Birgjar orkuendurgjöfartækja fyrir tíðnibreyta minna á að í nútíma iðnaðarsjálfvirkri framleiðslu er notkunarsvið dælna, vifta og annars búnaðar sífellt að verða umfangsmeira. Rafmagnsnotkun þeirra, tap á suðuvörnum, lokum og öðrum búnaði, sem og daglegur viðhalds- og viðgerðarkostnaður, nemur næstum 20% af kostnaðinum. Þetta er umtalsverður framleiðslukostnaður. Með þróun efnahagslífsins, dýpkun umbóta og aukinni samkeppni á markaði hefur orkusparnaður og minnkun notkunar smám saman orðið mikilvæg leið til að bæta gæði vöru og lækka framleiðslukostnað.
1. Grunnkenning um orkusparandi tækni með breytilegri tíðni
Grunnreglan í tíðnibreytingartækni er sú að tíðni riðstraumsins sem rafbúnaður notar er viðhaldið í föstu ástandi í langan tíma. Notkun tíðnibreytingartækni er að gera tíðnina að auðlind sem hægt er að stilla og nýta frjálslega. Nú á dögum er virkasta og ört vaxandi breytileg tíðnitækni hraðastýringartækni breytilegrar tíðni.
Tíðnibreytingartækni felur í sér tölvutækni, rafeindatækni og smellflutningstækni. Þetta er alhliða tækni sem sameinar vélrænan búnað og sterka og veika rafmagn. Hún vísar til umbreytingar á merki aflstíðnistraums í aðrar tíðnir, aðallega með hálfleiðurum. Síðan er riðstraumurinn breytt í jafnstraum og inverterinn stjórnar straumnum og spennunni og nær þannig stiglausri hraðastillingu á rafsegulbúnaðinum. Í stuttu máli er tíðnibreytingartækni að stjórna hraða mótor með því að breyta tíðni straumsins og þannig stjórna mótorbúnaðinum á áhrifaríkan hátt. Þetta er allt gert á grundvelli árlegrar aukningar á straumtíðni og hraða mótorsins. Einkenni tíðnibreytingartækni er að hún getur tryggt slétta virkni mótorsins, stjórnað sjálfvirkri hröðun og hraðaminnkun og dregið úr orkunotkun og bætt vinnuhagkvæmni.
Í daglegri notkun tíðnibreyta eru aðallega notaðar beinar togstýringar og vigurstýringar. Í framtíðarþróun tíðnibreyta verða gervitauganet og sjálfvirkar stjórnunaraðferðir notaðar. Ennfremur, eftir því sem tíðnibreytar halda áfram að þróast, mun alhliða virkni þeirra aukast. Auk þess að uppfylla grunn hraðastýringaraðgerðir hafa þeir einnig samskipta-, forritanlegar og breytugreiningaraðgerðir sem eru stilltar innbyrðis.
2. Orkusparnaðarregla tíðnibreytis
2.1 Orkusparnaðaraðferðir með breytilegri tíðni
Samkvæmt vökvafræði er afl = þrýstingur * rennslishraði. Rennslishraði og hraði í veldi eins eru í réttu hlutfalli, þrýstingur er í réttu hlutfalli við hraðann í öðru veldi og afl er í réttu hlutfalli við hraðann í þriðja veldi. Ef skilvirkni vatnsdælunnar er föst, þá mun hraðinn minnka hlutfallslega þegar rennslishraðinn minnkar og úttaksafl mun einnig minnka í þriðja veldi. Þess vegna er hraði vatnsdælunnar nokkurn veginn í réttu hlutfalli við orkunotkun mótorsins. Til dæmis, þegar 55 kW vatnsdælumótor er snúið á 80% af upprunalegum hraða, er orkunotkun hennar 28 kW/klst, með orkusparnaði upp á 48%. En ef hraðinn er stilltur á 50% af upprunalegum hraða verður orkunotkunin 6 kílóvött á klukkustund og orkusparnaðurinn nær 87%.
2.2 Að taka upp aflsstuðulsbætur til orkusparnaðar
Launvirkni veldur ekki aðeins því að búnaður hitnar og eykur slit á vírum, heldur leiðir lækkun á aflsstuðli til lækkunar á virku afli raforkukerfisins. Þar af leiðandi er mikið magn af lausri orku notað í raflínunum, sem leiðir til minnkaðrar skilvirkni búnaðar og mikillar sóunar. Eftir notkun breytilegs tíðnihraðastýringartækis minnkar tap á lausri orku enn frekar vegna síunarþéttisins inni í tíðnibreytinum, sem eykur virkt afl raforkukerfisins.
