두 대의 동일한 모터가 50Hz의 전원 주파수에서 작동하고, 하나는 주파수 변환기를 사용하고 다른 하나는 사용하지 않으며, 속도와 토크가 모두 모터의 정격 상태일 때, 주파수 변환기를 사용하면 전력을 절약할 수 있을까요? 얼마나 절약할 수 있을까요?
답변: 이 경우 주파수 변환기는 역률만 개선할 수 있고 전력을 절약할 수 없습니다.
1. 주파수 변환이 모든 곳에서 전기를 절약할 수 있는 것은 아니며, 주파수 변환이 반드시 전기를 절약하지 못하는 경우도 많습니다.
2. 주파수 변환기 자체도 전자 회로이기 때문에 전력을 소모합니다(정격 전력의 약 2~5%)
3. 주파수 변환기가 상용 주파수에서 작동하고 에너지 절약 기능을 가지고 있다는 것은 사실입니다. 하지만 그의 전제 조건은 다음과 같습니다.
첫째, 장치 자체에 에너지 절약 기능(소프트웨어 지원)이 있어 전체 시스템이나 프로세스의 요구 사항을 충족합니다.
둘째, 장기간 연속운전입니다.
게다가 전기를 절약하든 안 하든 아무 의미가 없습니다. 주파수 변환기가 아무런 전제 조건 없이 에너지 절약형으로 작동한다고 한다면 과장이거나 상업적 추측일 뿐입니다. 모든 것을 알고 있다면, 당신은 그것을 교묘하게 이용할 것입니다. 올바르게 적용하려면 사용 상황과 조건에 주의를 기울여야 합니다. 그렇지 않으면 맹목적으로 따르고, 쉽게 믿고, 속게 될 것입니다.
주파수 변환기를 사용할 때 종종 다음과 같은 오해가 있습니다.
오해 1: 주파수 변환기를 사용하면 전기를 절약할 수 있다
일부 문헌에서는 주파수 변환기가 에너지 절약형 제어 제품이라고 주장하여 주파수 변환기를 사용하면 전기를 절약할 수 있다는 인상을 줍니다.
실제로 주파수 변환기가 전력을 절약할 수 있는 이유는 전기 모터의 속도를 조절할 수 있기 때문입니다. 주파수 변환기가 에너지 절약 제어 제품이라면 모든 속도 제어 장비 또한 에너지 절약 제어 제품으로 볼 수 있습니다. 주파수 변환기는 다른 속도 제어 장치보다 효율과 역률이 약간 더 높습니다.
주파수 변환기가 전력 절감을 달성할 수 있는지 여부는 부하의 속도 조절 특성에 따라 결정됩니다. 원심 팬 및 원심 펌프와 같은 부하의 경우 토크는 속도의 제곱에 비례하고 전력은 속도의 세제곱에 비례합니다. 원래 밸브 제어 유량을 사용하고 전부하로 작동하지 않는 한 속도 조절 작동으로 변경하면 에너지를 절약할 수 있습니다. 속도가 원래 값의 80%로 떨어지면 전력은 원래 값의 51.2%에 불과합니다. 이러한 부하에 주파수 변환기를 적용하면 가장 큰 에너지 절약 효과가 있음을 알 수 있습니다. 루츠 블로워와 같은 부하의 경우 토크는 속도와 무관합니다. 즉, 일정 토크 부하입니다. 과도한 공기량을 방출하여 공기량을 조절하는 원래 방법을 속도 조절 작동으로 변경하면 에너지 절약도 달성할 수 있습니다. 속도가 원래 값의 80%로 떨어지면 전력은 원래 값의 80%에 도달합니다. 에너지 절감 효과는 원심 팬이나 원심 펌프에 비해 훨씬 작습니다. 정전력 부하의 경우, 전력은 속도와 무관합니다. 시멘트 공장의 정전력 부하(예: 배칭 벨트 스케일)는 특정 유동 조건에서 재료층이 두꺼울 때 벨트 속도를 늦추고, 재료층이 얇을 때는 벨트 속도를 높입니다. 이러한 부하에 주파수 변환기를 적용해도 전력을 절약할 수 없습니다.
