Sagedusmuundurite energiatagasisideseadmete tarnijad tuletavad meelde, et tänapäeva tööstuses on mootorid suure energiatarbega elektriseadmed, millel on lai valik rakendusi. Statistika kohaselt on Hiina kogu paigaldatud võimsus umbes 400 miljonit kilovatti, mille aastane elektritarbimine on umbes 600 miljardit kilovatt-tundi, mis moodustab 70–80% tööstuslikust elektritarbimisest. Hiina tugineb peamiselt väikestele ja keskmise suurusega mootoritele, moodustades umbes 80%, samas kui väikeste ja keskmise suurusega mootorite tarbitav elektrienergia moodustab 90% kogukaost. Mootorite praktilises rakendamises Hiinas on märkimisväärne erinevus võrreldes välisriikidega, kusjuures ühiku efektiivsus on 75%, mis on 10% madalam kui välisriikides; süsteemi tööefektiivsus on 30–40%, mis on 20–30% madalam rahvusvahelisest kõrgtasemest. Seetõttu on väikestel ja keskmise suurusega mootoritel Hiinas suur energiasäästupotentsiaal ning mootorite energiasäästu edendamine on hädavajalik.
Tänu lihtsale konstruktsioonile, hõlpsale valmistamisele, madalale hinnale, vastupidavusele, töökindlusele ja sobivusele karmidesse keskkondadesse on asünkroonmootoreid laialdaselt kasutatud tööstus- ja põllumajandustootmises. Eriti pumpade ja ventilaatorite lohistamiseks erinevates tööstusharudes hinnatakse kõrgelt mootorite energiasäästlikku tööd pumpade ja ventilaatorite lohistamisel.
Teaduse ja tehnoloogia kiire arenguga, eriti jõuelektroonika tehnoloogia, mikroelektroonika tehnoloogia ja automaatse juhtimistehnoloogia kõrge arengu ja rakendamisega on sagedusmuundurite energiasäästlik mõju muutunud olulisemaks. Need võimaldavad saavutada mitte ainult astmevaba kiiruse reguleerimist, vaid ka tõhusat töötamist erinevate koormuste korral, heade dünaamiliste omadustega ning suure jõudluse, suure töökindluse ja suure täpsusega automaatse juhtimise. Võrreldes teiste kiiruse reguleerimise meetoditega, nagu pinge vähendamise kiiruse reguleerimine, pooluse muutmisega kiiruse reguleerimine, libisemiskiiruse reguleerimine, vahelduvvoolu kaskaadkiiruse reguleerimine jne, on muutuva sagedusega kiiruse reguleerimisel stabiilne jõudlus, lai kiiruse reguleerimise vahemik ja kõrge efektiivsus. Kaasaegse juhtimisteooria ja jõuelektroonika tehnoloogia arenguga on vahelduvvoolu muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise tehnoloogia muutunud üha täiuslikumaks ja sellest on saanud vahelduvvoolumootori kiiruse reguleerimise trend. Muutuva sagedusega kiiruse juhtimisseadmeid (VFD) on laialdaselt kasutatud tööstuses.
Sagedusmuundurite kasutamine kiiruse reguleerimise signaali edastamiseks on kiire, juhtimissüsteemil on väike viivitus, reageerimisvõime on tundlik, reguleerimissüsteemi juhtimistäpsus on kõrge, kasutamine on mugav ning see soodustab tootmismahu parandamist, kvaliteedi tagamist ja tootmiskulude vähendamist. Seetõttu on sagedusmuundurite kasutamine populaarne toode energia säästmiseks ja tarbimise vähendamiseks tehastes ja kaevandusettevõtetes.
Muutuva sagedusega mootori energiasäästlik seade on revolutsiooniline uue põlvkonna mootorispetsiifiline juhtimistoode. See põhineb mikroprotsessori digitaalsel juhtimistehnoloogial ja reguleerib dünaamiliselt mootori tööprotsessi pinget ja voolutugevust sisseehitatud spetsiaalse energiasäästu optimeerimise juhtimistarkvara abil. Mootori kiirust muutmata tagab see, et mootori väljundmoment vastab täpselt koormusvajadusele, vältides tõhusalt mootori liigsest väljundvõimsusest tingitud elektrienergia raiskamist.
Vahelduvvoolumootorid on praegu kõige laialdasemalt kasutatavad mootorid, moodustades umbes 85% kõigist mootoritüüpidest. Nende eelisteks on lihtne konstruktsioon, madal hind ja hoolduse puudumine. Nende nõrkuseks on aga kiiruse reguleerimise raskus, mis piirab nende kasutamist paljudes rakendustes või nõuab kiiruse reguleerimiseks mehaanilisi vahendeid.
