Зачем нужен преобразователь для преобразования частоты?
В цехе насос работает на полной скорости, хотя технологической линии нужен лишь умеренный поток. При открытии вентилятора двигатель продолжает потреблять энергию. В такой ситуации преобразователь частоты меняет скорость вентилятора двигателя, регулирует сигналы и напряжение питания. Это помогает точнее согласовать работу оборудования с формой и уменьшить потери.
Международное энергетическое агентство измеряло долю систем с электроприводом примерно в 45% потребления электроэнергии в мире. Эта цифра приводится в докладе «Возможности политики энергоэффективности для систем с приводом от электродвигателей» (2011). Она показывает масштаб задачи, но не гарантирует одинаковую экономию на каждом объекте. Результат зависит от режима работы, характеристик двигателя, монтажа и настроек. Иногда ожидаемый эффект оказывается скромнее.
Важно различать устройство. Трансформатор обычно изменяет уровень напряжения, а преобразователь частоты управляет параметрами питания электродвигателя. Такое выражение «трансформатор преобразователя частоты» может означать два разных понятия. Это важно. В этой статье разберёмся, зачем нужен преобразователь, как он влияет на работу привода и где его применение оправдано. Отдельно стоит учитывать пусковые токи, охлаждение двигателя и электромагнитные воздействия. Без правильной настройки настройка может вызвать новые проблемы. Идеального решения нет. Даже качественное оборудование требует проверки при установке.
Принцип работы: преобразователь меняет частоту питания двигателя в цепи 0–50/60 Гц.
Преобразователь частоты меняет параметры питания двигателя: входное переменное напряжение выпрямляется, сглаживается, а затем снова применяется с заданной защитой. Так что можно плавно менять скорость вентилятора, а не просто включать двигатель на полную мощность. В цепи частоты 0–50/60 Гц задаются в пределах, допустимых для двигателя и оборудования. Есть важный нюанс: преобразователь обычно регулирует и напряжение, чтобы сохранить соответствующий магнитный режим.
Для четырехполюсного двигателя синхронная частота вращения при 50 Гц составляет около 1500 оборотов в минуту. При 25 Гц она падает примерно до 750 оборотов. Это удобно, например, когда вентилятору нужно подавать меньше воздуха: поток можно регулировать без постоянного дросселя заслонки. Экономия не гарантирована. Она зависит от нагрузки, настроек и режима работы.
По справочному материалу министерства энергетики США в системах электропривода, на моторные системы приходится около 68% потребления электроэнергии американской промышленностью. Поэтому даже умеренное снижение скорости может иметь значение, особенно при длительной работе насосов и вентиляторов. Но на низких оборотах встроенный вентилятор двигателя охлаждает слабее. Это легко упустить. Перед настройкой следует проверить требования к моменту, охлаждению и диапазону частоты в документации двигателя; Одной цифры на панели недостаточно.
Зачем нужен преобразователь частоты?
Частотный преобразователь регулирует частоту питания двигателя. На этом наглядном графике сравниваются выходные сигналы от источника питания с частотой 50 Гц и преобразователя с частотой 25 Гц. В рабочем диапазоне постоянного напряжения V/f напряжение обычно уменьшается пропорционально частоте, чтобы поддерживать магнитный поток двигателя; для сравнения показанные напряжения нормализованы.
Скорость двигателя: при 50 Гц двухполюсный двигатель вращается со скоростью 3000 об/мин.
При частоте 50 Гц двухполюсный двигатель имеет синхронную скорость 3000 об/мин . Это следует из формулы n = 120 × f/P , где f — частота, а P — число полюсов. Но это не всегда фактическая скорость ротора: у асинхронного двигателя она ниже из-за скольжения. При изменении разницы заметна на тахометре. Важно не принимать расчётное значение для гарантированных оборотов.
Преобразователь частоты меняет фазу питания и тем самым регулирует скорость двигателя. Например, при 40 Гц синхронная скорость двухполюсного двигателя выдает 2400 об/мин . Реальная скорость асинхронного двигателя будет немного ниже. Стандарт IEC 60034-1 предъявляет требования к характеристикам электрических электрических машин и не гарантирует одинаковых оборотов при любых направлениях. По данным отчета МЭА «Возможности политики энергоэффективности для систем с приводом от электродвигателей», на электроприводные системы приходится около 46% потребления электроэнергии в мире . Экономия при регулировании скорости зависит от нагрузки и режима работы; она не возникает автоматически.
