, vil motorens drejningsmoment falde, de mekaniske egenskaber vil blive blødere, overbelastningskapaciteten vil falde, jernforbruget vil stige hurtigt, og opvarmningen vil være alvorlig.
Forfatteren mener, at de faktiske driftsforhold for elektriske motorer indikerer, at universalmotorer kan accelereres ved hjælp af frekvensomformere. Kan variabel frekvenshastighed øges? Hvor meget kan den øges? Det bestemmes hovedsageligt af den belastning, som elmotoren trækker. For det første er det nødvendigt at bestemme, hvad belastningshastigheden er? For det andet er det nødvendigt at forstå belastningskarakteristikaene og foretage beregninger baseret på belastningens specifikke situation. En kort analyse er som følger:
1. Faktisk er det muligt at bruge en 380V universalmotor i lang tid, når statorspændingen overstiger 10% af nominel spænding, uden at det påvirker motorens isolering og levetid. Statorspændingen stiger, drejningsmomentet øges betydeligt, statorstrømmen falder, og viklingstemperaturen falder.
2. Elmotorens belastningshastighed er normalt 50% til 60%
Generelt kører industrimotorer med 50% til 60% af deres nominelle effekt. Ved beregning falder statorstrømmen med 26,4%, når motorens udgangseffekt er 70% af den nominelle effekt, og statorspændingen stiger med 7%. På dette tidspunkt, selv med konstant momentstyring og brug af en frekvensomformer til at øge motorhastigheden med 20%, stiger statorstrømmen ikke kun ikke, men falder også. Selvom motorens jerntab stiger kraftigt efter frekvensstigning, er den genererede varme ubetydelig sammenlignet med den varme, der reduceres ved faldet i statorstrømmen. Derfor vil temperaturen på motorviklingen også falde betydeligt.
3. Der er forskellige belastningskarakteristika
Det elektriske motordrevsystem betjener belastningen, og forskellige belastninger har forskellige mekaniske egenskaber. Elektriske motorer skal opfylde kravene til belastningens mekaniske egenskaber efter acceleration. Ifølge beregninger er den maksimalt tilladte driftsfrekvens (fmax) for konstante momentbelastninger ved forskellige belastningshastigheder (k) omvendt proportional med belastningshastigheden, dvs. fmax = fe/k, hvor fe er den nominelle effektfrekvens. For konstante effektbelastninger er den maksimalt tilladte driftsfrekvens for General Motors hovedsageligt begrænset af motorrotorens og akslens mekaniske styrke. Forfatteren mener, at det generelt er tilrådeligt at begrænse den til inden for 100 Hz.
Eksempel på anvendelse:
Kædetransportøren på en bestemt fabrik har en konstant momentbelastning, og på grund af stigningen i produktionen skal motorhastigheden øges med 20%. Motormodellen er Y180L-6 med en nominel effekt på 15 kW, en nominel spænding på 380 V, en nominel strøm på 31,6 A, en nominel hastighed på 980 o/min, en virkningsgrad på 89,5%, en effektfaktor på 0,81, en driftsstrøm på 18-20 A, en maksimal driftseffekt på 7,5 kW under normale forhold og en belastningshastighed på 50%. Efter installation af CIMR-G5A4015 frekvensomformeren er driftsfrekvensen 60 Hz, hastigheden øges med 20%, frekvensomformerens maksimale udgangsspænding indstilles til 410 V, motorens driftsstrøm er 12-15 A, hvilket falder med ca. 30%, og temperaturen på motorviklingen falder betydeligt.
Misforståelse 4: Ignorering af frekvensomformeres iboende egenskaber
Fejlfindingsarbejdet på frekvensomformeren udføres normalt af distributøren, og der vil ikke være nogen problemer. Installationen af en frekvensomformer er relativt enkel og udføres normalt af brugeren. Nogle brugere læser ikke brugermanualen til frekvensomformeren omhyggeligt, følger ikke nøje de tekniske krav til konstruktionen, ignorerer selve frekvensomformerens egenskaber, sidestiller den med generelle elektriske komponenter og handler ud fra antagelser og erfaring, hvilket lægger skjulte farer for fejl og ulykker.
