تأمینکنندگان واحدهای بازخورد انرژی برای مبدلهای فرکانس به شما یادآوری میکنند که با اجرای سیاستها و ترویج شدید فناوری تبدیل فرکانس، همراه با ترویج قوی بازرگانان مبدل فرکانس، برخی از شرکتهای صنعتی به طور ناخودآگاه استفاده از مبدلهای فرکانس را با صرفهجویی در مصرف انرژی و برق برابر دانستهاند. با این حال، در استفاده عملی، به دلیل موقعیتهای مختلف، بسیاری از شرکتها به تدریج متوجه میشوند که همه مکانهایی که مبدلهای فرکانس در آنها استفاده میشوند، نمیتوانند در مصرف انرژی و برق صرفهجویی کنند. بنابراین دلایل این وضعیت چیست و تصورات غلط مردم در مورد مبدلهای فرکانس چیست؟
تصور غلط ۱: استفاده از مبدل فرکانس میتواند در مصرف برق صرفهجویی کند
برخی از منابع ادعا میکنند که مبدلهای فرکانس، محصولات کنترلی صرفهجویی در انرژی هستند و این تصور را ایجاد میکنند که استفاده از مبدلهای فرکانس میتواند در مصرف برق صرفهجویی کند.
در واقع، دلیل اینکه مبدلهای فرکانس میتوانند در مصرف برق صرفهجویی کنند این است که میتوانند سرعت موتورهای الکتریکی را تنظیم کنند. اگر مبدلهای فرکانس محصولات کنترل صرفهجویی در مصرف انرژی باشند، پس تمام تجهیزات کنترل سرعت را نیز میتوان محصولات کنترل صرفهجویی در مصرف انرژی در نظر گرفت. مبدل فرکانس فقط کمی کارآمدتر و ضریب توان بیشتری نسبت به سایر دستگاههای کنترل سرعت دارد.
اینکه آیا یک مبدل فرکانس میتواند به صرفهجویی در مصرف برق دست یابد یا خیر، توسط ویژگیهای تنظیم سرعت بار آن تعیین میشود. برای بارهایی مانند فنهای سانتریفیوژ و پمپهای سانتریفیوژ، گشتاور متناسب با مربع سرعت و توان متناسب با مکعب سرعت است. تا زمانی که از جریان کنترل شیر اصلی استفاده میشود و با بار کامل کار نمیکند، تغییر به عملکرد تنظیم سرعت میتواند به صرفهجویی در مصرف انرژی منجر شود. هنگامی که سرعت به 80٪ مقدار اولیه کاهش مییابد، توان تنها 51.2٪ مقدار اولیه است. میتوان مشاهده کرد که استفاده از مبدلهای فرکانس در چنین بارهایی تأثیر قابلتوجهی در صرفهجویی در مصرف انرژی دارد. برای بارهایی مانند دمندههای روتس، گشتاور مستقل از سرعت است، یعنی بار گشتاور ثابت است. اگر روش اصلی استفاده از شیر تخلیه برای آزاد کردن حجم هوای اضافی برای تنظیم حجم هوا به عملکرد تنظیم سرعت تغییر یابد، میتواند به صرفهجویی در مصرف انرژی نیز دست یابد. هنگامی که سرعت به 80٪ مقدار اولیه خود کاهش مییابد، توان به 80٪ مقدار اولیه خود میرسد. تأثیر صرفهجویی در مصرف انرژی بسیار کمتر از کاربردهای آن در فنهای سانتریفیوژ و پمپهای سانتریفیوژ است. برای بارهای با توان ثابت، توان مستقل از سرعت است. یک بار با توان ثابت در یک کارخانه سیمان، مانند ترازوی تسمه بچینگ، در شرایط جریان خاص، وقتی لایه مواد ضخیم باشد، سرعت تسمه را کاهش میدهد؛ وقتی لایه مواد نازک باشد، سرعت تسمه افزایش مییابد. استفاده از مبدلهای فرکانس در چنین بارهایی نمیتواند در مصرف برق صرفهجویی کند.
