A frekvenciaváltók energia-visszacsatoló eszközeinek szállítói emlékeztetnek arra, hogy a modern iparban a motorok nagy energiafogyasztású erőművek, széleskörű alkalmazási lehetőségekkel. A statisztikák szerint Kína teljes beépített kapacitása körülbelül 400 millió kilowatt, éves villamosenergia-fogyasztása pedig körülbelül 600 milliárd kilowattóra, ami az ipari villamosenergia-fogyasztás 70-80%-át teszi ki. Kína főként kis- és közepes méretű motorokra támaszkodik, amelyek körülbelül 80%-ot tesznek ki, míg a kis- és közepes méretű motorok által fogyasztott villamos energia mennyisége a teljes veszteség 90%-át teszi ki. A motorok gyakorlati alkalmazásában Kínában jelentős a különbség a külföldi országokhoz képest, az egységnyi hatásfok 75%, ami 10%-kal alacsonyabb, mint a külföldi országokban; a rendszer üzemi hatásfoka 30-40%, ami 20-30%-kal alacsonyabb, mint a nemzetközi haladó szint. Ezért a kis- és közepes méretű motorok Kínában nagy energiamegtakarítási potenciállal rendelkeznek, és a motorok energiatakarékosságának előmozdítása elengedhetetlen.
Egyszerű szerkezetük, könnyű gyárthatóságuk, alacsony áruk, tartósságuk, megbízható működésük és a zord környezeti feltételeknek való alkalmasságuk miatt az aszinkronmotorokat széles körben alkalmazzák az ipari és mezőgazdasági termelésben. Különösen a különböző iparágakban a szivattyúk és ventilátorok vontatásához használt motorok energiatakarékos munkáját nagyra értékelik.
A tudomány és a technológia gyors fejlődésével, különösen az erősáramú elektronikai technológia, a mikroelektronikai technológia és az automatikus vezérléstechnika magas szintű fejlesztésével és alkalmazásával a frekvenciaváltók energiatakarékos hatása jelentősebbé vált. Nemcsak fokozatmentes sebességszabályozást tesz lehetővé, hanem hatékonyan működik különböző terhelések mellett is, jó dinamikus jellemzőkkel, és nagy teljesítményt, nagy megbízhatóságot és nagy pontosságú automatikus vezérlést biztosít. Más sebességszabályozási módszerekhez, mint például a feszültségcsökkentéses sebességszabályozás, a pólusváltásos sebességszabályozás, a csúszási sebességszabályozás, az AC kaszkád sebességszabályozás stb., képest a változó frekvenciájú sebességszabályozás stabil teljesítményt, széles sebességszabályozási tartományt és nagy hatásfokot mutat. A modern vezérléselmélet és az erősáramú elektronikai technológia fejlődésével az AC változó frekvenciájú sebességszabályozási technológia egyre tökéletesebbé válik, és a váltakozó áramú motorok sebességszabályozásának trendjévé vált. A változó frekvenciájú sebességszabályozó eszközöket (VFD) széles körben használják az ipari területen.
A frekvenciaváltók használata a sebességszabályozó jelátvitelhez gyors, a vezérlőrendszer kis késleltetésű, a válasz érzékeny, a beállító rendszer szabályozási pontossága magas, a használat kényelmes, és elősegíti a termelési teljesítmény javítását, a minőség biztosítását és a termelési költségek csökkentését. Ezért a frekvenciaváltók használata népszerű termék az energiatakarékosság és a fogyasztás csökkentése érdekében a gyárakban és a bányászati vállalatokban.
A változtatható frekvenciájú motor energiatakarékos eszköze egy forradalmian új generációs motorspecifikus vezérlőtermék. A mikroprocesszoros digitális vezérlőtechnológián alapul, és dinamikusan állítja be a feszültséget és az áramot a motor működési technológiájában a beépített energiatakarékos optimalizáló vezérlőszoftver segítségével. A motor fordulatszámának változtatása nélkül biztosítja, hogy a motor kimeneti nyomatéka pontosan megfeleljen a terhelési igénynek, hatékonyan elkerülve a motor túlzott teljesítménye által okozott elektromos energia pazarlását.
A váltakozó áramú motorok jelenleg a legelterjedtebb motorok, az összes motortípus körülbelül 85%-át teszik ki. Előnyük az egyszerű szerkezet, az alacsony költség és a karbantartásmentesség. Gyengeségük azonban a sebességszabályozás nehézsége, ami számos alkalmazásban korlátozza használatukat, vagy mechanikus eszközöket igényel a sebességszabályozás eléréséhez.
