Frekvences pārveidotāju enerģijas atgriezeniskās saites ierīču piegādātāji atgādina, ka mūsdienu rūpniecībā motori ir enerģijas patēriņa ziņā augstas jaudas iekārtas ar plašu pielietojumu klāstu. Saskaņā ar statistiku, Ķīnas kopējā uzstādītā jauda ir aptuveni 400 miljoni kilovatu, un gada elektroenerģijas patēriņš ir aptuveni 600 miljardi kilovatstundu, kas veido 70–80% no rūpnieciskā elektroenerģijas patēriņa. Ķīna galvenokārt izmanto mazos un vidējos motorus, kas veido aptuveni 80%, savukārt mazo un vidējo motoru patērētās elektroenerģijas daudzums veido 90% no kopējiem zudumiem. Motoru praktiskajā pielietojumā Ķīnā ir ievērojama atšķirība salīdzinājumā ar ārvalstīm, vienības efektivitāte ir 75%, kas ir par 10% zemāka nekā ārvalstīs; sistēmas darbības efektivitāte ir 30–40%, kas ir par 20–30% zemāka nekā starptautiskajā progresīvajā līmenī. Tāpēc maziem un vidējiem motoriem Ķīnā ir liels enerģijas taupīšanas potenciāls, un ir obligāti jāveicina motoru enerģijas taupīšana.
Pateicoties vienkāršajai konstrukcijai, vieglajai izgatavošanai, zemajai cenai, izturībai, uzticamai darbībai un piemērotībai skarbajiem apstākļiem, asinhronie motori ir plaši izmantoti rūpnieciskajā un lauksaimnieciskajā ražošanā. Īpaši sūkņu un ventilatoru vilkšanai dažādās nozarēs, augstu tiek vērtēts motoru enerģijas taupīšanas darbs sūkņu un ventilatoru vilkšanai.
Līdz ar zinātnes un tehnoloģiju straujo attīstību, īpaši pateicoties jaudas elektronikas tehnoloģiju, mikroelektronikas tehnoloģiju un automātiskās vadības tehnoloģiju attīstībai un pielietošanai, frekvences pārveidotāju enerģijas taupīšanas efekts ir kļuvis nozīmīgāks. Tie var ne tikai panākt pakāpenisku ātruma regulēšanu, bet arī efektīvi darboties dažādās slodzēs ar labām dinamiskām īpašībām, kā arī sasniegt augstu veiktspēju, augstu uzticamību un augstas precizitātes automātisko vadību. Salīdzinot ar citām ātruma regulēšanas metodēm, piemēram, sprieguma samazināšanas ātruma regulēšanu, polu maiņas ātruma regulēšanu, slīdēšanas ātruma regulēšanu, maiņstrāvas kaskādes ātruma regulēšanu utt., mainīgas frekvences ātruma regulēšanai ir stabila veiktspēja, plašs ātruma regulēšanas diapazons un augsta efektivitāte. Attīstoties mūsdienu vadības teorijai un jaudas elektronikas tehnoloģijām, maiņstrāvas mainīgas frekvences ātruma regulēšanas tehnoloģija kļūst arvien pilnīgāka un ir kļuvusi par maiņstrāvas motoru ātruma regulēšanas tendenci. Mainīgas frekvences ātruma regulēšanas ierīces (VFD) ir plaši izmantotas rūpniecības jomā.
Frekvences pārveidotāju izmantošana ātruma kontroles signāla pārraidei ir ātra, vadības sistēmai ir neliela laika aizture, reakcija ir jutīga, regulēšanas sistēmas vadības precizitāte ir augsta, lietošana ir ērta, un tā veicina ražošanas apjoma uzlabošanu, kvalitātes nodrošināšanu un ražošanas izmaksu samazināšanu. Tāpēc frekvences pārveidotāju izmantošana ir populārs produkts enerģijas taupīšanai un patēriņa samazināšanai rūpnīcās un kalnrūpniecības uzņēmumos.
Mainīgas frekvences motora enerģijas taupīšanas ierīce ir revolucionāri jaunas paaudzes motoram paredzēts vadības produkts. Balstoties uz mikroprocesora digitālās vadības tehnoloģiju, tā dinamiski pielāgo spriegumu un strāvu motora darbības inženierijā, izmantojot iebūvēto speciālo enerģijas taupīšanas optimizācijas vadības programmatūru. Nemainot motora ātrumu, tā nodrošina, ka motora izejas griezes moments precīzi atbilst slodzes pieprasījumam, efektīvi novēršot elektroenerģijas izšķērdēšanu, ko izraisa pārmērīga motora jauda.
Maiņstrāvas motori pašlaik ir visplašāk izmantotie motori, kas veido aptuveni 85% no visiem motoru veidiem. To priekšrocības ir vienkārša konstrukcija, zemas izmaksas un nepieciešamība pēc apkopes. Tomēr to vājība ir ātruma regulēšanas grūtības, kas ierobežo to izmantošanu daudzos pielietojumos vai prasa mehāniskus līdzekļus, lai panāktu ātruma regulēšanu.