در مقایسه با سیستمهای کنترل سرعت DC، موتورهای DC راندمان و ضریب توان بالاتری نسبت به موتورهای AC دارند. راندمان کنترلکنندههای سرعت DC دیجیتال با راندمان مبدلهای فرکانس قابل مقایسه است و حتی کمی بیشتر از مبدلهای فرکانس است. بنابراین، این ادعا که استفاده از موتورهای آسنکرون AC و مبدلهای فرکانس، چه از نظر تئوری و چه از نظر عملی، برق بیشتری نسبت به استفاده از موتورهای DC و کنترلکنندههای DC صرفهجویی میکند، نادرست است.
تصور غلط ۲: انتخاب ظرفیت مبدل فرکانس بر اساس توان نامی موتور است
در مقایسه با موتورهای الکتریکی، مبدلهای فرکانس گرانتر هستند، بنابراین کاهش منطقی ظرفیت مبدلهای فرکانس ضمن تضمین عملکرد ایمن و قابل اعتماد، بسیار معنادار است.
توان یک مبدل فرکانس به توان موتور آسنکرون AC چهار قطبی که برای آن مناسب است، اشاره دارد.
با توجه به تعداد قطبهای متفاوت موتورهایی با ظرفیت یکسان، جریان نامی موتور نیز تغییر میکند. با افزایش تعداد قطبهای موتور، جریان نامی موتور نیز افزایش مییابد. انتخاب ظرفیت مبدل فرکانس نمیتواند بر اساس توان نامی موتور باشد. در عین حال، برای پروژههای نوسازی که در ابتدا از مبدلهای فرکانس استفاده نمیکردند، انتخاب ظرفیت مبدلهای فرکانس نمیتواند بر اساس جریان نامی موتور باشد. دلیل این امر این است که انتخاب ظرفیت موتورهای الکتریکی باید عواملی مانند بار، ضریب مازاد و مشخصات موتور را در نظر بگیرد. اغلب، مازاد زیاد است و موتورهای صنعتی با 50 تا 60 درصد بار نامی خود کار میکنند. اگر ظرفیت مبدل فرکانس بر اساس جریان نامی موتور انتخاب شود، حاشیه سود زیادی باقی میماند که منجر به اتلاف اقتصادی میشود و در نتیجه قابلیت اطمینان بهبود نمییابد.
برای موتورهای قفس سنجابی، انتخاب ظرفیت مبدل فرکانس باید بر اساس این اصل باشد که جریان نامی مبدل فرکانس بزرگتر یا مساوی 1.1 برابر حداکثر جریان کارکرد عادی موتور باشد، که میتواند صرفهجویی در هزینه را به حداکثر برساند. برای شرایطی مانند راهاندازی با بار سنگین، محیط با دمای بالا، موتور سیمپیچی شده، موتور سنکرون و غیره، ظرفیت مبدل فرکانس باید به طور مناسب افزایش یابد.
برای طرحهایی که از ابتدا از مبدلهای فرکانس استفاده میکنند، انتخاب ظرفیت مبدل فرکانس بر اساس جریان نامی موتور قابل درک است. دلیل این امر این است که در حال حاضر نمیتوان ظرفیت مبدل فرکانس را بر اساس شرایط عملیاتی واقعی انتخاب کرد. البته، برای کاهش سرمایهگذاری، در برخی موارد، ظرفیت مبدل فرکانس میتواند ابتدا نامشخص باشد و پس از مدتی که تجهیزات کار کردهاند، میتوان آن را بر اساس جریان واقعی انتخاب کرد.
در سیستم آسیاب ثانویه یک آسیاب سیمان با قطر 2.4 متر × 13 متر در یک شرکت سیمان خاص در مغولستان داخلی، یک انتخابگر پودر با راندمان بالای N-1500 O-Sepa تولید داخل وجود دارد که مجهز به یک موتور الکتریکی مدل Y2-315M-4 با قدرت 132 کیلووات است. با این حال، مبدل فرکانس FRN160-P9S-4E انتخاب شده است که برای موتورهای 4 قطبی با قدرت 160 کیلووات مناسب است. پس از راهاندازی، حداکثر فرکانس کار 48 هرتز و جریان فقط 180 آمپر است که کمتر از 70٪ جریان نامی موتور است. خود موتور ظرفیت مازاد قابل توجهی دارد. و مشخصات مبدل فرکانس یک سطح بزرگتر از مشخصات موتور محرک است که باعث اتلاف غیرضروری میشود و قابلیت اطمینان را بهبود نمیبخشد.