DC 속도 제어 시스템과 비교했을 때, DC 모터는 AC 모터보다 효율과 역률이 높습니다. 디지털 DC 속도 제어기의 효율은 주파수 변환기와 비슷하거나, 심지어 주파수 변환기보다 약간 더 높습니다. 따라서 AC 비동기 모터와 주파수 변환기를 사용하는 것이 DC 모터와 DC 컨트롤러를 사용하는 것보다 이론적으로나 실질적으로 더 많은 전력을 절약한다고 주장하는 것은 옳지 않습니다.
오해 2: 주파수 변환기의 용량 선정은 모터의 정격 전력을 기준으로 한다
주파수 변환기의 가격은 전기 모터에 비해 비교적 비싸기 때문에 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하면서 주파수 변환기의 용량을 합리적으로 줄이는 것이 매우 의미가 있습니다.
주파수 변환기의 전력은 적합한 4극 AC 비동기 모터의 전력을 의미합니다.
동일한 용량의 모터의 극수가 다르기 때문에 모터의 정격 전류가 달라집니다. 모터의 극수가 증가함에 따라 모터의 정격 전류도 증가합니다. 주파수 변환기의 용량 선정은 모터의 정격 전력을 기준으로 할 수 없습니다. 동시에 원래 주파수 변환기를 사용하지 않은 리노베이션 프로젝트의 경우 주파수 변환기의 용량 선정은 모터의 정격 전류를 기준으로 할 수 없습니다. 이는 전기 모터의 용량 선정은 최대 부하, 잉여 계수 및 모터 사양과 같은 요소를 고려해야 하기 때문입니다. 종종 잉여가 크고 산업용 모터는 정격 부하의 50%~60%에서 작동하는 경우가 많습니다. 주파수 변환기의 용량을 모터의 정격 전류를 기준으로 선택하면 마진이 너무 많아 경제적 낭비가 발생하고 결과적으로 신뢰성이 향상되지 않습니다.
농형 모터의 경우, 주파수 변환기의 용량 선정은 주파수 변환기의 정격 전류가 모터의 최대 정상 운전 전류의 1.1배 이상이어야 한다는 원칙에 따라야 하며, 이를 통해 비용 절감을 극대화할 수 있습니다. 중부하 시동, 고온 환경, 권선형 모터, 동기 모터 등과 같은 조건에서는 주파수 변환기의 용량을 적절히 증가시켜야 합니다.
처음부터 주파수 변환기를 사용하는 설계의 경우, 모터의 정격 전류를 기준으로 주파수 변환기 용량을 선택하는 것이 당연합니다. 이는 현재 실제 운전 조건을 기준으로 주파수 변환기 용량을 선택할 수 없기 때문입니다. 물론, 투자 비용 절감을 위해 경우에 따라 주파수 변환기 용량을 미리 결정하지 않고, 일정 기간 운전 후 실제 전류를 기준으로 용량을 선택할 수도 있습니다.
내몽골의 어느 시멘트 회사의 직경 2.4m×13m 시멘트 밀의 2차 분쇄 시스템에는 국산 N-1500 O-Sepa 고효율 분말 선별기가 1대 있으며, 132kW의 전력을 가진 전기 모터 모델 Y2-315M-4가 장착되어 있습니다. 그러나 전력 160kW의 4극 모터에 적합한 FRN160-P9S-4E 주파수 변환기가 선택되었습니다. 가동 후 최대 작동 주파수는 48Hz이고 전류는 모터 정격 전류의 70% 미만인 180A에 불과합니다. 모터 자체에는 상당한 잉여 용량이 있습니다. 그리고 주파수 변환기의 사양은 구동 모터의 사양보다 한 단계 더 크기 때문에 불필요한 낭비가 발생하고 신뢰성이 향상되지 않습니다.
