Leveranciers van energiefeedbackapparaten met frequentieomvormers herinneren u eraan dat in de moderne industriële automatisering het toepassingsgebied van pompen, ventilatoren en andere apparatuur steeds uitgebreider wordt. Het elektriciteitsverbruik, de smoorverliezen van schotten, kleppen en andere apparatuur, evenals de dagelijkse onderhouds- en reparatiekosten, bedragen bijna 20% van de kosten. Dit is een aanzienlijke productiekostenpost. Met de ontwikkeling van de economie, de verdieping van hervormingen en de intensivering van de marktconcurrentie zijn energiebesparing en -verbruiksreductie geleidelijk belangrijke middelen geworden om de productkwaliteit te verbeteren en de productiekosten te verlagen.
1. Basistheorie van energiebesparende technologie met variabele frequentie
Het basisprincipe van frequentieomzettingstechnologie is dat de frequentie van de wisselstroom die door elektrische apparatuur wordt gebruikt, gedurende een lange periode in een vaste toestand wordt gehouden. De toepassing van frequentieomzettingstechnologie is om de frequentie een bron te maken die vrij kan worden aangepast en gebruikt. De meest actieve en snelst ontwikkelende technologie voor variabele frequenties is momenteel de technologie voor snelheidsregeling met variabele frequentie.
Frequentieomzettingstechnologie omvat computertechnologie, vermogenselektronica en kliktransmissietechnologie. Het is een uitgebreide technologie die mechanische apparatuur en sterke en zwakke elektriciteit combineert. Het verwijst naar de omzetting van het signaal van de netfrequentiestroom naar andere frequenties, wat voornamelijk wordt bereikt door middel van halfgeleidercomponenten. Vervolgens wordt de wisselstroom omgezet in gelijkstroom en regelt de omvormer de stroom en spanning terwijl een traploze snelheidsregeling van de elektromechanische apparatuur wordt bereikt. Samenvattend is frequentieomzettingstechnologie het regelen van de snelheid van een motor door de frequentie van de stroom te wijzigen, waardoor de motorapparatuur effectief wordt aangestuurd. Dit alles wordt bereikt op basis van de jaarlijkse toename van de stroomfrequentie en het motortoerental. De kenmerken van frequentieomzettingstechnologie zijn dat deze de soepele werking van de motor kan garanderen, de acceleratie en deceleratie automatisch kan regelen en het energieverbruik kan verminderen en tegelijkertijd de werkefficiëntie kan verbeteren.
In het dagelijks gebruik van frequentieomvormers worden voornamelijk directe koppelregeling en vectorregeling gebruikt. In de toekomstige ontwikkeling van frequentieomvormers zullen kunstmatige neurale netwerken en fuzzy self-optimizing regelmethoden worden gebruikt. Bovendien zal de volledigheid van frequentieomvormers, naarmate ze zich verder ontwikkelen, steeds groter worden. Naast het voltooien van basisfuncties voor snelheidsregeling, beschikken ze ook over intern ingestelde communicatie-, programmeer- en parameteridentificatiefuncties.
2. Energiebesparend principe van frequentieomvormer
2.1 Energiebesparende methoden met variabele frequentie
Volgens de vloeistofmechanica is vermogen = druk * stroomsnelheid. Stroomsnelheid en snelheid tot de macht één zijn evenredig, druk is evenredig met het kwadraat van de snelheid en vermogen is evenredig met de derde macht van de snelheid. Als het rendement van de waterpomp vastligt, zal bij een afname van de stroomsnelheid de snelheid evenredig afnemen en zal het uitgangsvermogen ook in derde macht afnemen. Daarom is de snelheid van de waterpomp ongeveer evenredig met het energieverbruik van de motor. Wanneer bijvoorbeeld een waterpompmotor van 55 kW wordt ingeschakeld op 80% van de oorspronkelijke snelheid, bedraagt het energieverbruik 28 kWh, wat een energiebesparing van 48% oplevert. Maar als de snelheid wordt aangepast naar 50% van de oorspronkelijke snelheid, bedraagt het energieverbruik 6 kilowatt per uur en bedraagt de energiebesparing 87%.
2.2 Het toepassen van vermogensfactorcompensatie voor energiebesparing
Het reactieve vermogen zorgt er niet alleen voor dat de apparatuur opwarmt en de bedrading slijt, maar belangrijker nog, de afname van de arbeidsfactor leidt tot een afname van het actieve vermogen van het elektriciteitsnet. Hierdoor wordt een grote hoeveelheid reactieve energie verbruikt in de elektriciteitsleidingen, wat leidt tot een afname van de efficiëntie van de apparatuur en aanzienlijke verspilling. Na gebruik van een apparaat met variabele frequentieregeling wordt het verlies aan reactief vermogen verder verminderd dankzij de filtercondensator in de frequentieomvormer, waardoor het actieve vermogen van het elektriciteitsnet toeneemt.