سیستم تغذیه سنگ شکن سنگ آهک شماره ۳ در کارخانه سیمان آنهویی چائوهو از یک تغذیه کننده صفحه ای ۱۵۰۰ × ۱۲۰۰۰ استفاده می کند و موتور محرک از یک موتور AC Y225M-4 با توان نامی ۴۵ کیلووات و جریان نامی ۸۴.۶ آمپر استفاده می کند. قبل از تبدیل تنظیم سرعت تبدیل فرکانس، از طریق آزمایش مشخص شد که وقتی تغذیه کننده صفحه ای موتور را به طور عادی هدایت می کند، جریان سه فاز متوسط فقط ۳۰ آمپر است که تنها ۳۵.۵٪ از جریان نامی موتور است. به منظور صرفه جویی در سرمایه گذاری، مبدل فرکانس ACS601-0060-3 انتخاب شد که دارای جریان خروجی نامی ۷۶ آمپر است و برای موتورهای ۴ قطبی با توان ۳۷ کیلووات مناسب است و عملکرد خوبی را ارائه می دهد.
این دو مثال نشان میدهند که برای پروژههای نوسازی که در ابتدا از مبدلهای فرکانس استفاده نمیکردند، انتخاب ظرفیت مبدل فرکانس بر اساس شرایط عملیاتی واقعی میتواند سرمایهگذاری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
تصور غلط ۳: استفاده از توان بصری برای محاسبه جبران توان راکتیو و مزایای صرفهجویی در انرژی
اثر صرفهجویی در مصرف انرژی جبران توان راکتیو را با استفاده از توان ظاهری محاسبه کنید. هنگامی که فن با بار کامل در فرکانس قدرت کار میکند، جریان کاری موتور ۲۸۹ آمپر است. هنگام استفاده از تنظیم سرعت فرکانس متغیر، ضریب توان در عملکرد بار کامل در ۵۰ هرتز حدود ۰.۹۹ و جریان ۲۵۷ آمپر است. دلیل این امر این است که خازن فیلتر داخلی مبدل فرکانس، ضریب توان را بهبود میبخشد. محاسبه صرفهجویی در مصرف انرژی به شرح زیر است: Δ S=UI=× ۳۸۰ × (۲۸۹-۲۵۷)=۲۱kVA
بنابراین، اعتقاد بر این است که اثر صرفهجویی در انرژی آن حدود ۱۱٪ از ظرفیت دستگاه واحد است.
تحلیل واقعی: S نشان دهنده توان ظاهری است که حاصلضرب ولتاژ و جریان است. وقتی ولتاژ یکسان باشد، درصد صرفهجویی در توان ظاهری و درصد صرفهجویی در جریان یکسان هستند. در یک مدار با راکتانس، توان ظاهری فقط حداکثر ظرفیت خروجی مجاز سیستم توزیع را نشان میدهد و نمیتواند توان واقعی مصرف شده توسط موتور را منعکس کند. توان واقعی مصرف شده توسط موتور الکتریکی فقط میتواند به صورت توان اکتیو بیان شود. در این مثال، اگرچه جریان واقعی برای محاسبه استفاده میشود، اما توان ظاهری به جای توان اکتیو محاسبه میشود. میدانیم که مصرف توان واقعی یک موتور الکتریکی توسط فن و بار آن تعیین میشود. افزایش ضریب توان، بار فن را تغییر نداد و همچنین راندمان فن را بهبود نبخشید. مصرف توان واقعی فن کاهش نیافت. پس از افزایش ضریب توان، وضعیت کار موتور تغییر نکرد، جریان استاتور موتور کاهش نیافت و توان اکتیو و راکتیو مصرف شده توسط موتور تغییر نکرد. دلیل افزایش ضریب توان این است که خازن فیلتر داخلی مبدل فرکانس، توان راکتیو تولید میکند که برای مصرف به موتور عرضه میشود. با افزایش ضریب توان، جریان ورودی واقعی مبدل فرکانس کاهش مییابد و در نتیجه تلفات خط بین شبکه برق و مبدل فرکانس و تلفات مسی ترانسفورماتور کاهش مییابد. همزمان، با کاهش جریان بار، تجهیزات توزیع مانند ترانسفورماتورها، سوئیچها، کنتاکتورها و سیمهایی که برق را به مبدل فرکانس تأمین میکنند، میتوانند بارهای بیشتری را تحمل کنند. باید اشاره کرد که اگر صرفهجوییهای ناشی از تلفات خط و تلفات مسی ترانسفورماتور را مانند این مثال در نظر نگیریم، بلکه تلفات مبدل فرکانس را در نظر بگیریم، وقتی مبدل فرکانس با بار کامل در فرکانس ۵۰ هرتز کار میکند، نه تنها در مصرف انرژی صرفهجویی نمیکند، بلکه برق نیز مصرف میکند. بنابراین، استفاده از توان ظاهری برای محاسبه اثرات صرفهجویی در انرژی نادرست است.
