หลักการควบคุมความเร็วความถี่แปรผันและการแปลงระบบมอเตอร์เพื่อการประหยัดพลังงาน

ผู้จำหน่ายอุปกรณ์ป้อนกลับพลังงานสำหรับตัวแปลงความถี่ขอเตือนว่าในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานสูงและมีการใช้งานที่หลากหลาย สถิติระบุว่ากำลังการผลิตติดตั้งรวมของจีนอยู่ที่ประมาณ 400 ล้านกิโลวัตต์ โดยมีปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อปีประมาณ 600,000 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมง คิดเป็น 70-80% ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าในภาคอุตสาหกรรม จีนพึ่งพามอเตอร์ขนาดเล็กและขนาดกลางเป็นหลัก คิดเป็นประมาณ 80% ในขณะที่ปริมาณการใช้ไฟฟ้าของมอเตอร์ขนาดเล็กและขนาดกลางคิดเป็น 90% ของการสูญเสียทั้งหมด ในการใช้งานจริงของมอเตอร์ในประเทศจีน พบว่ามีช่องว่างที่สำคัญเมื่อเทียบกับต่างประเทศ โดยมีประสิทธิภาพต่อหน่วยอยู่ที่ 75% ซึ่งต่ำกว่าต่างประเทศ 10% ประสิทธิภาพการทำงานของระบบอยู่ที่ 30-40% ซึ่งต่ำกว่ามาตรฐานสากล 20-30% ดังนั้น มอเตอร์ขนาดเล็กและขนาดกลางในประเทศจีนจึงมีศักยภาพในการประหยัดพลังงานสูง และการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงานของมอเตอร์จึงเป็นสิ่งจำเป็น

ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่าย ผลิตง่าย ราคาประหยัด ทนทาน การทำงานที่เชื่อถือได้ และเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง มอเตอร์แบบอะซิงโครนัสจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมและการเกษตร โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการลากปั๊มและพัดลมในอุตสาหกรรมต่างๆ งานประหยัดพลังงานของมอเตอร์สำหรับลากปั๊มและพัดลมจึงได้รับการยกย่องอย่างสูง

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยเฉพาะอย่างยิ่งการพัฒนาและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ และเทคโนโลยีการควบคุมอัตโนมัติ ทำให้ประสิทธิภาพการประหยัดพลังงานของตัวแปลงความถี่มีความสำคัญมากยิ่งขึ้น ตัวแปลงความถี่ไม่เพียงแต่สามารถควบคุมความเร็วแบบไม่มีขั้นตอนเท่านั้น แต่ยังทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพภายใต้ภาระที่แตกต่างกัน มีคุณสมบัติไดนามิกที่ดี และสามารถควบคุมอัตโนมัติได้อย่างมีประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือสูง และความแม่นยำสูง เมื่อเทียบกับวิธีการควบคุมความเร็วแบบอื่นๆ เช่น การควบคุมความเร็วแบบลดแรงดันไฟฟ้า การควบคุมความเร็วแบบเปลี่ยนขั้ว การควบคุมความเร็วแบบสลิป การควบคุมความเร็วแบบคาสเคด AC เป็นต้น การควบคุมความเร็วแบบแปรผันความถี่มีประสิทธิภาพการทำงานที่เสถียร ช่วงการควบคุมความเร็วที่กว้าง และมีประสิทธิภาพสูง ด้วยการพัฒนาทฤษฎีการควบคุมและเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่ทันสมัย ​​เทคโนโลยีการควบคุมความเร็วแบบแปรผันความถี่ AC จึงได้รับการพัฒนาให้สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น และกลายเป็นเทรนด์ของการควบคุมความเร็วมอเตอร์ AC อุปกรณ์ควบคุมความเร็วแบบแปรผันความถี่ (VFD) ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรม

การใช้ตัวแปลงความถี่เพื่อส่งสัญญาณควบคุมความเร็วนั้นรวดเร็ว ระบบควบคุมมีความล่าช้าเล็กน้อย การตอบสนองมีความไวสูง ความแม่นยำในการควบคุมของระบบปรับตั้งสูง การใช้งานสะดวก เอื้อต่อการปรับปรุงผลผลิต รับประกันคุณภาพ และลดต้นทุนการผลิต ดังนั้น การใช้ตัวแปลงความถี่จึงเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้รับความนิยมในการประหยัดพลังงานและลดการใช้พลังงานในโรงงานและเหมืองแร่

อุปกรณ์ประหยัดพลังงานมอเตอร์ความถี่แปรผันเป็นผลิตภัณฑ์ควบคุมมอเตอร์รุ่นใหม่ที่ปฏิวัติวงการ ใช้เทคโนโลยีการควบคุมแบบดิจิทัลไมโครโปรเซสเซอร์ ช่วยปรับแรงดันและกระแสไฟฟ้าในการทำงานของมอเตอร์แบบไดนามิกผ่านซอฟต์แวร์ควบคุมการประหยัดพลังงานเฉพาะในตัว โดยไม่ต้องเปลี่ยนความเร็วมอเตอร์ อุปกรณ์นี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าแรงบิดขาออกของมอเตอร์จะตรงกับความต้องการโหลดอย่างแม่นยำ ช่วยลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าที่เกิดจากมอเตอร์มีกำลังขับสูงเกินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ปัจจุบันมอเตอร์กระแสสลับเป็นมอเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด คิดเป็นประมาณ 85% ของมอเตอร์ทุกประเภท มอเตอร์กระแสสลับมีข้อดีคือโครงสร้างเรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และไม่ต้องบำรุงรักษา อย่างไรก็ตาม จุดอ่อนคือความยากในการควบคุมความเร็ว ซึ่งจำกัดการใช้งานในหลายรูปแบบ หรือต้องใช้กลไกในการควบคุมความเร็ว

ตัวแปลงความถี่มีการใช้งานทั่วไปสองประเภทตามประเภทของโหลด ได้แก่ 1. การใช้งานแรงบิดคงที่ และ 2. การใช้งานแรงบิดแปรผัน วัตถุประสงค์หลักของการใช้งานคือ 1. เพื่อปรับปรุงกระบวนการ โดยคำนึงถึงความเร็วรอบขณะทำงาน ความเร็วรอบขณะทำงานภายใต้ภาระที่แตกต่างกัน และตำแหน่งที่แม่นยำ ด้วยประสิทธิภาพการควบคุมความเร็วที่ยอดเยี่ยม จึงสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต เพิ่มคุณภาพผลิตภัณฑ์ เพิ่มความสะดวกสบาย ปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ให้เหมาะสม ปรับปรุงหรือปรับปรุงสภาพแวดล้อม ฯลฯ 2. วัตถุประสงค์หลักของการแปลงพลังงานเพื่อประหยัดพลังงานคือการบรรลุผลลัพธ์ที่สำคัญโดยการควบคุมความเร็วของพัดลมและปั๊มที่ต้องการการควบคุมการไหลหรือแรงดัน