Ifølge brugermanualen til frekvensomformeren skal kablet, der er tilsluttet motoren, være et afskærmet kabel eller et armeret kabel, helst lagt i et metalrør. Enderne af det afskårne kabel skal være så pæne som muligt, de uafskærmede segmenter skal være så korte som muligt, og kabellængden må ikke overstige en vis afstand (normalt 50 m). Når ledningsafstanden mellem frekvensomformeren og motoren er lang, vil den høje harmoniske lækstrøm fra kablet have negative virkninger på frekvensomformeren og det omgivende udstyr. Jordledningen, der returneres fra motoren, som styres af frekvensomformeren, skal tilsluttes direkte til den tilsvarende jordterminal på frekvensomformeren. Frekvensomformerens jordledning bør ikke deles med svejsemaskiner og strømforsyningsudstyr og skal være så kort som muligt. På grund af den lækstrøm, der genereres af frekvensomformeren, vil potentialet for jordterminalen være ustabilt, hvis den er for langt fra jordpunktet. Det minimale tværsnitsareal af frekvensomformerens jordledning skal være større end eller lig med tværsnitsarealet af strømforsyningskablet. For at forhindre fejlfunktion forårsaget af interferens, skal styrekabler bruge snoede, afskærmede ledninger eller dobbelttrådet, afskærmede ledninger. Samtidig skal man være forsigtig med ikke at berøre det afskærmede netværkskabel med andre signalledninger og udstyrskabinetter, og pakke det ind i isoleringstape. For at undgå støjpåvirkning bør styrekablets længde ikke overstige 50 m. Styrekablet og motorkablet skal lægges separat i separate kabelbakker og holdes så langt væk som muligt. Når de to skal krydses, skal de krydses lodret. Læg dem aldrig i samme rørledning eller kabelbakke. Nogle brugere har dog ikke nøje fulgt ovenstående krav ved lægning af kabler, hvilket resulterer i, at udstyret kører normalt under individuel fejlfinding, men forårsager alvorlig interferens under normal produktion, hvilket gør det ude af stand til at fungere.
Hvis sekundærlufttemperaturmåleren på en cementfabrik pludselig viser unormale aflæsninger: den angivne værdi er betydeligt lav og svinger meget. Den har kørt rigtig godt før dette. Termoelementer, temperaturtransmittere og sekundære instrumenter er blevet kontrolleret, men der blev ikke fundet nogen problemer. Hvad er relevante? Da instrumentet blev flyttet til et andet målepunkt, fungerede det helt normalt. Men da lignende instrumenter fra andre målepunkter blev udskiftet her, opstod det samme fænomen. Senere blev det opdaget, at en ny frekvensomformer var blevet installeret på motoren til køleventilator nr. 3 i ristkøleren, og det var først efter at frekvensomformeren blev taget i brug, at sekundærlufttemperaturmåleren viste unormale aflæsninger. Stop frekvensomformeren, og gendan straks sekundærlufttemperaturmåleren til normal; Ved genstart af frekvensomformeren viste sekundærlufttemperaturmåleren unormale aflæsninger igen. Efter gentagen testning flere gange blev det fastslået, at interferensen fra frekvensomformeren var den direkte årsag til den unormale visning på sekundærlufttemperaturmåleren. Ventilatoren er en centrifugalventilator, der oprindeligt brugte ventiler til at justere luftmængden, men senere skiftede til variabel frekvenshastighedsregulering for at justere luftmængden. På grund af den store mængde støv og det barske miljø på stedet er frekvensomformeren installeret i MCC (Motor Control Center) kontrolrummet. For at lette konstruktionen er frekvensomformeren tilsluttet undersiden af ventilatorens hovedkontaktor, og frekvensomformerens udgangskabl bruger ventilatormotorens strømkabel. Ventilatormotorens strømkabel er et PVC-isoleret, ikke-stålforstærket, armeret kappekabel og er lagt parallelt med sekundærlufttemperaturmålerens signalkabel i forskellige brolag i den samme kabelgrav. Det kan ses, at det netop er fordi frekvensomformerens udgangskabl ikke bruger armerede kabler eller lægges gennem jernrør, at der opstår interferensfænomener. Denne lektion bør lægges særlig vægt på renoveringsprojekter, der oprindeligt ikke brugte frekvensomformere.
Der skal også udvises særlig omhu ved den daglige vedligeholdelse af frekvensomformere. Nogle elektrikere tænder straks frekvensomformeren for vedligeholdelse, så snart de registrerer en fejl og udløser den. Dette er meget farligt og kan resultere i ulykker med elektrisk stød. Dette skyldes, at selvom frekvensomformeren ikke er i drift, eller strømforsyningen er afbrudt, kan der stadig være spænding på strømforsyningsledningen, DC-terminalen og motorterminalen på frekvensomformeren på grund af tilstedeværelsen af kondensatorer. Efter afbrydelse af kontakten er det nødvendigt at vente et par minutter på, at frekvensomformeren aflades helt, før arbejdet påbegyndes. Nogle elektrikere er vant til straks at udføre isolationstest på motoren, der drives af frekvensomformersystemet, ved hjælp af et rystebord, når de bemærker, at systemet udløser, for at afgøre, om motoren er brændt ud. Dette er også meget farligt, da det let kan forårsage, at frekvensomformeren brænder. Derfor må der ikke udføres isolationstest på motoren eller på det kabel, der allerede er tilsluttet frekvensomformeren, før kablet mellem motoren og frekvensomformeren frakobles.