Советы: верьте направление, число полюсов и номинальные обороты на шильдике. Измерьте скорость под наблюдением. Простая формула — только отправная точка.
Экономия энергетики: при 80% скорости вентилятора мощность вентилятора падает примерно до 51%
Зачем нужен преобразователь для преобразования частоты?
Экономия энергетики: при 80% скорости вентилятора его мощность падает примерно до 51%.
Преобразователь частоты регулирует скорость двигателя и помогает настроить воздушный поток в соответствии с реальной потребностью. Например, вентилятору не всегда нужно работать на полной скорости: в пустом помещении можно уменьшить подачу воздуха. По законам подобия мощности вентиляторов меняется примерно пропорционально кубу скорости. Поэтому при 80% скорости расчет дает 0,8³, или около 51% исходной интенсивности. Это не гарантирует точной экономии на каждом объекте.
В руководстве по политике США «Улучшение производительности системы вентиляторов: Справочник для промышленности» описаны эти законы и применение регулирования скорости вращения вентиляторов. На практике итог зависит от сопротивления воздуховодов, фильтров и режима двигателя. Забитый фильтр, например, меняет точку. Расчет стоимости надежных замеров производительности и расхода воздуха; Одной цифры на панели недостаточно. Некоторые результаты скромнее ожидаемого.
Совет: зафиксируйте исходные обороты, мощность и расход воздуха, затем сравните показатели после настройки. Не снижайте скорость ниже значений, необходимых для вентиляции оборудования и помещений.
Почему стоит использовать частотно-регулируемый привод? Экономия энергии при 80% скорости вращения вентилятора.
| Скорость вентилятора | Приблизительный воздушный поток | Примерное давление | Приблизительная мощность вентилятора | Примерная экономия электроэнергии |
| 100% | 100% | 100% | 100% | 0% |
| 90% | 90% | 81% | 72,9% | 27,1% |
| 80% | 80% | 64% | 51,2% | 48,8% |
| 70% | 70% | 49% | 34,3% | 65,7% |
| 60% | 60% | 36% | 21,6% | 78,4% |
Расчеты основаны на законах подобия вентилятора для сопоставимой операционной системы: расход воздуха приблизительно зависит от скорости, давление — от квадрата скорости, а мощность — от куба скорости. Фактические результаты зависят от вентилятора, сопротивления системы и условий эксплуатации.
Плавный пуск: прямой пуск асинхронного двигателя может достигать 5–8 номинальных токов.
При прямом пуске асинхронный двигатель увеличивает потребляемый ток в 5–8 раз выше номинального . Точное значение зависит от конструкции двигателя и нагрузки. В момент включения вал ещё зафиксирован, сеть производит резкий скачок. Свет может мигнуть, автомат — отключиться, а ременная связь — дёрнуться.
Частотный преобразователь постепенно разгоняет двигатель. Он повышает напряжение и напряжение по заданной программе, поэтому ток обычно удерживается ближе к рабочему диапазону. Например, насос в трубопроводе набирает обороты без резкого удара по потоку. Механические узлы тоже испытывают меньшую нагрузку. Это важно при новых выходах. Но не магия. Слишком замедленный разгон научился перегреть двигатель или не обеспечить нужный момент. Параметры стоит подбирать с учётом нагрузки и данных на шильдике; иногда их приходится корректировать после пробного запуска.
Электромагнитная совместимость приводов: требования стандарта IEC 61800-3.
Частотный преобразователь меняет скорость двигателя, но вместе с этим создает высокочастотные помехи. Они могут распространяться по кабелю питания и излучать провода между приводом и мотором. Поэтому электромагнитная совместимость — не формальность, это часть проектирования системы.
Стандарт IEC 61800-3 устанавливает требования к помехоэмиссии и устойчивости регулируемых электроприводов. Он устанавливает условия применения и категорию оборудования: от C1 для более чувствительных средств до C4 для крупных систем с особыми условиями установки. Подходящая категория зависит не только от самого преобразователя, но и от места, мощности и способа подключения. Ошибка в условиях условия может произойти уже после монтажа.
На практике важны детали: длина моторного кабеля, качество экрана, соединение корпуса с заземлением и прокладка сигнальных проводов вдали от силовых. Даже правильно подобранный фильтр не исправит неудачную разводку шкафа. При возвращении стоит свериться с инструкцией по монтажу и оценить установку, а не только отдельный привод. Здесь легко слишком рано решить, что задача закрыта.