The feeding system of the No. 3 limestone crusher at Anhui Chaohu Cement Plant adopts a 1500 × 12000 plate feeder, and the driving motor uses a Y225M-4 AC motor with a rated power of 45kW and a rated current of 84.6A. Before the frequency conversion speed regulation transformation, it was found through testing that when the plate feeder drives the motor normally, the average three-phase current is only 30A, which is only 35.5% of the rated current of the motor. In order to save investment, ACS601-0060-3 frequency converter was selected, which has a rated output current of 76A and is suitable for 4-pole motors with a power of 37kW, achieving good performance.
These two examples illustrate that for renovation projects that did not originally use frequency converters, selecting the capacity of the frequency converter based on actual operating conditions can significantly reduce investment.
Misconception 3: General motors can only operate at a reduced speed using frequency converters below their rated transmission speed
The classical theory holds that the upper limit of the frequency of a universal motor is 55Hz. This is because when the motor speed needs to be adjusted above the rated speed for operation, the stator frequency will increase above the rated frequency (50Hz). At this point, if the constant torque principle is still followed for control, the stator voltage will increase beyond the rated voltage. So, when the speed range is higher than the rated speed, the stator voltage must be kept constant at the rated voltage. At this point, as the speed/frequency increases, the magnetic flux will decrease, resulting in a decrease in torque at the same stator current, softening of mechanical characteristics, and a significant reduction in the overload capacity of the motor.
From this, it can be seen that the upper limit of the frequency of a universal motor is 55Hz, which is a prerequisite:
1. The stator voltage cannot exceed the rated voltage;
2. The motor is operating at rated power;
3. Constant torque load.
In the above situation, theory and experiments have proven that if the frequency exceeds 55Hz, the motor torque will decrease, mechanical characteristics will become softer, overload capacity will decrease, iron consumption will increase rapidly, and heating will be severe.
The author believes that the actual operating conditions of electric motors indicate that general-purpose motors can be accelerated through frequency converters. Can variable frequency speed be increased? How much can be raised? It is mainly determined by the load dragged by the electric motor. Firstly, it is necessary to determine what the load rate is? Secondly, it is necessary to understand the load characteristics and make calculations based on the specific situation of the load. A brief analysis is as follows:
1. 실제로 380V 범용 모터의 경우, 고정자 전압이 정격 전압의 10%를 초과하더라도 모터의 절연 및 수명에 영향을 미치지 않고 장시간 작동이 가능합니다. 고정자 전압이 상승하면 토크가 크게 증가하고, 고정자 전류가 감소하며, 권선 온도가 낮아집니다.
2. 전기 모터의 부하율은 일반적으로 50%~60%입니다.
일반적으로 산업용 모터는 정격 전력의 50~60%로 작동합니다. 계산에 따르면 모터의 출력 전력이 정격 전력의 70%이고 고정자 전압이 7% 증가하면 고정자 전류는 26.4% 감소합니다. 이때 일정 토크 제어를 사용하고 주파수 변환기를 사용하여 모터 속도를 20% 증가시키더라도 고정자 전류는 증가하지 않을 뿐만 아니라 감소합니다. 주파수가 증가하면 모터의 철손이 급격히 증가하지만, 고정자 전류 감소로 인해 감소하는 열에 비하면 발생되는 열은 미미합니다. 따라서 모터 권선의 온도도 크게 감소합니다.
3. 다양한 부하 특성이 있습니다
전기 모터 구동 시스템은 부하를 구동하며, 부하에 따라 기계적 특성이 다릅니다. 전기 모터는 가속 후 부하의 기계적 특성 요건을 충족해야 합니다. 계산에 따르면, 다양한 부하율(k)에서 일정 토크 부하에 대한 최대 허용 운전 주파수(fmax)는 부하율에 반비례합니다. 즉, fmax=fe/k이며, 여기서 fe는 정격 전력 주파수입니다. 일정 전력 부하의 경우, 일반 모터의 최대 허용 운전 주파수는 주로 모터 회전자와 축의 기계적 강도에 의해 제한됩니다. 저자는 일반적으로 이를 100Hz 이내로 제한하는 것이 바람직하다고 생각합니다.