หลักการควบคุมความเร็วความถี่แปรผัน

โหลดของมอเตอร์ เช่น พัดลม ปั๊มน้ำ เครื่องอัดอากาศ ปั๊มน้ำมันไฮดรอลิก และปั๊มหมุนเวียน ล้วนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานส่วนใหญ่ในองค์กร ด้วยข้อจำกัดทางเทคนิค ระบบควบคุมการไหล ความดัน หรือปริมาณอากาศเกือบทั้งหมดสำหรับโหลดเหล่านี้จึงเป็นระบบควบคุมด้วยวาล์ว ซึ่งมอเตอร์จะขับเคลื่อนด้วยความเร็วที่กำหนด และระบบจะจ่ายอัตราการไหล ความดัน หรือปริมาณอากาศคงที่ เมื่อความต้องการใช้งานของอุปกรณ์เปลี่ยนแปลงไป อัตราการไหล ความดัน หรือปริมาณอากาศของโหลดจะถูกปรับโดยวาล์วควบคุมการไหล วาล์วระบาย หรือตัวควบคุมแบบสัดส่วนที่ปลายทางออก เพื่อให้สอดคล้องกับสภาพการทำงานของอุปกรณ์ที่เปลี่ยนแปลงไป หลังจากวาล์วควบคุมการไหลหรือวาล์วควบคุมแบบสัดส่วนเกิดการล้น พลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา และพลังงานที่สูญเสียไปนี้เป็นส่วนหนึ่งของพลังงานที่มอเตอร์ดูดซับจากระบบไฟฟ้า ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก จากลักษณะการทำงานของโหลดประเภทนี้ จะเห็นได้ว่ากำลังของมอเตอร์จะแปรผันตามกำลังสามของความเร็ว และความเร็วจะแปรผันตามความถี่ หากเราเปลี่ยนโหมดการทำงานของมอเตอร์เพื่อให้ไม่ทำงานที่ความถี่การทำงานที่กำหนดตลอดเวลา แต่ใช้ระบบควบคุมการปรับความถี่แบบแปรผันสำหรับการควบคุมการเริ่มหยุดและการปรับการทำงาน ความเร็วสามารถปรับได้อย่างต่อเนื่องภายในช่วง 0~2900r/นาที นั่นคือ อัตราการไหลเอาต์พุต แรงดัน หรือปริมาณอากาศก็สามารถปรับอย่างต่อเนื่องภายในช่วง 0~100% เพื่อให้ตรงตามความต้องการในการทำงานของโหลดอย่างแม่นยำและบรรลุเป้าหมายในการประหยัดพลังงานและลดการใช้พลังงาน

ความเร็วของมอเตอร์ AC มีดังนี้: n=60f (1-s)/p

ในสูตร: n=ความเร็วของมอเตอร์

F=ความถี่กำลัง

P=จำนวนขั้วของมอเตอร์

S=อัตราการลื่นไถล

จากสมการจะเห็นได้ว่าความเร็วซิงโครนัส n ของมอเตอร์ AC แปรผันตรงกับความถี่กำลัง f ดังนั้น การเปลี่ยนความถี่กำลังจึงสามารถเปลี่ยนความเร็วของมอเตอร์และบรรลุวัตถุประสงค์ในการควบคุมความเร็วได้

หลักการควบคุมความเร็วความถี่แปรผันเพื่อการประหยัดพลังงาน

การควบคุมความเร็วความถี่แปรผันช่วยประหยัดไฟฟ้า ดังที่ชื่อเรียก มีเพียงการควบคุมความเร็วความถี่แปรผันเท่านั้นที่สามารถประหยัดไฟฟ้าได้ ด้านล่างนี้คือการวิเคราะห์หลักการประหยัดพลังงานสำหรับการใช้งานโหลดทั่วไปสองแบบ

(1) การใช้งานโหลดแรงบิดคงที่

โหลดแรงบิดคงที่หมายความว่า แรงบิดของโหลดจะยังคงที่ไม่ว่าความเร็วจะเปลี่ยนแปลงอย่างไร

สูตรต่อไปนี้: P=K * T * N

K=ค่าสัมประสิทธิ์

P=กำลังเพลา

T=แรงบิดโหลด

N=ความเร็วในการหมุน

จากสูตรข้างต้น จะเห็นได้ว่ากำลังของเพลาแปรผันตรงกับความเร็วรอบมอเตอร์ เมื่อปรับความเร็วรอบมอเตอร์ตามความต้องการของกระบวนการ ก็จะสามารถประหยัดพลังงานได้ตามสัดส่วนที่ต้องการ

(2) การใช้งานโหลดแรงบิดแปรผัน

พัดลมและปั๊มแบบแรงเหวี่ยงมักมีภาระแรงบิดแปรผันตามลักษณะทั่วไป และลักษณะการทำงานมีดังนี้ ส่วนใหญ่ทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน เนื่องจากแรงบิดของภาระเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็ว เมื่อความเร็วเกินความเร็วที่กำหนด จะทำให้มอเตอร์รับภาระเกินพิกัดอย่างรุนแรง ดังนั้น โดยทั่วไปแล้ว พัดลมและปั๊มจะไม่ทำงานเกินความถี่ที่กำหนด