A frekvenciaváltóknak két tipikus alkalmazási módja van a terheléstípusok tekintetében: 1. Állandó nyomatékú alkalmazás; 2. Változó nyomatékú alkalmazás. Az alkalmazási célokat tekintve a fő célok a következők: 1. A folyamat javítása, a forgási sebesség biztosítása a folyamat során, a forgási sebesség különböző terhelések mellett, valamint a pontos pozicionálás. Kiváló sebességszabályozási teljesítményével javíthatja a termelékenységet, javíthatja a termékminőséget, javíthatja a kényelmet, racionalizálhatja a berendezéseket, adaptálhatja vagy javíthatja a környezetet stb. 2. Az energiatakarékos átalakítás fő célja, hogy jelentős eredményeket érjen el az áramlás- vagy nyomásszabályozást igénylő ventilátorok és szivattyúk sebességének szabályozásával.
A változtatható frekvenciájú sebességszabályozás elve
A motoros terhelések, mint például a ventilátorok, vízszivattyúk, légkompresszorok, hidraulikaolaj-szivattyúk és keringető szivattyúk teszik ki a vállalatoknál használt energiafogyasztó berendezések túlnyomó többségét. Technikai korlátok miatt az ilyen terhelések áramlás-, nyomás- vagy légmennyiség-szabályozó rendszerei szinte mindegyike szelepvezérelt rendszer, ahol a motor névleges fordulatszámon működik, és a rendszer állandó áramlást, nyomást vagy légmennyiséget biztosít. Amikor a berendezés üzemi követelményei megváltoznak, a terhelés áramlását, nyomását vagy légmennyiségét túlfolyó, biztonsági szelepek vagy a kimeneti végén elhelyezett arányos szabályozók állítják be, hogy megfeleljenek a berendezés üzemi körülményeinek változó igényeinek. A túlfolyószelep vagy az arányos szabályozószelep túlcsordulása után nagy mennyiségű energia szabadul fel, és ez a disszipált energia valójában a motor által az elektromos hálózatból elnyelt energia része, ami nagy elektromos energiapazarlást okoz. Az ilyen típusú terhelés üzemi jellemzőiből látható, hogy a motor teljesítménye arányos a sebesség kockájával, a sebesség pedig a frekvenciával. Ha a motor üzemmódját úgy változtatjuk meg, hogy ne mindig a névleges üzemi frekvencián működjön, hanem ehelyett egy változtatható frekvenciaszabályozó rendszert használunk az indítás/leállítás vezérléséhez és a beállításhoz, akkor a sebessége folyamatosan állítható lehet 0~2900r/perc tartományban, azaz a kimeneti áramlási sebesség, nyomás vagy légmennyiség is folyamatosan állítható lehet 0~100% tartományban, hogy pontosan illeszkedjen a terhelés üzemi igényeihez, és elérje az energiatakarékosság és a fogyasztáscsökkentés célját.
A váltakozó áramú motor fordulatszáma a következő: n=60f(1-s)/p
A képletben: n = motorfordulatszám
F = teljesítményfrekvencia
P = a motor pólusainak száma
S = csúszási sebesség
Amint az az egyenletből látható, egy váltakozó áramú motor szinkronsebessége n egyenesen arányos a teljesítményfrekvenciával f. Ezért a teljesítményfrekvencia változtatásával megváltoztatható a motor fordulatszáma, és elérhető a sebességszabályozás célja.
A változtatható frekvenciájú sebességszabályozás elve az energiamegtakarítás érdekében
A változtatható frekvenciájú fordulatszám-szabályozás áramot takarít meg, ahogy a neve is sugallja, csak a változtatható frekvenciájú fordulatszám-szabályozás képes áramot megtakarítani. Az alábbiakban két tipikus terhelési alkalmazás energiatakarékossági elveinek elemzését láthatjuk.
(1) Állandó nyomatékú terheléses alkalmazások
Az állandó nyomatékú terhelés azt jelenti, hogy a sebességváltozástól függetlenül a terhelési nyomaték állandó marad.
A következő képlet: P=K * T * N
K=együttható
P = tengelyteljesítmény
T = terhelési nyomaték
N = forgási sebesség
A fenti képletből látható, hogy a tengelyteljesítmény egyenesen arányos a motor fordulatszámával. Amikor a motor fordulatszámát a folyamat igényeinek megfelelően állítjuk be, természetes módon elérhető a megfelelő energiamegtakarítás.
(2) Változó nyomatékú terheléses alkalmazások
A centrifugális ventilátorok és szivattyúk tipikusan változó nyomatékú terhelésűek, és működési jellemzőik a következők: legtöbbjük hosszú ideig folyamatosan működik. Mivel a terhelési nyomaték a sebesség négyzetével arányos, ha a sebesség meghaladja a névleges fordulatszámot, az a motor súlyos túlterhelését okozza. Ezért a ventilátorok és szivattyúk általában nem működnek a névleges frekvencia felett.