Sagedusmuunduritel on koormustüüpide osas kaks tüüpilist rakendust: 1. Konstantse pöördemomendi rakendus; 2. Muutuva pöördemomendi rakendus. Rakenduse eesmärkide osas on peamised eesmärgid: 1. Protsessi täiustamine, tagades pöörlemiskiiruse protsessi ajal, pöörlemiskiiruse erinevate koormuste korral ja täpse positsioneerimise. Tänu suurepärasele kiiruse reguleerimise jõudlusele saab seda kasutada tootlikkuse, toote kvaliteedi ja mugavuse parandamiseks, seadmete ratsionaliseerimiseks, keskkonna kohandamiseks või parandamiseks jne. 2. Energiasäästliku ümberkujundamise peamine eesmärk on saavutada olulisi tulemusi voolu või rõhu reguleerimist vajavate ventilaatorite ja pumpade kiiruse juhtimise abil.
Muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise põhimõte
Mootori koormused, näiteks ventilaatorid, veepumbad, õhukompressorid, hüdraulikaõlipumbad ja tsirkulatsioonipumbad, moodustavad ettevõtetes kasutatavatest energiat tarbivatest seadmetest valdava osa. Tehniliste piirangute tõttu on peaaegu kõik selliste koormuste vooluhulga, rõhu või õhuhulga juhtimissüsteemid ventiiliga juhitavad süsteemid, kus mootorit käitatakse nimikiirusel ja süsteem tagab konstantse vooluhulga, rõhu või õhuhulga. Kui seadme töönõuded muutuvad, reguleeritakse koormuse vooluhulka, rõhku või õhuhulka ülevoolu-, kaitseventiilide või proportsionaalsete regulaatorite abil, mis asuvad väljundotsas, et rahuldada seadme töötingimuste muutuvaid vajadusi. Pärast ülevooluventiili või proportsionaalse juhtventiili ülevoolu vabaneb suur hulk energiat ja see hajutatud energia on tegelikult osa mootori poolt elektrivõrgust neelatud energiast, põhjustades suurt elektrienergia raiskamist. Seda tüüpi koormuse tööomadustest on näha, et mootori võimsus on proportsionaalne kiiruse kuubiga ja kiirus on proportsionaalne sagedusega. Kui muudame mootori töörežiimi nii, et see ei tööta alati nimisagedusel, vaid kasutab käivitus-seiskamisjuhtimise ja reguleerimise jaoks muutuva sageduse reguleerimise juhtimissüsteemi, saab selle kiirust pidevalt reguleerida vahemikus 0–2900 r/min, st väljundvoolukiirust, rõhku või õhumahtu saab samuti pidevalt reguleerida vahemikus 0–100%, et see vastaks täpselt koormuse töövajadustele ning saavutaks energiasäästu ja tarbimise vähendamise eesmärgi.
Vahelduvvoolumootori kiirus on järgmine: n=60f(1-s)/p
Valemis: n = mootori kiirus
F = võimsussagedus
P = mootori pooluste arv
S = libisemiskiirus
Nagu võrrandist näha, on vahelduvvoolumootori sünkroonkiirus n otseselt proportsionaalne võimsussagedusega f. Seega saab võimsussageduse muutmisega muuta mootori kiirust ja saavutada kiiruse reguleerimise eesmärgi.
Muutuva sagedusega kiiruse reguleerimise põhimõte energia säästmiseks
Muutuva sagedusega kiiruse reguleerimine säästab elektrit, nagu nimigi ütleb, saab elektrit säästa ainult muutuva sagedusega kiiruse reguleerimine. Allpool on esitatud kahe tüüpilise koormusrakenduse energiasäästu põhimõtete analüüs.
(1) Konstantse pöördemomendi koormuse rakendused
Püsiv pöördemoment tähendab, et olenemata kiiruse muutustest jääb koormusmoment konstantseks.
Järgmine valem: P=K * T * N
K=koefitsient
P = võlli võimsus
T = koormusmoment
N = pöörlemiskiirus
Ülaltoodud valemist on näha, et võlli võimsus on otseselt proportsionaalne mootori kiirusega. Kui mootori kiirust vastavalt protsessi vajadustele reguleeritakse, saavutatakse loomulikult vastav energiasäästu osakaal.
(2) Muutuva pöördemomendi koormuse rakendused
Tsentrifugaalventilaatorid ja -pumbad kuuluvad tüüpiliste muutuva pöördemomendiga koormuste hulka ning nende tööomadused on järgmised: enamik neist töötab pidevalt pikka aega. Kuna koormusmoment on võrdeline kiiruse ruuduga, põhjustab kiiruse ületamine nimikiiruse mootori tõsise ülekoormuse. Seetõttu ei tööta ventilaatorid ja pumbad üldiselt nimisagedusest kõrgemal.