مدل موتور محرک فن گریز از مرکز یک کارخانه سیمان خاص Y280S-4 است که دارای توان نامی 75 کیلووات، ولتاژ نامی 380 ولت و جریان نامی 140 آمپر میباشد. قبل از تبدیل تنظیم سرعت تبدیل فرکانس، شیر کاملاً باز بود. از طریق آزمایش مشخص شد که جریان موتور 70 آمپر، تنها با 50٪ بار، ضریب توان 0.49، توان اکتیو 22.6 کیلووات و توان ظاهری 46.07 کیلوولت آمپر است. پس از اتخاذ تنظیم سرعت فرکانس متغیر، هنگامی که شیر کاملاً باز است و سرعت نامی در حال اجرا است، میانگین جریان شبکه برق سه فاز 37 آمپر است، بنابراین در نظر گرفته میشود که صرفهجویی در انرژی (70-37) ÷ 70 × 100% = 44.28% است. این محاسبه ممکن است منطقی به نظر برسد، اما در اصل، هنوز هم اثر صرفهجویی در انرژی را بر اساس توان ظاهری محاسبه میکند. پس از آزمایشهای بیشتر، کارخانه متوجه شد که ضریب توان 0.94، توان اکتیو 22.9 کیلووات و توان ظاهری 24.4 کیلوولتآمپر است. میتوان مشاهده کرد که افزایش توان اکتیو نه تنها باعث صرفهجویی در مصرف برق نمیشود، بلکه باعث مصرف برق نیز میشود. دلیل افزایش توان اکتیو این است که تلفات مبدل فرکانس بدون در نظر گرفتن صرفهجویی در تلفات خط و تلفات مسی ترانسفورماتور در نظر گرفته شده است. کلید این خطا در عدم در نظر گرفتن تأثیر افزایش ضریب توان بر افت جریان نهفته است و ضریب توان پیشفرض بدون تغییر باقی میماند، در نتیجه اثر صرفهجویی در مصرف انرژی مبدل فرکانس اغراقآمیز است. بنابراین، هنگام محاسبه اثر صرفهجویی در مصرف انرژی، باید از توان اکتیو به جای توان ظاهری استفاده شود.
تصور غلط ۴: کنتاکتورها را نمیتوان در سمت خروجی مبدل فرکانس نصب کرد
تقریباً تمام دفترچههای راهنمای کاربر برای مبدلهای فرکانسی نشان میدهند که کنتاکتورها را نمیتوان در سمت خروجی مبدل فرکانسی نصب کرد. همانطور که در دفترچه راهنمای مبدل فرکانسی یاسکاوا در ژاپن آمده است، "سوئیچهای الکترومغناطیسی یا کنتاکتورهای الکترومغناطیسی را در مدار خروجی وصل نکنید".
