Analiza principiilor și aplicațiilor VFD de economisire a energiei (partea 1)

Analiza principiilor și aplicațiilor VFD de economisire a energiei (partea 1)

Principiile de economisire a energiei VFD variază în diferite aplicații. De exemplu, sarcinile cu tors variabil, cum ar fi ventilatoarele și pompele, oferă economii semnificative de energie, în timp ce sarcinile constante-torque pot necesita o viteză mai variabilă.

Când un motor funcționează la frecvență nominală, puterea sa de ieșire rămâne constantă, dar cererea reală poate fluctua. De exemplu, o pompă de aer condiționat se confruntă cu sarcini scăzute noaptea, iar rularea acesteia la viteză de deșeuri de energie. VFD -urile reglează viteza motorului prin reglarea frecvenței și tensiunii, potrivind astfel puterea de ieșire la cererea de încărcare și, astfel, economisind energie. Cheia aici este relația dintre putere și viteză. Pentru pompe și ventilatoare, puterea este proporțională cu cubul vitezei, astfel încât chiar și o ușoară reducere a vitezei poate economisi semnificativ energia.

Principiul principal al VFD -urilor în conservarea energiei motorului este de a controla precis viteza motorului prin modificarea frecvenței și tensiunii sursei de alimentare, potrivind dinamic puterea de ieșire a motorului la cererea reală de sarcină și evitând deșeurile de energie inutile. Următoarea este o defalcare detaliată a principiilor lor de economisire a energiei:

1. Cerere de încărcare variabilă:

În multe aplicații (în special ventilatoare, pompe, compresoare etc.), cererea de energie a sarcinii conduse de motor variază. De exemplu:
O pompă de apă într -un sistem de aer condiționat: debitul necesar (adică viteza pompei) variază în funcție de temperatura interioară. Un ventilator de ventilație într -un atelier din fabrică: volumul de aer necesar (adică viteza ventilatorului) variază în funcție de condițiile de producție și de temperatura ambiantă. O pompă de circulație a apei de răcire într -un sistem central de aer condiționat: debitul necesar (adică viteza pompei) variază în funcție de temperatura exterioară. În conformitate cu metodele tradiționale de control (cum ar fi supapele, amortizoarele și defecțiunile), motorul funcționează de obicei cu viteză maximă la o viteză constantă (funcționând la 50Hz/60Hz), în timp ce mijloace mecanice (cum ar fi supape de închidere și amortizoare) sunt utilizate pentru a regla debitul sau presiunea. Acest lucru este echivalent cu ieșirea constantă a puterii maxime și apoi utilizarea „frânelor” (supape de accelerație și amortizoare) pentru a disipa excesul de energie, rezultând deșeuri de energie semnificative.

2. Relația dintre puterea motorului și viteză:

Puterea de ieșire (P) a unui motor este legată de viteza (n) și cuplul său (t): p ∝ n * t. Pentru sarcini precum ventilatoare și pompe (numite sarcini de cuplu variabile sau sarcini de cuplu pătrate), cuplul de încărcare (t) este aproximativ proporțional cu pătratul vitezei (n) (t ∝ n²).
Prin urmare, puterea (P) cerută de motor pentru a conduce astfel de sarcini este aproximativ proporțională cu cubul vitezei (p ∝ n³).
Aceasta este o relație extrem de critică! Acest lucru înseamnă:
Când debitul sau presiunea necesară scade, simpla reducere a vitezei motorului va reduce semnificativ puterea necesară.
De exemplu, reducerea vitezei ventilatorului/pompei la 80% din viteza nominală necesită teoretic doar (0,8) ³=51.2% din puterea nominală! Acest lucru economisește aproape jumătate din energie.

3. Funcția VFD:

Reglarea vitezei: VFD convertește puterea de intrare de intrare a unei frecvențe fixe (de exemplu, 50 Hz) și tensiune fixă ​​în putere de curent alternativ, cu frecvență și tensiune reglabilă prin rectificare internă, filtrare și inversare (de obicei folosind tehnologia de modulare a lățimii pulsului PWM și dispozitivele electrice, cum ar fi IGBT).

Control V/F (sau control vectorial): pentru a asigura o funcționare eficientă a motorului și un flux magnetic constant la viteze variate (pentru a evita supraîncălzirea sau saturația), invertorul reduce proporțional tensiunea de ieșire (V) în timp ce reduce frecvența de ieșire (F), menținând un raport V/F aproximativ constant. )

Power-on-cerere: prin reducerea frecvenței și a tensiunii, viteza motorului este redusă pentru a se potrivi cu exactitate cu cerințele de încărcare curente. Motorul nu mai produce o putere maximă în mod constant, ci oferă în schimb energie suficientă pentru a răspunde cerințelor încărcăturii.