Jako dostawca VFD (napędu o zmiennej częstotliwości) byłem świadkiem na własne oczy transformacyjnego wpływu VFD na różne branże. Jedną z najważniejszych, choć często pomijanych cech falownika VFD jest funkcja korekcji współczynnika mocy. W tym poście na blogu zagłębię się w to, czym jest korekcja współczynnika mocy, dlaczego jest ona istotna i w jaki sposób VFD może skutecznie korygować współczynnik mocy.
Zrozumienie współczynnika mocy
Zanim przyjrzymy się funkcji korekcji współczynnika mocy w falowniku VFD, istotne jest zrozumienie, czym jest współczynnik mocy. Współczynnik mocy (PF) jest miarą efektywności wykorzystania energii elektrycznej w obwodzie prądu przemiennego. Definiuje się ją jako stosunek mocy rzeczywistej (P), czyli mocy faktycznie wykonującej użyteczną pracę, do mocy pozornej (S), która jest iloczynem napięcia i prądu w obwodzie.
Matematycznie współczynnik mocy wyraża się jako:
[ PF = \frac{P}{S} ]
Wartość współczynnika mocy mieści się w zakresie od 0 do 1. Współczynnik mocy równy 1 oznacza, że cała moc elektryczna dostarczana do obwodu jest wykorzystywana efektywnie, natomiast współczynnik mocy mniejszy niż 1 oznacza, że część mocy jest marnowana. Ta marnowana moc nazywana jest mocą bierną (Q), która jest wymagana do wytworzenia i utrzymania pola magnetycznego w obciążeniach indukcyjnych, takich jak silniki, transformatory i solenoidy.
Dlaczego korekta współczynnika mocy ma znaczenie
Niski współczynnik mocy może mieć kilka negatywnych konsekwencji zarówno dla użytkowników przemysłowych, jak i komercyjnych. Po pierwsze, zwiększa ilość prądu przepływającego przez instalację elektryczną, co z kolei prowadzi do większych strat energii w postaci ciepła. Straty te nie tylko marnują energię, ale także zwiększają koszty operacyjne systemu elektrycznego.
Po drugie, niski współczynnik mocy może powodować spadki napięcia w układzie elektrycznym, co może mieć wpływ na działanie sprzętu elektrycznego. Może to prowadzić do zmniejszenia wydajności, zwiększenia kosztów konserwacji, a nawet przedwczesnej awarii sprzętu.
Wreszcie, wiele przedsiębiorstw użyteczności publicznej pobiera od klientów kary za niski współczynnik mocy. Dzieje się tak dlatego, że niski współczynnik mocy wymaga od przedsiębiorstwa użyteczności publicznej wygenerowania i przesłania większej mocy, niż jest to konieczne do zaspokojenia rzeczywistych wymagań klienta w zakresie mocy. Poprawiając współczynnik mocy, klienci mogą obniżyć rachunki za energię i uniknąć tych kar.
Jak VFD koryguje współczynnik mocy
VFD to urządzenie sterujące prędkością i momentem obrotowym silnika prądu przemiennego poprzez zmianę częstotliwości i napięcia zasilania elektrycznego. Oprócz możliwości kontroli prędkości, VFD może również korygować współczynnik mocy układu elektrycznego.
Większość napędów VFD wykorzystuje obwód prostownika do konwersji napięcia wejściowego prądu przemiennego na napięcie prądu stałego, które następnie jest odwracane z powrotem na napięcie prądu przemiennego o żądanej częstotliwości i napięciu. Obwód prostownika składa się zazwyczaj z diod lub tyrystorów, które pobierają prąd w sposób nieliniowy. Ten nieliniowy pobór prądu może powodować zmniejszenie współczynnika mocy układu elektrycznego.
Aby skorygować współczynnik mocy, wiele nowoczesnych przetwornic częstotliwości jest wyposażonych w obwód korekcji współczynnika mocy (PFC). Obwód PFC został zaprojektowany tak, aby kształtować przebieg prądu wejściowego tak, aby był ściśle dopasowany do kształtu fali napięcia wejściowego, poprawiając w ten sposób współczynnik mocy. Istnieją dwa główne typy obwodów PFC: pasywne i aktywne.
Pasywna korekcja współczynnika mocy
Pasywne obwody PFC wykorzystują cewki indukcyjne i kondensatory do filtrowania prądu wejściowego i redukcji zawartości harmonicznych. Obwody te są stosunkowo proste i niedrogie, ale mogą osiągnąć współczynnik mocy jedynie około 0,9. Pasywne obwody PFC są zwykle używane w zastosowaniach o niskim poborze mocy, gdzie koszt jest głównym czynnikiem.