مقررات سازنده این است که از عملکرد کنتاکتور در زمانی که مبدل فرکانس خروجی دارد، جلوگیری شود. هنگامی که مبدل فرکانس در حین کار به بار متصل میشود، مدار حفاظت اضافه جریان به دلیل جریان نشتی فعال میشود. بنابراین، تا زمانی که قفلهای کنترلی لازم بین خروجی مبدل فرکانس و عملکرد کنتاکتور اضافه شود تا اطمینان حاصل شود که کنتاکتور فقط زمانی که مبدل فرکانس خروجی ندارد، میتواند کار کند، میتوان یک کنتاکتور در سمت خروجی مبدل فرکانس نصب کرد. این طرح برای موقعیتهایی که فقط یک مبدل فرکانس و دو موتور (یک موتور در حال کار و یک موتور به عنوان پشتیبان) وجود دارد، از اهمیت بالایی برخوردار است. هنگامی که موتور در حال کار دچار نقص میشود، میتوان مبدل فرکانس را به راحتی به موتور پشتیبان تغییر داد و پس از یک تأخیر، مبدل فرکانس را میتوان به کار انداخت تا موتور پشتیبان به طور خودکار در عملیات تبدیل فرکانس قرار گیرد. و همچنین میتواند به راحتی به پشتیبانگیری متقابل دو موتور الکتریکی دست یابد.
تصور غلط ۵: استفاده از مبدلهای فرکانس در فنهای گریز از مرکز میتواند به طور کامل جایگزین دریچه تنظیم فن شود
استفاده از مبدل فرکانس برای تنظیم سرعت یک فن سانتریفیوژ برای کنترل حجم هوا، در مقایسه با کنترل حجم هوا از طریق شیرهای تنظیم، تأثیر قابل توجهی در صرفهجویی در مصرف انرژی دارد. با این حال، در برخی موارد، مبدل فرکانس نمیتواند به طور کامل جایگزین شیر فن شود و باید در طراحی توجه ویژهای به آن شود. برای روشن شدن این موضوع، بیایید با اصل صرفهجویی در مصرف انرژی آن شروع کنیم. حجم هوای یک فن سانتریفیوژ متناسب با توان سرعت چرخش آن، فشار هوا متناسب با مجذور سرعت چرخش آن و توان شفت متناسب با مکعب سرعت چرخش آن است.
ویژگیهای فشار باد، حجم هوای (HQ) فن در سرعت ثابت؛ منحنی (2) نشاندهنده ویژگیهای مقاومت باد شبکه لولهکشی (شیر کاملاً باز) است. هنگامی که فن در نقطه A کار میکند، حجم هوای خروجی Q1 است. در این زمان، توان شفت N1 متناسب با مساحت حاصلضرب Q1 و H1 (AH1OQ1) است. هنگامی که حجم هوا از Q1 به Q2 کاهش مییابد، اگر از روش تنظیم شیر استفاده شود، ویژگیهای مقاومت شبکه لولهکشی به منحنی (3) تغییر خواهد کرد. سیستم از نقطه کار اولیه A تا نقطه کار جدید B کار میکند و در عوض فشار باد افزایش مییابد. توان شفت N2 متناسب با مساحت (BH2OQ2) است و N1 تفاوت چندانی با N2 ندارد. اگر روش کنترل سرعت اتخاذ شود، سرعت فن از n1 به n2 کاهش مییابد و ویژگیهای فشار باد، حجم هوای (HQ) در منحنی (4) نشان داده شده است. تحت همان حجم هوای Q2، فشار باد H3 به طور قابل توجهی کاهش مییابد و توان N3 (معادل مساحت CH3OQ2) به طور قابل توجهی کاهش مییابد که نشان دهنده یک اثر صرفهجویی قابل توجه در مصرف انرژی است.
از تحلیل فوق، همچنین میتوان دریافت که تنظیم شیر برای کنترل حجم هوا، با کاهش حجم هوا، فشار هوا در واقع افزایش مییابد؛ و با استفاده از مبدل فرکانس برای کنترل حجم هوا، با کاهش حجم هوا، فشار هوا به طور قابل توجهی کاهش مییابد. اگر فشار باد بیش از حد کاهش یابد، ممکن است الزامات فرآیند را برآورده نکند. اگر نقطه کار در ناحیه محصور شده توسط منحنی (1)، منحنی (2) و محور H باشد، تکیه صرف بر مبدل فرکانس برای تنظیم سرعت، الزامات فرآیند را برآورده نمیکند. برای برآورده کردن الزامات فرآیند، باید با تنظیم شیر ترکیب شود. مبدل فرکانس معرفی شده توسط یک کارخانه خاص، در کاربرد فنهای گریز از مرکز، به دلیل عدم طراحی شیر و تکیه صرف بر تنظیم سرعت مبدل فرکانس برای تغییر نقطه کار فن، آسیب زیادی دید. یا سرعت خیلی زیاد است یا حجم هوا خیلی زیاد است؛ اگر سرعت کاهش یابد، فشار باد نمیتواند الزامات فرآیند را برآورده کند و هوا نمیتواند دمیده شود. بنابراین، هنگام استفاده از مبدل فرکانس برای تنظیم سرعت و صرفهجویی در انرژی در فنهای گریز از مرکز، لازم است هم شاخصهای حجم هوا و هم شاخصهای فشار هوا در نظر گرفته شوند، در غیر این صورت عواقب نامطلوبی به همراه خواهد داشت.
