Jako dostawca zewnętrznych napędów VFD (napęd o zmiennej częstotliwości) na własne oczy widziałem, jak ważne jest zrozumienie, jak zużycie energii zmienia się w zależności od obciążenia. Wiedza ta jest kluczowa zarówno dla naszych klientów, jak i całej branży. W tym poście na blogu omówię czynniki wpływające na zużycie energii przez zewnętrzne napędy VFD i jego zmiany w zależności od warunków obciążenia.
Zrozumienie zewnętrznych napędów VFD
Zanim zbadamy związek między zużyciem energii a obciążeniem, przyjrzyjmy się pokrótce, czym są zewnętrzne napędy VFD. Zewnętrzne falowniki VFD to urządzenia elektroniczne kontrolujące prędkość i moment obrotowy silnika elektrycznego poprzez zmianę częstotliwości i napięcia dostarczanej do niego mocy. Są przeznaczone do pracy w trudnych warunkach zewnętrznych i posiadają takie funkcje, jak obudowy odporne na warunki atmosferyczne, ochronę przed kurzem i wilgocią oraz tolerancję na wysokie temperatury.
Zewnętrzne napędy VFD są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach, w tym w pompach, wentylatorach, sprężarkach i przenośnikach. Dostosowując prędkość silnika do wymagań obciążenia, mogą znacznie zmniejszyć zużycie energii i poprawić wydajność systemu.
Czynniki wpływające na zużycie energii
Na zużycie energii zewnętrznego VFD wpływa kilka czynników, w tym:
1. Sprawność silnika
Sprawność silnika podłączonego do VFD odgrywa znaczącą rolę w zużyciu energii. Bardziej wydajny silnik przekształci większy procent energii elektrycznej w energię mechaniczną, co skutkuje niższym zużyciem energii. Wybierając silnik do użytku z zewnętrznym napędem VFD, ważne jest, aby wziąć pod uwagę jego sprawność, która jest zwykle wyrażana w procentach.
2. Wydajność VFD
Wydajność samego VFD wpływa również na zużycie energii. Nowoczesne falowniki VFD są projektowane z myślą o dużej wydajności, a niektóre modele osiągają sprawność przekraczającą 95%. Jednakże wydajność VFD może się różnić w zależności od jego konstrukcji, warunków pracy i obciążenia.
3. Załaduj charakterystykę
Charakterystyka obciążenia, taka jak rodzaj obciążenia (stały moment obrotowy, zmienny moment obrotowy lub stała moc), profil obciążenia (stan ustalony lub dynamiczny) oraz bezwładność obciążenia mogą mieć znaczący wpływ na zużycie energii. Na przykład obciążenie o zmiennym momencie obrotowym, takie jak wentylator lub pompa, zwykle wymaga mniejszej mocy przy niższych prędkościach, podczas gdy obciążenie o stałym momencie obrotowym, takie jak przenośnik lub sprężarka, wymaga stosunkowo stałej ilości mocy niezależnie od prędkości.
4. Warunki pracy
Warunki pracy, takie jak temperatura otoczenia, wilgotność i wysokość nad poziomem morza, mogą również wpływać na zużycie energii przez zewnętrzny VFD. Wysokie temperatury otoczenia mogą zwiększyć temperaturę wewnętrzną VFD, co może zmniejszyć jego wydajność i zwiększyć zużycie energii. Podobnie wysoka wilgotność i wysokość nad poziomem morza mogą również wpływać na działanie VFD i zwiększać zużycie energii.
Zużycie energii a obciążenie
Zależność pomiędzy poborem mocy a obciążeniem w przypadku zewnętrznego VFD można opisać za pomocą następujących ogólnych zasad:
1. Przy małych obciążeniach
Przy małych obciążeniach pobór mocy zewnętrznego napędu VFD jest zazwyczaj stosunkowo niski. Dzieje się tak, ponieważ przetwornica częstotliwości dostosowuje częstotliwość i napięcie mocy dostarczanej do silnika, aby dopasować ją do wymagań obciążenia, co skutkuje niższym poborem prądu. Ponadto nowoczesne przetwornice częstotliwości są projektowane tak, aby charakteryzowały się wysoką wydajnością przy małych obciążeniach, co dodatkowo zmniejsza zużycie energii.
Rozważmy na przykład aNapęd o zmiennej prędkości dla silnika jednofazowegoprowadzenie wentylatora. Przy niskich prędkościach wentylator wymaga mniejszej mocy do działania, a falownik VFD odpowiednio dostosuje częstotliwość i napięcie zasilania silnika. W rezultacie pobór mocy silnika i VFD będzie stosunkowo niski.
2. Przy średnich obciążeniach
Przy średnich obciążeniach pobór mocy zewnętrznego VFD wzrasta stopniowo wraz z obciążeniem. Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem obciążenia przetwornica częstotliwości musi dostarczać więcej mocy do silnika, aby utrzymać żądaną prędkość i moment obrotowy. Jednakże wzrost poboru mocy zazwyczaj nie jest proporcjonalny do wzrostu obciążenia, ponieważ przetwornica częstotliwości może nadal regulować częstotliwość i napięcie mocy dostarczanej do silnika, aby zoptymalizować wydajność.
