Sagedusmuunduriga energia tagasisideseadmete tarnijad tuletavad meelde, et tänapäevases tööstusautomaatika tootmises laieneb pumpade, ventilaatorite ja muude seadmete rakendusala üha. Nende elektrienergia tarbimine, deflektorite, ventiilide ja muude seadmete drosselkaod ning igapäevased hooldus- ja remondikulud moodustavad peaaegu 20% maksumusest. See on märkimisväärne tootmiskulu. Majanduse arengu, reformide süvenemise ja turukonkurentsi tihenemisega on energia säästmine ja tarbimise vähendamine järk-järgult muutunud oluliseks vahendiks toote kvaliteedi parandamiseks ja tootmiskulude vähendamiseks.
1. Muutuva sagedusega energiasäästutehnoloogia põhiteooria
Sagedusmuundamise tehnoloogia põhiprintsiip on see, et elektriseadmete kasutatava vahelduvvoolu sagedust hoitakse pikka aega fikseeritud olekus. Sagedusmuundamise tehnoloogia eesmärk on muuta sagedus ressursiks, mida saab vabalt reguleerida ja kasutada. Tänapäeval on kõige aktiivsem ja kiiremini arenev muutuva sagedusega tehnoloogia muutuva sageduse kiiruse reguleerimise tehnoloogia.
Sagedusmuundamise tehnoloogia hõlmab arvutitehnoloogiat, jõuelektroonika tehnoloogiat ja klikkide edastustehnoloogiat. See on terviklik tehnoloogia, mis ühendab mehaanilisi seadmeid ning tugevat ja nõrka elektrit. See viitab võimsussagedusvoolu signaali muundamisele teistele sagedustele, mis saavutatakse peamiselt pooljuhtkomponentide abil. Seejärel muundatakse vahelduvvool alalisvooluks ja inverter reguleerib voolu ja pinget, saavutades samal ajal elektromehaaniliste seadmete astmevaba kiiruse reguleerimise. Kokkuvõttes on sagedusmuundamise tehnoloogia eesmärk juhtida mootori kiirust voolu sageduse muutmise teel, juhtides seeläbi tõhusalt mootoriseadmeid. Kõik see saavutatakse voolu sageduse ja mootori kiiruse aasta-aastase suurenemise kaudu. Sagedusmuundamise tehnoloogia eripäraks on see, et see suudab tagada mootori sujuva töö, juhtida automaatselt kiirendust ja aeglustust ning vähendada energiatarbimist, parandades samal ajal töö efektiivsust.
Sagedusmuundurite igapäevases kasutuses kasutatakse peamiselt otsest pöördemomendi juhtimist ja vektorjuhtimist. Sagedusmuundurite edasises arendamises hakatakse kasutama tehisnärvivõrke ja hägusaid iseoptimeerimise juhtimismeetodeid. Lisaks muutub sagedusmuundurite edasise arenguga nende ulatus üha suuremaks. Lisaks põhilistele kiiruse reguleerimise funktsioonidele on neil ka sisemiselt seadistatud kommunikatsiooni-, programmeerimis- ja parameetrite tuvastamise funktsioonid.
2. Sagedusmuunduri energiasäästu põhimõte
2.1 Muutuva sagedusega energiasäästumeetodid
Hüdromehaanika kohaselt on võimsus = rõhk * voolukiirus. Voolukiirus ja kiirus on proportsionaalsed ühe astmes, rõhk on proportsionaalne kiiruse ruuduga ja võimsus on proportsionaalne kiiruse kuubiga. Kui veepumba efektiivsus on fikseeritud, siis voolukiiruse vähenedes väheneb ka kiirus proportsionaalselt ja väljundvõimsus väheneb samuti kuupsuhtes. Seega on veepumba kiirus ligikaudu proportsionaalne mootori energiatarbega. Näiteks kui 55 kW veepumba mootor lülitatakse 80%-ni algsest kiirusest, on selle energiatarve 28 kW/h ja energiasääst on 48%. Kui aga kiirust reguleeritakse 50%-ni algsest kiirusest, on energiatarve 6 kilovatti tunnis ja energiasääst on 87%.
2.2 Võimsusteguri kompenseerimise rakendamine energia säästmiseks
Reaktiivvõimsus mitte ainult ei põhjusta seadmete kuumenemist ja juhtmete kulumise suurenemist, vaid mis kõige tähtsam, võimsusteguri vähenemine viib elektrivõrgu aktiivvõimsuse vähenemiseni. Selle tulemusel tarbitakse elektriliinides suures koguses reaktiivenergiat, mis viib seadmete efektiivsuse vähenemiseni ja tõsise raiskamiseni. Pärast muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise seadme kasutamist väheneb reaktiivvõimsuse kadu veelgi sagedusmuunduri sees oleva filtreerimiskondensaatori tõttu, mis suurendab elektrivõrgu aktiivvõimsust.