تصور غلط ۶: موتورهای عمومی فقط میتوانند با استفاده از مبدل فرکانس پایینتر از سرعت انتقال نامی خود، با سرعت کاهشیافته کار کنند
نظریه کلاسیک معتقد است که حد بالای فرکانس یک موتور یونیورسال ۵۵ هرتز است. دلیل این امر این است که وقتی سرعت موتور برای کار نیاز به تنظیم بالاتر از سرعت نامی دارد، فرکانس استاتور بالاتر از فرکانس نامی (۵۰ هرتز) افزایش مییابد. در این مرحله، اگر اصل گشتاور ثابت برای کنترل همچنان رعایت شود، ولتاژ استاتور فراتر از ولتاژ نامی افزایش مییابد. بنابراین، هنگامی که محدوده سرعت بالاتر از سرعت نامی است، ولتاژ استاتور باید در ولتاژ نامی ثابت نگه داشته شود. در این مرحله، با افزایش سرعت/فرکانس، شار مغناطیسی کاهش مییابد، بنابراین گشتاور در همان جریان استاتور کاهش مییابد، ویژگیهای مکانیکی نرمتر میشوند و ظرفیت اضافه بار موتور به میزان زیادی کاهش مییابد.
از این رو، میتوان دریافت که حد بالای فرکانس یک موتور یونیورسال ۵۵ هرتز است که یک پیشنیاز است:
۱. ولتاژ استاتور نمیتواند از ولتاژ نامی تجاوز کند؛
۲. موتور با توان نامی کار میکند؛
۳. بار گشتاور ثابت.
در شرایط فوق، تئوری و آزمایشها ثابت کردهاند که اگر فرکانس از ۵۵ هرتز بیشتر شود، گشتاور موتور کاهش مییابد، ویژگیهای مکانیکی نرمتر میشوند، ظرفیت اضافه بار کاهش مییابد، مصرف آهن به سرعت افزایش مییابد و گرمایش شدید میشود.
به طور کلی، شرایط عملیاتی واقعی موتورهای الکتریکی نشان میدهد که موتورهای عمومی را میتوان از طریق مبدلهای فرکانس شتاب داد. آیا سرعت فرکانس متغیر را میتوان افزایش داد؟ چقدر میتوان آن را افزایش داد؟ این امر عمدتاً توسط بار کشیده شده توسط موتور الکتریکی تعیین میشود. اولاً، لازم است میزان بار تعیین شود؟ ثانیاً، لازم است ویژگیهای بار را درک کرده و بر اساس وضعیت خاص بار محاسبات انجام شود. تجزیه و تحلیل مختصر به شرح زیر است:
۱. در واقع، برای یک موتور یونیورسال ۳۸۰ ولت، میتوان آن را برای مدت طولانی، زمانی که ولتاژ استاتور از ۱۰٪ ولتاژ نامی بیشتر میشود، بدون اینکه تاثیری بر عایقبندی و طول عمر موتور داشته باشد، به کار انداخت. ولتاژ استاتور افزایش مییابد، گشتاور به طور قابل توجهی افزایش مییابد، جریان استاتور کاهش مییابد و دمای سیمپیچ کاهش مییابد.
