주파수 변환기 에너지 피드백 장치 공급업체들은 현대 산업 자동화 생산에서 펌프, 팬 및 기타 장비의 적용 범위가 점점 더 확대되고 있음을 상기시켜 드립니다. 이러한 장비의 전기 에너지 소비량, 배플, 밸브 및 기타 장비의 스로틀 손실, 그리고 일상적인 유지 보수 비용이 전체 비용의 약 20%를 차지합니다. 이는 상당한 생산 비용입니다. 경제 발전, 개혁 심화, 시장 경쟁 심화에 따라 에너지 절약 및 소비 감소는 제품 품질 향상 및 생산 비용 절감을 위한 중요한 수단으로 점차 자리 잡았습니다.
1. 가변 주파수 에너지 절약 기술의 기본 이론
주파수 변환 기술의 기본 원리는 전기 장비에서 사용하는 교류 주파수를 장시간 고정된 상태로 유지하는 것입니다. 주파수 변환 기술을 적용하는 것은 주파수를 자유롭게 조정하고 활용할 수 있는 자원으로 만드는 것입니다. 현재 가장 활발하고 빠르게 발전하는 가변 주파수 기술은 가변 주파수 속도 조절 기술입니다.
주파수 변환 기술은 컴퓨터 기술, 전력 전자 기술, 그리고 클릭 전송 기술을 포함합니다. 이는 기계 장비와 강약 전기를 결합한 종합적인 기술입니다. 전력 주파수 전류 신호를 다른 주파수로 변환하는 것을 말하며, 이는 주로 반도체 부품을 통해 이루어집니다. 그런 다음 교류 전류를 직류 전류로 변환하고, 인버터는 전기 기계 장비의 무단 속도 조절을 달성하면서 전류와 전압을 조절합니다. 요약하자면, 주파수 변환 기술은 전류의 주파수를 변경하여 모터의 속도를 제어함으로써 모터 장비를 효과적으로 제어하는 것입니다. 이는 모두 전류 주파수와 모터 속도가 매년 증가함에 따라 달성되었습니다. 주파수 변환 기술의 특징은 모터의 원활한 작동을 보장하고, 가감속을 자동으로 제어하며, 작업 효율을 향상시키면서 에너지 소비를 줄일 수 있다는 것입니다.
주파수 변환기의 일상적인 사용에는 직접 토크 제어와 벡터 제어가 주로 사용됩니다. 향후 주파수 변환기의 발전에는 인공 신경망과 퍼지 자기 최적화 제어 방식이 사용될 것입니다. 또한, 주파수 변환기가 지속적으로 발전함에 따라 그 포괄성은 점점 더 높아질 것입니다. 기본적인 속도 조절 기능 외에도 통신, 프로그래밍 기능, 파라미터 식별 기능 등이 내장되어 있습니다.
2. 주파수 변환기의 에너지 절약 원리
2.1 가변 주파수 에너지 절약 방법
유체 역학에 따르면 전력 = 압력 * 유량입니다. 유량과 속도는 1의 제곱에 비례하고, 압력은 속도의 제곱에 비례하며, 전력은 속도의 세제곱에 비례합니다. 워터 펌프의 효율이 고정되어 있다면 유량이 감소하면 속도는 비례적으로 감소하고 출력 전력도 세제곱의 관계로 감소합니다. 따라서 워터 펌프의 속도는 모터의 전력 소비량에 거의 비례합니다. 예를 들어 55kW 워터 펌프 모터를 원래 속도의 80%로 돌리면 전력 소비량은 28kW/h로 전력 절감률은 48%입니다. 그러나 속도를 원래 속도의 50%로 조정하면 전력 소비량은 시간당 6kW가 되어 전력 절감률은 87%에 도달합니다.
2.2 에너지 절약을 위한 역률 보상 도입
무효전력은 장비의 발열과 전선 마모 증가를 유발할 뿐만 아니라, 가장 중요한 역률 저하로 인해 전력망의 유효전력이 감소합니다. 결과적으로 전력선에서 많은 양의 무효전력이 소모되어 장비 효율 저하 및 심각한 낭비를 초래합니다. 가변 주파수 속도 조절 장치를 사용하면 주파수 변환기 내부의 필터링 커패시터로 인해 무효전력 손실이 더욱 감소하여 전력망의 유효전력이 증가합니다.