Aktywna korekcja współczynnika mocy
Aktywne obwody PFC wykorzystują konwerter przełączający do sterowania prądem wejściowym i utrzymywania współczynnika mocy bliskiego 1. Obwody te są bardziej złożone i droższe niż pasywne obwody PFC, ale mogą osiągnąć wyższy współczynnik mocy i lepsze parametry harmoniczne. Aktywne obwody PFC są zwykle używane w zastosowaniach dużej mocy, gdzie efektywność energetyczna i jakość energii są krytyczne.
Korzyści z korekcji współczynnika mocy za pomocą VFD
Korygując współczynnik mocy, przetwornica częstotliwości może zapewnić użytkownikowi szereg korzyści. Po pierwsze, może zmniejszyć zużycie energii przez system elektryczny, minimalizując moc bierną i poprawiając ogólną wydajność. Może to prowadzić do znacznych oszczędności w całym okresie eksploatacji sprzętu.
Po drugie, korekcja współczynnika mocy może poprawić jakość zasilania systemu elektrycznego poprzez zmniejszenie zniekształceń harmonicznych i wahań napięcia. Może to pomóc chronić sprzęt elektryczny przed uszkodzeniem oraz poprawić jego niezawodność i wydajność.
Wreszcie, korekcja współczynnika mocy może pomóc użytkownikowi uniknąć kar naliczanych przez zakład energetyczny za niski współczynnik mocy. Utrzymując wysoki współczynnik mocy, użytkownik może obniżyć rachunki za energię i poprawić zyski.
Zastosowania napędów VFD z korekcją współczynnika mocy
Przetwornice częstotliwości z korekcją współczynnika mocy są szeroko stosowane w różnych gałęziach przemysłu, w tym w produkcji, HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja), uzdatnianiu wody i transporcie. Niektóre z typowych zastosowań napędów VFD z korekcją współczynnika mocy obejmują:
- Sterowanie silnikiem:Przetwornice częstotliwości są powszechnie stosowane do sterowania prędkością i momentem obrotowym silników prądu przemiennego w zastosowaniach przemysłowych. Korygując współczynnik mocy, VFD może poprawić wydajność silnika i zmniejszyć zużycie energii.
- Systemy HVAC:Przetwornice częstotliwości służą do sterowania prędkością wentylatorów i pomp w systemach HVAC. Dostosowując prędkość sprzętu do wymagań obciążenia, VFD może zmniejszyć zużycie energii i poprawić poziom komfortu w budynku.
- Stacje uzdatniania wody:Przetwornice częstotliwości służą do sterowania prędkością pomp i dmuchaw w stacjach uzdatniania wody. Optymalizując działanie sprzętu, VFD może zmniejszyć zużycie energii i poprawić jakość uzdatnionej wody.
- Transport:Przetwornice częstotliwości służą do kontrolowania prędkości pojazdów i pociągów elektrycznych. Poprawiając współczynnik mocy, VFD może zwiększyć zasięg i wydajność pojazdu oraz skrócić czas ładowania.
Wniosek
Podsumowując, funkcja korekcji współczynnika mocy przemiennika częstotliwości jest kluczową funkcją, która może zapewnić użytkownikowi znaczne korzyści. Korygując współczynnik mocy, przetwornica częstotliwości może zmniejszyć zużycie energii, poprawić jej jakość i uniknąć kar nakładanych przez zakład energetyczny. Jako dostawca VFD gorąco polecam rozważenie VFD z korekcją współczynnika mocy w następnym projekcie.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o naszych produktach VFD, w tymNapęd VFD o mocy 30 kW,Jednofazowy VFD na 3-fazowy, IJedno- lub trójfazowy VFD, nie wahaj się z nami skontaktować. Nasz zespół ekspertów jest gotowy pomóc Ci w wyborze odpowiedniego napędu VFD do konkretnego zastosowania oraz zapewnić najlepszą możliwą obsługę i wsparcie.
Referencje
- Chapman, SJ (2012). Podstawy maszyn elektrycznych (wyd. 5). McGraw-Hill.
- Dorf, RC i Svoboda, JA (2014). Wprowadzenie do obwodów elektrycznych (wyd. 9). Wiley'a.
- Mohan, N., Undeland, TM i Robbins, WP (2012). Elektronika mocy: konwertery, zastosowania i projektowanie (wyd. 3). Wiley'a.