Frekvences pārveidotājiem ir divi tipiski pielietojumi atkarībā no slodzes veidiem: 1. Pastāvīga griezes momenta pielietojums; 2. Mainīga griezes momenta pielietojums. Runājot par pielietojuma mērķiem, galvenie mērķi ir: 1. Uzlabot procesu, nodrošinot rotācijas ātrumu procesa laikā, rotācijas ātrumu dažādās slodzēs un precīzu pozicionēšanu. Pateicoties izcilai ātruma regulēšanas veiktspējai, tas var uzlabot produktivitāti, uzlabot produktu kvalitāti, uzlabot komfortu, racionalizēt iekārtas, pielāgot vai uzlabot vidi utt. 2. Enerģiju taupošas pārveidošanas galvenais mērķis ir sasniegt ievērojamus rezultātus, kontrolējot ventilatoru un sūkņu ātrumu, kuriem nepieciešama plūsmas vai spiediena regulēšana.
Mainīgas frekvences ātruma regulēšanas princips
Motora slodzes, piemēram, ventilatori, ūdens sūkņi, gaisa kompresori, hidrauliskās eļļas sūkņi un cirkulācijas sūkņi, veido lielāko daļu uzņēmumos izmantoto enerģiju patērējošo iekārtu. Tehnisku ierobežojumu dēļ gandrīz visas plūsmas, spiediena vai gaisa tilpuma kontroles sistēmas šādām slodzēm ir vārstu vadītas sistēmas, kurās motors tiek darbināts ar nominālo ātrumu un sistēma nodrošina nemainīgu plūsmu, spiedienu vai gaisa tilpumu. Kad mainās iekārtas darbības prasības, slodzes plūsmu, spiedienu vai gaisa tilpumu regulē ar pārplūdes, drošības vārstiem vai proporcionāliem regulatoriem, kas atrodas izejas galā, lai apmierinātu mainīgās iekārtas darbības apstākļu vajadzības. Pēc pārplūdes vārsta vai proporcionālā vadības vārsta pārplūdes tiks atbrīvots liels enerģijas daudzums, un šī izkliedētā enerģija faktiski ir daļa no enerģijas, ko motors absorbē no elektrotīkla, radot lielu elektroenerģijas izšķērdēšanu. No šāda veida slodzes darba raksturlielumiem var redzēt, ka motora jauda ir proporcionāla ātruma kubam, un ātrums ir proporcionāls frekvencei. Ja mainām motora darba režīmu tā, lai tas ne vienmēr darbotos ar nominālo darba frekvenci, bet gan starta/apstāšanās vadībai un regulēšanas darbībai tiek izmantota mainīgas frekvences regulēšanas vadības sistēma, tā ātrumu var nepārtraukti regulēt diapazonā no 0 līdz 2900 apgr./min, tas ir, izejas plūsmas ātrumu, spiedienu vai gaisa tilpumu var arī nepārtraukti regulēt diapazonā no 0 līdz 100%, lai precīzi atbilstu slodzes darba vajadzībām un sasniegtu enerģijas taupīšanas un patēriņa samazināšanas mērķi.
Maiņstrāvas motora ātrums ir šāds: n=60f(1-s)/p
Formulā: n = motora ātrums
F = jaudas frekvence
P = motora polu skaits
S = slīdēšanas ātrums
Kā redzams no vienādojuma, maiņstrāvas motora sinhronais ātrums n ir tieši proporcionāls jaudas frekvencei f. Tādēļ, mainot jaudas frekvenci, var mainīt motora ātrumu un sasniegt ātruma regulēšanas mērķi.
Mainīgas frekvences ātruma regulēšanas princips enerģijas taupīšanai
Mainīgas frekvences ātruma regulēšana ietaupa elektroenerģiju, kā norāda nosaukums, tikai mainīgas frekvences ātruma regulēšana var ietaupīt elektroenerģiju. Zemāk ir sniegta enerģijas taupīšanas principu analīze diviem tipiskiem slodzes pielietojumiem.
(1) Pastāvīga griezes momenta slodzes pielietojumi
Pastāvīga griezes momenta slodze nozīmē, ka neatkarīgi no ātruma izmaiņām slodzes griezes moments paliek nemainīgs.
Šāda formula: P=K * T * N
K = koeficients
P = vārpstas jauda
T = slodzes griezes moments
N = rotācijas ātrums
No iepriekš minētās formulas var redzēt, ka vārpstas jauda ir tieši proporcionāla motora ātrumam. Pielāgojot motora ātrumu atbilstoši procesa vajadzībām, dabiski var panākt atbilstošu enerģijas ietaupījuma proporciju.
(2) Mainīga griezes momenta slodzes pielietojumi
Centrbēdzes ventilatori un sūkņi pieder pie tipiskām mainīga griezes momenta slodzēm, un to darba raksturlielumi ir šādi: lielākā daļa no tiem darbojas nepārtraukti ilgu laiku. Tā kā slodzes griezes moments ir proporcionāls ātruma kvadrātam, tiklīdz ātrums pārsniedz nominālo ātrumu, tas izraisa nopietnu motora pārslodzi. Tāpēc ventilatori un sūkņi parasti nedarbojas, pārsniedzot nominālo frekvenci.