Постачальники пристроїв зворотного зв'язку за енергією для перетворювачів частоти нагадують, що в сучасній промисловості двигуни є типом високоенергоємного обладнання з широким спектром застосування. Згідно зі статистикою, загальна встановлена потужність Китаю становить близько 400 мільйонів кіловат, а річне споживання електроенергії становить близько 600 мільярдів кіловат-годин, що становить 70-80% промислового споживання електроенергії. Китай в основному покладається на малі та середні двигуни, на які припадає близько 80%, тоді як кількість електроенергії, споживаної малими та середніми двигунами, становить 90% від загальних втрат. У практичному застосуванні двигунів у Китаї існує значний розрив у порівнянні з іноземними країнами, з ККД одиниці 75%, що на 10% нижче, ніж у іноземних країнах; Експлуатаційний ККД системи становить 30-40%, що на 20-30% нижче, ніж у міжнародному передовому рівні. Тому малі та середні двигуни в Китаї мають великий потенціал енергозбереження, і сприяння енергозбереженню двигунів є вкрай важливим.
Завдяки своїй простій конструкції, легкості виготовлення, низькій ціні, довговічності, надійній роботі та придатності для використання в суворих умовах, асинхронні двигуни широко використовуються в промисловому та сільськогосподарському виробництві. Особливо для тягачних насосів та вентиляторів у різних галузях промисловості високо цінується енергозберігаюча робота двигунів тягачних насосів та вентиляторів.
Зі швидким розвитком науки і техніки, особливо з високим рівнем розвитку та застосування силової електроніки, мікроелектроніки та автоматичного керування, енергозберігаючий ефект перетворювачів частоти став ще більш значним. Вони дозволяють не тільки досягати безступінчастого регулювання швидкості, але й ефективно працювати під різними навантаженнями, зберігаючи хороші динамічні характеристики, а також досягати високої продуктивності, високої надійності та високоточності автоматичного керування. Порівняно з іншими методами регулювання швидкості, такими як регулювання швидкості зниженням напруги, регулювання швидкості зміни полюсів, регулювання швидкості ковзання, каскадне регулювання швидкості змінного струму тощо, регулювання швидкості зі змінною частотою має стабільну продуктивність, широкий діапазон регулювання швидкості та високу ефективність. З розвитком сучасної теорії керування та силової електроніки, технологія регулювання швидкості змінного струму зі змінною частотою стає все більш досконалою та стала тенденцією регулювання швидкості двигунів змінного струму. Пристрої регулювання швидкості зі змінною частотою (ЧРП) широко використовуються в промисловій галузі.
Використання перетворювачів частоти для передачі сигналу керування швидкістю є швидким, система керування має невелику затримку часу, чутливість відгуку, висока точність керування системою регулювання, зручність використання та сприяє підвищенню виробничої потужності, забезпеченню якості та зниженню виробничих витрат. Тому використання перетворювачів частоти є популярним продуктом для енергозбереження та зменшення споживання на заводах та гірничодобувних підприємствах.
Енергозберігаючий пристрій для двигуна зі змінною частотою – це революційний пристрій нового покоління для керування двигуном. Заснований на технології цифрового мікропроцесорного керування, він динамічно регулює напругу та струм в інженерії роботи двигуна за допомогою вбудованого спеціалізованого програмного забезпечення для оптимізації енергозбереження. Не змінюючи швидкість двигуна, він забезпечує точну відповідність вихідного крутного моменту двигуна навантаженню, ефективно уникаючи втрат електроенергії, спричинених надмірною потужністю двигуна.
Двигуни змінного струму наразі є найпоширенішими двигунами, складаючи близько 85% усіх типів двигунів. Вони мають такі переваги, як проста конструкція, низька вартість та відсутність потреби в обслуговуванні. Однак їхнім недоліком є складність регулювання швидкості, що обмежує їх використання в багатьох сферах застосування або вимагає механічних засобів для досягнення регулювання швидкості.