2.3 에너지 절약을 위한 소프트 스타트 방식 사용
모터가 Y/D 또는 직접 시동을 통해 시동되기 때문에 시동 전류가 정격 전류의 4~7배에 달하여 전력망 및 전기 기계 장비에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 이는 매우 높은 전력망 용량을 요구하여 시동 시 비교적 큰 전류를 발생시키고 진동 시 밸브 및 배플에 심각한 손상을 초래하여 파이프라인 및 장비의 수명에도 매우 부정적인 영향을 미칩니다. 주파수 변환기를 사용하면 주파수 변환기의 소프트 스타트 기능을 활용하여 전류를 0에서 시동할 수 있으며, 최대값은 정격 전류를 초과하지 않습니다. 따라서 전력망에 미치는 영향과 전원 공급 용량 요구 사항이 크게 줄어들고 밸브 및 장비의 수명이 크게 연장됩니다.
3. 가변주파수 에너지 절감기술 적용 사례
160kW 순환수 펌프에 가변 주파수 속도 제어기를 설치하여 가변 주파수 에너지 절약 장비를 개량한 사례를 살펴보았습니다. 개량 전후의 전력 소비량을 측정하여 매우 만족스러운 결과를 얻었습니다.
3.1 주파수 변환 전 제어 모드
순환수 펌프 운전 시, 공정 요건에 따라 유량이 변하면 펌프의 실제 유량을 변경하기 위해 펌프 출구와 입구의 개도를 조정해야 합니다. 이러한 조정 방법을 스로틀링 조정이라고 합니다. 이 예에서 출구와 입구의 밸브 개도는 약 60%입니다. 에너지 활용 측면에서 이는 매우 비경제적인 조정 방법입니다.
3.2 주파수 변환 후 제어 모드
순환수 펌프 작동 시, 공정 요건으로 인해 유량이 변하면 입구 및 출구 밸브가 모두 완전히 열립니다. 모터 속도를 조정하면 적절한 유량을 얻기 위한 새로운 작동점을 찾을 수 있습니다. 실제 상황과 현장 요구에 따라 수동 또는 자동 제어를 구현할 수 있습니다. 이 예에서는 유량을 자주 조정할 필요가 없으므로, 실제 상황과 현장 요구에 따라 모터의 실제 작동 주파수를 40Hz로 결정하고, 주로 에너지 절약을 위해 수동 제어를 채택했습니다.
4. 가변 주파수 속도 조절 시스템 사용 후 작동 변화
완벽한 소프트 스타트(Soft Start)가 구현되었습니다. 모터가 시동될 때, 입력 전원 주파수에 따라 회전자 속도가 점차 증가하여 속도가 부드럽게 증가합니다. 전체 시스템의 시동 시간은 약 20초로 설정되어 시스템에 영향을 미치지 않으며, 기존 시동 방식보다 더욱 부드럽게 작동합니다.
전력망에서 사용되는 전류 또한 크게 감소하여 전기 장비의 안전성이 향상되었습니다. 동시에 주파수가 낮아짐에 따라 모터 속도도 감소하여 기계적 마모가 줄어들고 고장 발생 가능성과 유지 보수 비용이 크게 감소합니다. 워터 펌프에 전기 에너지를 공급하는 변압기는 전력 공급 용량의 대부분을 절감했습니다. 단순히 유효 부하를 줄이는 것만으로도 약 50kW의 용량을 절감하여 장비의 이용 효율을 향상시켰습니다. 모터의 역률 또한 이에 따라 개선되어 모터 작동이 더욱 경제적입니다.
주파수 변환 기술을 사용하면 제품 품질이 향상되고, 에너지 소비가 감소하며, 에너지가 절감되고, 기업의 경제적 이익이 더욱 향상됩니다. 주파수 변환 속도 조절 기술을 적용하려면 에너지 절감을 위해 이러한 장비를 개조해야 합니다.