۲. میزان بار موتور الکتریکی معمولاً ۵۰٪ تا ۶۰٪ است
عموماً موتورهای صنعتی با ۵۰٪ تا ۶۰٪ توان نامی خود کار میکنند. طبق محاسبه، وقتی توان خروجی موتور ۷۰٪ توان نامی است و ولتاژ استاتور ۷٪ افزایش مییابد، جریان استاتور ۲۶.۴٪ کاهش مییابد. در این زمان، حتی با کنترل گشتاور ثابت و استفاده از مبدل فرکانس برای افزایش ۲۰٪ سرعت موتور، جریان استاتور نه تنها افزایش نمییابد، بلکه کاهش نیز مییابد. اگرچه مصرف آهن موتور پس از افزایش فرکانس به شدت افزایش مییابد، اما گرمای تولید شده توسط آن در مقایسه با گرمای کاهش یافته در اثر کاهش جریان استاتور ناچیز است. بنابراین، دمای سیمپیچ موتور نیز به طور قابل توجهی کاهش خواهد یافت.
۳. ویژگیهای بار مختلفی وجود دارد
سیستم درایو موتور الکتریکی، بار را تغذیه میکند و بارهای مختلف دارای ویژگیهای مکانیکی متفاوتی هستند. موتورهای الکتریکی باید الزامات ویژگیهای مکانیکی بار را پس از شتابگیری برآورده کنند. طبق محاسبات، حداکثر فرکانس کاری مجاز (fmax) برای بارهای گشتاور ثابت در نرخهای بار مختلف (k) با نرخ بار نسبت معکوس دارد، یعنی fmax=fe/k، که در آن fe فرکانس توان نامی است. برای بارهای با توان ثابت، حداکثر فرکانس کاری مجاز موتورهای عمومی عمدتاً توسط مقاومت مکانیکی روتور و شفت موتور محدود میشود. نویسنده معتقد است که به طور کلی توصیه میشود آن را در محدوده 100 هرتز محدود کنید.
تصور غلط ۷: نادیده گرفتن ویژگیهای ذاتی مبدلهای فرکانس
کار اشکالزدایی مبدل فرکانس معمولاً توسط توزیعکننده انجام میشود و مشکلی وجود نخواهد داشت. نصب مبدل فرکانس نسبتاً ساده است و معمولاً توسط کاربر انجام میشود. برخی از کاربران دفترچه راهنمای مبدل فرکانس را به دقت نمیخوانند، الزامات فنی ساخت را به طور دقیق رعایت نمیکنند، ویژگیهای خود مبدل فرکانس را نادیده میگیرند، آن را با اجزای الکتریکی عمومی برابر میدانند و بر اساس فرضیات و تجربه عمل میکنند و خطرات پنهانی برای نقصها و حوادث ایجاد میکنند.
طبق دفترچه راهنمای کاربر مبدل فرکانس، کابل متصل به موتور باید یک کابل محافظ یا کابل زرهی باشد که ترجیحاً در یک لوله فلزی قرار داده شده باشد. انتهای کابل بریده شده باید تا حد امکان مرتب باشد، بخشهای بدون محافظ باید تا حد امکان کوتاه باشند و طول کابل نباید از فاصله مشخصی (معمولاً 50 متر) تجاوز کند. هنگامی که فاصله سیمکشی بین مبدل فرکانس و موتور زیاد باشد، جریان نشتی هارمونیک بالا از کابل اثرات نامطلوبی بر مبدل فرکانس و تجهیزات اطراف آن خواهد داشت. سیم اتصال زمین برگشتی از موتور که توسط مبدل فرکانس کنترل میشود باید مستقیماً به ترمینال اتصال زمین مربوطه مبدل فرکانس متصل شود. سیم اتصال زمین مبدل فرکانس نباید با دستگاههای جوشکاری و تجهیزات برق مشترک باشد و باید تا حد امکان کوتاه باشد. به دلیل جریان نشتی تولید شده توسط مبدل فرکانس، اگر از نقطه اتصال زمین خیلی دور باشد، پتانسیل ترمینال اتصال زمین ناپایدار خواهد بود. حداقل سطح مقطع سیم اتصال زمین مبدل فرکانس باید بزرگتر یا مساوی سطح مقطع کابل منبع تغذیه باشد. برای جلوگیری از عملکرد نادرست ناشی از تداخل، کابلهای کنترل باید از سیمهای محافظ پیچخورده یا سیمهای محافظ دو رشتهای استفاده کنند. در عین حال، مراقب باشید که کابل شبکه محافظدار با سایر خطوط سیگنال و پوشش تجهیزات تماس پیدا نکند و آن را با نوار عایق بپیچید. برای جلوگیری از تأثیر نویز، طول کابل کنترل نباید از 50 متر تجاوز کند. کابل کنترل و کابل موتور باید جداگانه، با استفاده از سینیهای کابل جداگانه، قرار داده شوند و تا حد امکان از هم دور نگه داشته شوند. هنگامی که این دو باید از روی هم عبور کنند، باید به صورت عمودی از روی هم عبور کنند. هرگز آنها را در یک خط لوله یا سینی کابل قرار ندهید. با این حال، برخی از کاربران هنگام کابلکشی الزامات فوق را به طور دقیق رعایت نکردند، در نتیجه تجهیزات در حین اشکالزدایی جداگانه به طور عادی کار میکردند، اما در حین تولید عادی باعث تداخل جدی میشدند و آن را از کار میانداختند.