2.3 Gebruik van de softstartmethode voor energiebesparing
Doordat de motor wordt gestart via Y/D of directe start, is de startstroom vier tot zeven keer de nominale stroomsterkte, wat ernstige gevolgen kan hebben voor het elektriciteitsnet en de elektromechanische apparatuur. Bovendien vereist dit een zeer hoge capaciteit van het elektriciteitsnet, wat een relatief hoge stroomsterkte genereert tijdens het starten en aanzienlijke schade aan kleppen en schotten veroorzaakt bij trillingen, wat ook zeer nadelig is voor de levensduur van pijpleidingen en apparatuur. Het gebruik van frequentieomvormers maakt gebruik van de softstartfunctie van de frequentieomvormer om de stroomsterkte vanaf nul te starten, waarbij de maximale waarde de nominale stroomsterkte niet zal overschrijden. Hierdoor worden de impact op het elektriciteitsnet en de eisen aan de voedingscapaciteit aanzienlijk verminderd en wordt de levensduur van kleppen en apparatuur aanzienlijk verlengd.
3. Toepassingsvoorbeelden van energiebesparende technologie met variabele frequentie
We gebruikten de installatie van een frequentieregelaar op een 160 kW circulatiewaterpomp als voorbeeld om de energiebesparende apparatuur met variabele frequentie te moderniseren. We testten het elektriciteitsverbruik voor en na de modernisering en behaalden zeer bevredigende resultaten.
3.1 Besturingsmodus vóór frequentieomzetting
Bij gebruik van een circulatiewaterpomp is het, wanneer het debiet verandert als gevolg van procesvereisten, noodzakelijk om de opening van de pompuitlaat en -inlaat aan te passen om het werkelijke debiet van de pomp te wijzigen. Deze aanpassingsmethode wordt smoorregeling genoemd. In dit voorbeeld bedraagt de klepopening van de uitlaat en de inlaat ongeveer 60%. Vanuit het oogpunt van energieverbruik is dit een zeer oneconomisch aanpassingsmethode.
3.2 Besturingsmodus na frequentieomzetting
Bij de werking van een circulatiewaterpomp worden, wanneer het debiet verandert als gevolg van procesvereisten, zowel de inlaat- als de uitlaatklep volledig geopend. Door het motortoerental aan te passen, kan een geschikt en nieuw werkpunt worden gevonden om het juiste debiet te verkrijgen. Afhankelijk van de werkelijke situatie en de behoeften ter plaatse kan handmatige of automatische regeling worden geïmplementeerd. Omdat in dit voorbeeld het debiet niet frequent hoeft te worden aangepast, wordt de werkelijke bedrijfsfrequentie van de motor bepaald op 40 Hz op basis van de werkelijke situatie en behoeften ter plaatse. Handmatige regeling wordt voornamelijk toegepast om energie te besparen.
4. Veranderingen in de werking na gebruik van een systeem voor snelheidsregeling met variabele frequentie
De volledige softstart is bereikt. Wanneer de motor start, neemt het rotortoerental geleidelijk toe met de frequentie van de ingangsvoeding, wat resulteert in een soepele snelheidstoename. De starttijd van het gehele systeem is ingesteld op ongeveer 20 seconden, wat geen invloed heeft op het systeem en soepeler is dan de oorspronkelijke startmethode.
De stroomsterkte in het elektriciteitsnet is ook aanzienlijk verlaagd, waardoor het gebruik van elektrische apparatuur veiliger is geworden. Tegelijkertijd neemt met de afnemende frequentie ook het toerental van de motor af, waardoor mechanische slijtage afneemt en de kans op uitval en onderhoudskosten aanzienlijk worden verlaagd. De transformator die de waterpomp van elektrische energie voorziet, heeft het grootste deel van de stroomvoorzieningscapaciteit bespaard. Door simpelweg de actieve belasting te verlagen, bedraagt de besparing ongeveer 50 kilowatt, wat de efficiëntie van de apparatuur verbetert. De vermogensfactor van de motor is eveneens verbeterd, waardoor de motor zuiniger werkt.
Het gebruik van frequentieomzettingstechnologie heeft de productkwaliteit verbeterd, het energieverbruik verminderd, energie bespaard en de economische voordelen voor bedrijven verder vergroot. De toepassing van frequentieomzettingstechnologie voor snelheidsregeling vereist de transformatie van deze apparatuur om energiebesparing te bereiken.