응용 프로그램 예:
특정 공장의 체인 버킷 컨베이어는 일정한 토크 부하를 가지고 있으며, 생산량 증가로 인해 모터 속도를 20% 증가시켜야 합니다.모터 모델은 Y180L-6이며, 정격 전력은 15kW, 정격 전압은 380V, 정격 전류는 31.6A, 정격 속도는 980r/min, 효율은 89.5%, 역률은 0.81, 작동 전류는 18-20A, 정상 조건에서 최대 작동 전력은 7.5kW, 부하율은 50%입니다.CIMR-G5A4015 주파수 변환기를 설치한 후 작동 주파수는 60Hz이고, 속도는 20% 증가하고, 주파수 변환기의 최대 출력 전압은 410V로 설정되고, 모터의 작동 전류는 12-15A로 약 30% 감소하고, 모터 권선의 온도는 크게 감소합니다.
오해 4: 주파수 변환기의 고유한 특성을 무시함
주파수 변환기의 디버깅 작업은 일반적으로 유통업체에서 수행하며, 아무런 문제가 없습니다. 주파수 변환기의 설치는 비교적 간단하며 일반적으로 사용자가 직접 수행합니다. 일부 사용자는 주파수 변환기 사용 설명서를 주의 깊게 읽지 않고, 시공 기술 요건을 엄격히 준수하지 않으며, 주파수 변환기 자체의 특성을 무시하고 일반 전기 부품과 동일시하며, 가정과 경험에 근거하여 행동하여 고장 및 사고의 위험을 내포합니다.
주파수 변환기 사용 설명서에 따르면, 모터에 연결되는 케이블은 차폐 케이블 또는 외장 케이블이어야 하며, 금속 튜브에 포설하는 것이 좋습니다. 절단된 케이블의 끝은 가능한 한 깔끔하게, 비차폐 부분은 가능한 한 짧게, 케이블 길이는 일정 거리(일반적으로 50m)를 초과해서는 안 됩니다. 주파수 변환기와 모터 사이의 배선 거리가 길면 케이블에서 발생하는 고조파 누설 전류가 주파수 변환기 및 주변 장비에 악영향을 미칩니다. 주파수 변환기가 제어하는 모터에서 복귀하는 접지선은 주파수 변환기의 해당 접지 단자에 직접 연결해야 합니다. 주파수 변환기의 접지선은 용접기 및 전력 장비와 공유해서는 안 되며, 가능한 한 짧게 해야 합니다. 주파수 변환기에서 발생하는 누설 전류로 인해 접지점에서 너무 멀리 떨어져 있으면 접지 단자의 전위가 불안정해집니다. 주파수 변환기 접지선의 최소 단면적은 전원 공급 케이블의 단면적 이상이어야 합니다. 간섭으로 인한 오작동을 방지하기 위해 제어 케이블은 꼬인 차폐선 또는 이중 가닥 차폐선을 사용해야 합니다. 동시에 차폐된 네트워크 케이블이 다른 신호선 및 장비 케이스와 접촉하지 않도록 주의하고 절연 테이프로 감아야 합니다. 노이즈의 영향을 받지 않도록 제어 케이블의 길이는 50m를 초과하지 않아야 합니다. 제어 케이블과 모터 케이블은 별도의 케이블 트레이를 사용하여 별도로 포설하고 가능한 한 멀리 떨어뜨려야 합니다. 두 케이블을 교차해야 하는 경우 수직으로 교차해야 합니다. 절대 같은 파이프라인이나 케이블 트레이에 두지 마십시오. 그러나 일부 사용자는 케이블 포설 시 위의 요구 사항을 엄격히 준수하지 않아 개별 디버깅 중에는 장비가 정상적으로 작동하지만, 정상적인 생산 중에는 심각한 간섭을 일으켜 작동이 불가능해지는 경우가 있었습니다.