همچنین باید در نگهداری روزانه مبدلهای فرکانس دقت ویژهای به عمل آید. برخی از برقکاران به محض تشخیص خطا و قطع کردن آن، بلافاصله مبدل فرکانس را برای تعمیر و نگهداری روشن میکنند. این کار بسیار خطرناک است و ممکن است منجر به حوادث برقگرفتگی شخصی شود. دلیل این امر این است که حتی اگر مبدل فرکانس در حال کار نباشد یا منبع تغذیه قطع شده باشد، ممکن است به دلیل وجود خازنها، هنوز ولتاژ روی خط ورودی برق، ترمینال DC و ترمینال موتور مبدل فرکانس وجود داشته باشد. پس از قطع کردن سوئیچ، لازم است قبل از شروع کار، چند دقیقه صبر کنید تا مبدل فرکانس به طور کامل تخلیه شود. برخی از برقکاران عادت دارند که بلافاصله پس از مشاهده قطع سیستم، با استفاده از میز لرزان، آزمایش عایقبندی را روی موتوری که توسط سیستم درایو فرکانس متغیر هدایت میشود، انجام دهند تا مشخص شود که آیا موتور سوخته است یا خیر. این کار نیز بسیار خطرناک است، زیرا به راحتی میتواند باعث سوختن مبدل فرکانس شود. بنابراین، قبل از قطع کابل بین موتور و مبدل فرکانس، آزمایش عایقبندی نباید روی موتور و همچنین روی کابلی که از قبل به مبدل فرکانس متصل است، انجام شود.
هنگام اندازهگیری پارامترهای خروجی مبدل فرکانس نیز باید توجه ویژهای داشت. با توجه به اینکه خروجی مبدل فرکانس یک شکل موج PWM حاوی هارمونیکهای مرتبه بالا است و گشتاور موتور عمدتاً به مقدار مؤثر ولتاژ اصلی بستگی دارد، هنگام اندازهگیری ولتاژ خروجی، مقدار ولتاژ اصلی عمدتاً با استفاده از ولتمتر یکسوکننده اندازهگیری میشود. نتایج اندازهگیری نزدیکترین نتایج به نتایج اندازهگیری شده توسط یک آنالایزر طیف دیجیتال هستند و رابطه خطی بسیار خوبی با فرکانس خروجی مبدل فرکانس دارند. در صورت نیاز به بهبود بیشتر دقت اندازهگیری، میتوان از یک فیلتر خازنی مقاومتی استفاده کرد. مولتیمترهای دیجیتال مستعد تداخل هستند و خطاهای اندازهگیری قابل توجهی دارند. جریان خروجی باید مقدار مؤثر کل شامل موج اصلی و سایر هارمونیکهای مرتبه بالا را اندازهگیری کند، بنابراین ابزار رایج مورد استفاده آمپرمتر سیمپیچ متحرک است (هنگامی که موتور بارگذاری میشود، تفاوت بین مقدار مؤثر جریان اصلی و مقدار مؤثر کل جریان قابل توجه نیست). هنگام در نظر گرفتن راحتی اندازهگیری و استفاده از ترانسفورماتور جریان، ترانسفورماتور جریان ممکن است در فرکانسهای پایین اشباع شود، بنابراین لازم است یک ترانسفورماتور جریان با ظرفیت مناسب انتخاب شود.