2.3 Pehme käivituse meetodi kasutamine energia säästmiseks
Kuna mootorit käivitatakse Y/D ehk otsekäivituse kaudu, on käivitusvool neli kuni seitse korda suurem nimivoolust, mis võib tõsiselt mõjutada elektrivõrku ja elektromehaanilisi seadmeid. Lisaks nõuab see elektrivõrgult väga suurt mahtuvust, tekitades käivitamisel suhteliselt suure voolu ning kahjustades vibratsiooni ajal ventiile ja deflektoreid märkimisväärselt, mis omakorda mõjutab oluliselt torujuhtmete ja seadmete kasutusiga. Sagedusmuundurite kasutamisel kasutatakse sagedusmuunduri pehme käivituse funktsiooni, et käivitada vool nullist ja maksimaalne väärtus ei ületa nimivoolu. Seega väheneb oluliselt mõju elektrivõrgule ja toitevõimsuse nõuded ning ventiilide ja seadmete kasutusiga pikeneb oluliselt.
3. Muutuva sagedusega energiasäästutehnoloogia rakendusnäited
Muutuva sagedusega energiasäästliku seadme moderniseerimiseks kasutasime näitena 160 kW tsirkulatsiooniveepumbale muudetava sagedusega kiiruse regulaatori paigaldamist. Testisime elektritarbimist enne ja pärast moderniseerimist ning saavutasime väga rahuldavaid tulemusi.
3.1 Juhtimisrežiim enne sagedusmuundamise transformatsiooni
Tsirkulatsioonipumba töötamisel, kui voolukiirus protsessi nõuete tõttu muutub, on vaja reguleerida pumba väljalaske- ja sisselaskeava ava, et muuta pumba tegelikku voolukiirust. Seda reguleerimismeetodit nimetatakse drosselreguleerimiseks. Selles näites on väljalaske- ja sisselaskeava klapi ava umbes 60%. Energiatarbimise seisukohast on see väga ebaökonoomne reguleerimismeetod.
3.2 Juhtimisrežiim pärast sagedusmuundamise transformatsiooni
Tsirkulatsioonipumba töötamisel, kui voolukiirus protsessi nõuete tõttu muutub, avatakse nii sisse- kui ka väljalaskeventiil täielikult. Mootori kiiruse reguleerimisega saab leida sobiva ja uue tööpunkti, et saavutada sobiv voolukiirus. Vastavalt tegelikule olukorrale ja kohapealsetele vajadustele saab rakendada käsitsi või automaatset juhtimist. Selles näites, kuna voolukiirust ei ole vaja sageli reguleerida, määratakse mootori tegelikuks töösageduseks 40 Hz, lähtudes tegelikust olukorrast ja kohapealsetest vajadustest, ning käsitsi juhtimist kasutatakse peamiselt energia säästmiseks.
4. Muutused töös pärast muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise süsteemi kasutamist
Täielik pehme käivitus on saavutatud. Kui mootor käivitub, suureneb rootori kiirus järk-järgult koos sisendtoiteallika sagedusega, mille tulemuseks on sujuv kiiruse kasv. Kogu süsteemi käivitusaeg on seatud umbes 20 sekundile, mis ei mõjuta süsteemi ja on sujuvam kui algne käivitusmeetod.
Samuti on oluliselt vähendatud elektrivõrgus kasutatavat voolu, mis muudab elektriseadmete kasutamise ohutumaks. Samal ajal väheneb sageduse langedes ka mootori kiirus, mis vähendab mehaanilist kulumist ning vähendab oluliselt rikete tõenäosust ja hoolduskulusid. Veepumba elektrienergiat varustav trafo on säästnud suurema osa toiteallika võimsusest. Ainult aktiivkoormuse vähendamisega on säästetud võimsus umbes 50 kilovatti, mis parandab seadmete kasutustõhusust. Vastavalt paraneb ka mootori võimsustegur, mis muudab mootori töö ökonoomsemaks.
Sagedusmuundamise tehnoloogia kasutamine on parandanud toote kvaliteeti, vähendanud energiatarbimist, säästnud energiat ja suurendanud ettevõtete majanduslikku kasu. Sagedusmuundamise kiiruse reguleerimise tehnoloogia rakendamine nõuab nende seadmete ümberkujundamist energia säästmiseks.