Існує два типових застосування перетворювачів частоти з точки зору типів навантаження: 1. Застосування постійного крутного моменту; 2. Застосування змінного крутного моменту. Щодо цілей застосування, основними цілями є: 1. Покращення процесу, забезпечення швидкості обертання під час процесу, швидкості обертання при різних навантаженнях та точного позиціонування. Завдяки відмінній продуктивності регулювання швидкості, вони можуть підвищити продуктивність, покращити якість продукції, покращити комфорт, раціоналізувати обладнання, адаптувати або покращити навколишнє середовище тощо. 2. Основною метою енергозберігаючої трансформації є досягнення значних результатів шляхом контролю швидкості вентиляторів та насосів, які потребують регулювання потоку або тиску.
Принцип регулювання швидкості зі змінною частотою
Такі навантаження двигунів, як вентилятори, водяні насоси, повітряні компресори, гідравлічні масляні насоси та циркуляційні насоси, складають переважну більшість енергоспоживаючого обладнання, що використовується на підприємствах. Через технічні обмеження майже всі системи регулювання потоку, тиску або об'єму повітря для таких навантажень є системами з керуванням клапанами, де двигун працює з номінальною швидкістю, а система забезпечує постійний потік, тиск або об'єм повітря. Коли робочі вимоги обладнання змінюються, потік навантаження, тиск або об'єм повітря регулюються за допомогою переливних, запобіжних клапанів або пропорційних регуляторів, розташованих на вихідному кінці, щоб задовольнити змінні потреби умов експлуатації обладнання. Після переповнення переливного клапана або пропорційного регулювального клапана вивільняється велика кількість енергії, і ця розсіювана енергія насправді є частиною енергії, що поглинається двигуном з електромережі, що призводить до великих втрат електроенергії. З робочих характеристик цього типу навантаження видно, що потужність двигуна пропорційна кубу швидкості, а швидкість пропорційна частоті. Якщо змінити режим роботи двигуна таким чином, щоб він не завжди працював на номінальній робочій частоті, а натомість використовував систему керування зі змінною частотою для керування пуском-зупинкою та регулювання, його швидкість можна було б плавно регулювати в діапазоні 0~2900 об/хв, тобто вихідна швидкість потоку, тиск або об'єм повітря також можна було б плавно регулювати в діапазоні 0~100%, щоб точно відповідати робочим потребам навантаження та досягати мети енергозбереження та зменшення споживання енергії.
Швидкість двигуна змінного струму така: n=60f (1-с)/p
У формулі: n=швидкість двигуна
F=частота живлення
P = кількість полюсів двигуна
S=швидкість ковзання
Як видно з рівняння, синхронна швидкість n двигуна змінного струму прямо пропорційна частоті живлення f. Отже, зміна частоти живлення може змінити швидкість двигуна та досягти мети регулювання швидкості.
Принцип регулювання швидкості зі змінною частотою для енергозбереження
Регулювання швидкості зі змінною частотою економить електроенергію, як випливає з назви, лише регулювання швидкості зі змінною частотою може економити електроенергію. Нижче наведено аналіз принципів енергозбереження для двох типових застосувань навантаження.
(1) Застосування постійного навантаження з крутним моментом
Постійний крутний момент навантаження означає, що незалежно від змін швидкості, крутний момент навантаження залишається постійним.
Наступна формула: P=K * T * N
K=коефіцієнт
P=потужність на валу
T=крутний момент навантаження
N=швидкість обертання
З наведеної вище формули видно, що потужність на валу прямо пропорційна швидкості двигуна. Коли швидкість двигуна регулюється відповідно до потреб процесу, можна природно досягти відповідної частки економії енергії.
(2) Застосування змінного крутного моменту навантаження
Відцентрові вентилятори та насоси належать до типових навантажень зі змінним крутним моментом, а їхні робочі характеристики такі: більшість із них працюють безперервно протягом тривалого часу. Оскільки крутний момент навантаження пропорційний квадрату швидкості, перевищення швидкості над номінальною може призвести до серйозного перевантаження двигуна. Тому вентилятори та насоси зазвичай не працюють понад номінальну частоту.