2.3 Notkun mjúkrar ræsingaraðferðar til orkusparnaðar
Þar sem mótorinn er ræstur með Y/D eða beinni ræsingu er ræsistraumurinn fjórum til sjö sinnum hærri en málstraumurinn, sem getur haft alvarleg áhrif á raforkukerfið og rafsegulbúnað. Þar að auki krefst þetta mjög mikillar afkastagetu raforkukerfisins, sem myndar tiltölulega mikinn straum við ræsingu og veldur verulegum skemmdum á lokum og skjólveggjum við titring, sem er einnig mjög skaðlegt fyrir endingartíma leiðslna og búnaðar. Notkun tíðnibreyta nýtir mjúka ræsingarvirkni tíðnibreytisins til að ræsa strauminn frá núlli og hámarksgildið fer ekki yfir málstrauminn. Þess vegna minnka áhrif á raforkukerfið og kröfur um afkastagetu aflgjafans verulega og endingartími loka og búnaðar lengist verulega.
3. Dæmi um notkun orkusparandi tækni með breytilegri tíðni
Við notuðum uppsetningu á breytilegum hraðastýringu á 160 kW vatnsdælu sem dæmi til að endurbæta orkusparandi búnað með breytilegri tíðni. Við prófuðum rafmagnsnotkunina fyrir og eftir endurbæturnar og náðum mjög góðum árangri.
3.1 Stjórnunarhamur fyrir tíðnibreytingu
Þegar vatnsdæla með hringrás breytist vegna kröfum um flæði er nauðsynlegt að stilla opnun úttaks og inntaks dælunnar til að breyta raunverulegu flæði. Þessi stillingaraðferð kallast stilling á inngjöf. Í þessu dæmi er opnun loka úttaks og inntaks um 60%. Frá sjónarhóli orkunýtingar er þetta mjög óhagkvæm stillingaraðferð.
3.2 Stjórnunarhamur eftir tíðnibreytingu
Þegar vatnsdæla með hringrás breytist vegna kröfum um vinnslu, opnast bæði inntaks- og úttakslokinn að fullu. Með því að stilla hraða mótorsins er hægt að finna viðeigandi og nýjan rekstrarpunkt til að fá viðeigandi rennslishraða. Í samræmi við raunverulegar aðstæður og þarfir á staðnum er hægt að innleiða handvirka eða sjálfvirka stjórnun. Í þessu dæmi, þar sem ekki er þörf á að stilla rennslishraðann oft, er raunveruleg rekstrartíðni mótorsins ákvörðuð sem 40Hz út frá raunverulegum aðstæðum og þörfum á staðnum, og handvirk stjórnun er aðallega notuð til að spara orku.
4. Breytingar á notkun eftir notkun breytilegs hraðastýringarkerfis
Algjör mjúk ræsing hefur tekist. Þegar mótorinn ræsist eykst snúningshraði smám saman með tíðni inntaksaflsins, sem leiðir til jöfnrar hraðaaukningar. Ræsingartími alls kerfisins er stilltur á um 20 sekúndur, sem hefur engin áhrif á kerfið og er mýkri en upprunalega ræsingaraðferðin.
Straumurinn sem notaður er í raforkukerfinu hefur einnig verið verulega minnkaður, sem gerir notkun rafbúnaðar öruggari. Á sama tíma, þegar tíðnin lækkar, minnkar einnig hraði mótorsins, sem dregur úr vélrænu sliti og dregur verulega úr líkum á bilunum og viðhaldskostnaði. Spennirinn sem veitir raforku til vatnsdælunnar hefur sparað mest af afkastagetu aflgjafans. Með því einfaldlega að minnka virka álagið er sparað afkastageta um það bil 50 kílóvött, sem bætir nýtingu búnaðarins. Aflstuðull mótorsins er einnig samsvarandi bættur, sem gerir rekstur mótorsins hagkvæmari.
Notkun tíðnibreytingartækni hefur bætt gæði vöru, dregið úr orkunotkun, sparað orku og aukið enn frekar efnahagslegan ávinning fyrirtækja. Notkun tíðnibreytingarhraðastýringartækni krefst umbreytingar á þessum búnaði til að ná orkusparnaði.