Rozważmy na przykład aNapęd VFD o mocy 5,5 kWnapędzanie pompy. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu pompy wzrasta również obciążenie silnika. Przetwornica częstotliwości dostosuje częstotliwość i napięcie zasilania dostarczanego do silnika, aby utrzymać żądaną prędkość i natężenie przepływu. W rezultacie pobór mocy silnika i przemiennika częstotliwości będzie stopniowo wzrastał wraz z obciążeniem.
3. Przy dużych obciążeniach
Przy dużych obciążeniach pobór mocy zewnętrznego VFD wzrasta szybciej wraz z obciążeniem. Dzieje się tak dlatego, że gdy obciążenie zbliża się do maksymalnej wydajności silnika i przetwornicy częstotliwości, przetwornica częstotliwości musi dostarczać więcej mocy do silnika, aby utrzymać żądaną prędkość i moment obrotowy. Ponadto wydajność VFD może spaść przy dużych obciążeniach, co dodatkowo zwiększa zużycie energii.
Rozważmy na przykład aNapęd VFD o mocy 45 kWnapędzanie sprężarki. Wraz ze wzrostem ciśnienia w sprężarce wzrasta również obciążenie silnika. VFD dostosuje częstotliwość i napięcie zasilania dostarczanego do silnika, aby utrzymać żądaną prędkość i ciśnienie. W rezultacie pobór mocy silnika i VFD będzie rósł szybciej wraz z obciążeniem.
Optymalizacja zużycia energii
Aby zoptymalizować zużycie energii przez zewnętrzny napęd VFD, należy wziąć pod uwagę następujące wskazówki:
1. Wybierz odpowiedni silnik i VFD
Wybierając silnik i przetwornicę częstotliwości do zastosowań zewnętrznych, ważne jest, aby wybrać silnik o wysokiej sprawności i przetwornicę częstotliwości odpowiednią do charakterystyki obciążenia i warunków pracy. Dzięki temu system będzie działał efektywnie i zużywał mniej energii.
2. Użyj właściwej strategii kontroli
Strategia sterowania stosowana przez VFD może również wpływać na zużycie energii. Na przykład zastosowanie strategii sterowania wektorowego może zapewnić bardziej precyzyjną kontrolę prędkości i momentu obrotowego silnika, co skutkuje niższym zużyciem energii. Ponadto użycie regulatora PID (proporcjonalno-całkująco-różniczkującego) może pomóc w optymalizacji wydajności VFD i zmniejszeniu zużycia energii.
3. Wdrożyć funkcje oszczędzania energii
Wiele nowoczesnych napędów VFD jest wyposażonych w funkcje oszczędzania energii, takie jak automatyczna optymalizacja zużycia energii, tryb uśpienia i hamowanie regeneracyjne. Funkcje te mogą pomóc w zmniejszeniu zużycia energii poprzez dostosowanie działania VFD w oparciu o wymagania dotyczące obciążenia i warunki pracy.
4. Monitoruj i konserwuj system
Regularne monitorowanie i konserwacja zewnętrznego systemu VFD może pomóc w zapewnieniu jego wydajnego działania i mniejszego zużycia energii. Obejmuje to sprawdzenie silnika i napędu VFD pod kątem oznak zużycia lub uszkodzenia, czyszczenie wentylatorów chłodzących i radiatorów oraz kalibrację czujników i elementów sterujących.
Wniosek
Podsumowując, pobór mocy przez zewnętrzny napęd VFD zmienia się w zależności od obciążenia, a zrozumienie tej zależności ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji efektywności energetycznej i zmniejszenia kosztów operacyjnych. Uwzględniając czynniki wpływające na zużycie energii, takie jak sprawność silnika, wydajność VFD, charakterystykę obciążenia i warunki pracy, a także wdrażając wskazówki dotyczące optymalizacji zużycia energii, takie jak wybór odpowiedniego silnika i VFD, stosowanie właściwej strategii sterowania, wdrażanie funkcji oszczędzania energii oraz monitorowanie i konserwacja systemu, możesz mieć pewność, że zewnętrzny system VFD będzie działał wydajnie i zużywał mniej energii.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat zewnętrznych napędów VFD lub masz pytania dotyczące zużycia energii i obciążenia, skontaktuj się z nami. Jesteśmy wiodącym dostawcą zewnętrznych napędów VFD i możemy zapewnić fachowe porady i wsparcie, których potrzebujesz, aby wybrać odpowiedni napęd VFD do swojego zastosowania i zoptymalizować jego działanie.
Referencje
- „Przemienniki częstotliwości: zasady, działanie i zastosowania” Bimal K. Bose
- „Efektywność energetyczna w przemysłowych układach silnikowych” Międzynarodowej Agencji Energetycznej
- „Systemy silników i napędów: projektowanie, sterowanie i monitorowanie” Petera Vasa