시멘트 공장의 2차 공기 온도계가 갑자기 비정상적인 값을 나타내는 경우: 표시된 값이 상당히 낮고 변동이 심합니다. 이전에는 아주 잘 작동하고 있었습니다. 열전대, 온도 트랜스미터 및 2차 계측기를 점검했지만 문제가 발견되지 않았습니다. 무엇이 관련이 있습니까? 계측기를 다른 측정 지점으로 옮겼을 때 완전히 정상적으로 작동했습니다. 그러나 다른 측정 지점의 유사한 계측기를 여기에서 교체했을 때도 동일한 현상이 발생했습니다. 나중에 그레이트 쿨러의 냉각 팬 3번 모터에 새 주파수 변환기가 설치되었고, 주파수 변환기를 사용한 후에야 2차 공기 온도계가 비정상적인 값을 표시했다는 것이 발견되었습니다. 주파수 변환기를 정지하고 2차 공기 온도계를 즉시 정상으로 복구하십시오. 주파수 변환기를 다시 시작하자 2차 공기 온도계가 다시 비정상적인 값을 표시했습니다. 여러 번 반복 테스트한 후, 주파수 변환기의 간섭이 2차 공기 온도계의 비정상적인 표시의 직접적인 원인이라는 것이 확인되었습니다. 팬은 원심 송풍기로, 원래는 밸브를 사용하여 풍량을 조절했지만, 나중에 가변 주파수 속도 조절로 풍량을 조절하는 방식으로 변경되었습니다. 현장의 먼지가 많고 환경이 열악하기 때문에 주파수 변환기는 MCC(Motor Control Center) 제어실에 설치되었습니다. 시공의 편의를 위해 주파수 변환기는 팬의 주 접촉기 하부에 연결되고, 주파수 변환기의 출력 케이블은 팬 모터의 전력 케이블을 사용합니다. 팬 모터의 전력 케이블은 PVC 절연 비강철 외장 케이블이며, 동일한 케이블 트렌치의 다른 브리지 레이어에서 2차 공기 온도계 신호 케이블과 평행하게 배치됩니다. 주파수 변환기의 출력 케이블이 외장 케이블을 사용하지 않거나 철관을 통해 배치되지 않기 때문에 간섭 현상이 발생하는 것을 알 수 있습니다. 이 교훈은 원래 주파수 변환기를 사용하지 않은 리노베이션 프로젝트에 특히 주의를 기울여야 합니다.
주파수 변환기의 일상적인 유지 관리에도 특별한 주의를 기울여야 합니다. 일부 전기 기술자는 고장을 감지하는 즉시 유지 관리를 위해 주파수 변환기를 켜고 트립시킵니다. 이는 매우 위험하며 감전 사고로 이어질 수 있습니다. 주파수 변환기가 작동하지 않거나 전원 공급이 차단된 경우에도 커패시터로 인해 주파수 변환기의 전원 입력선, DC 단자 및 모터 단자에 전압이 남아 있을 수 있기 때문입니다. 스위치를 분리한 후 작업을 시작하기 전에 주파수 변환기가 완전히 방전될 때까지 몇 분 동안 기다려야 합니다. 일부 전기 기술자는 가변 주파수 드라이브(VFD) 시스템에서 구동되는 모터의 트립을 발견하면 진동판을 사용하여 모터의 소손 여부를 확인하기 위해 즉시 절연 시험을 실시하는 데 익숙합니다. 이 또한 주파수 변환기가 쉽게 소손될 수 있으므로 매우 위험합니다. 따라서 모터와 주파수 변환기 사이의 케이블을 분리하기 전에 모터 또는 주파수 변환기에 이미 연결된 케이블에 대한 절연 시험을 수행해서는 안 됩니다.