Анализ принципов и применений энергетики VFD (часть 1)

Анализ принципов и применений энергетики VFD (часть 1)

Принципы энергосбережения VFD различаются в разных приложениях. Например, нагрузки с переменным кругом, такие как вентиляторы и насосы, обеспечивают значительную экономию энергии, в то время как нагрузки с постоянными кругами могут потребовать большей переменной скорости.

Когда двигатель работает с номинальной частотой, его выходная мощность остается постоянной, но фактический спрос может колебаться. Например, насос кондиционера испытывает низкие нагрузки ночью и запускает его на полной скорости энергии. VFD регулируют скорость двигателя, регулируя частоту и напряжение, тем самым соответствуя выходной мощности с требованиями нагрузки и, таким образом, экономия энергию. Ключ здесь - это связь между мощностью и скоростью. Для насосов и вентиляторов мощность пропорциональна кубу скорости, поэтому даже небольшое снижение скорости может значительно сэкономить энергию.

Основной принцип VFD в сохранении энергии двигателя заключается в том, чтобы точно управлять скоростью двигателя, изменяя частоту и напряжения питания, динамически соответствующее выходной мощности двигателя с фактическим спросом нагрузки и избегая ненужных отходов энергии. Ниже приводится подробный разбив их принципов энергосбережения:

1. Требование с переменной нагрузкой:

Во многих приложениях (особенно вентиляторах, насосах, компрессорах и т. Д.) Потребность в мощности нагрузки, приводимой в движение двигателем. Например:
Водяной насос в системе кондиционирования воздуха: требуемая скорость потока (то есть скорость насоса) варьируется в зависимости от температуры в помещении. Вентиляционный вентилятор в заводской мастерской: требуемый объем воздуха (то есть скорость вентилятора) варьируется в зависимости от условий производства и температуры окружающей среды. Насос циркуляции охлаждающей воды в центральной системе кондиционирования воздуха: требуемая скорость потока (то есть скорость насоса) варьируется в зависимости от температуры наружного воздуха. При традиционных методах управления (таких как клапаны, амортизаторы и перегородки) двигатель обычно работает на полной скорости на постоянной скорости (работающая при 50 Гц/60 Гц), в то время как механические средства (такие как закрывающие клапаны и амортизаторы) используются для регулировки потока или давления. Это эквивалентно постоянному выводу максимальной мощности, а затем использует «тормоза» (дроссельные клапаны и амортизаторы) для рассеивания избыточной энергии, что приводит к значительным энергетическим отходам.

2. Связь между мощностью и скоростью:

Выходная мощность (P) двигателя связана с его скоростью (N) и крутящим моментом (T): P ∝ N * T. Для таких нагрузок, как вентиляторы и насосы (называемые нагрузки с переменным крутящим моментом или квадратный крутящий момент), крутящий момент нагрузки (T) примерно пропорционален квадрату скорости (N) (T ∝ N²).
Следовательно, мощность (P), требуемая двигателем для привода таких нагрузок, приблизительно пропорциональна кубу скорости (P ∝ N ним).
Это чрезвычайно критические отношения! Это означает:
Когда требуемая скорость потока или давление уменьшается, просто немного снизить скорость двигателя значительно снизит необходимую мощность.
Например, снижение скорости вентилятора/насоса до 80% от номинальной скорости теоретически требует только (0,8) ³=51.2% от номинальной мощности! Это экономит почти половину энергии.

3. Функция VFD:

Регуляция скорости: VFD преобразует входную мощность переменного тока фиксированной частоты (например, 50 Гц) и фиксированное напряжение в мощность переменного тока с регулируемой частотой и напряжением посредством внутренней выпрямления, фильтрации и инверсии (обычно с использованием технологии модуляции ширины импульса PWM и силовых устройств, таких как IGBT).

V/F управление (или управление вектором): Для обеспечения эффективной работы двигателя и постоянного магнитного потока на различных скоростях (чтобы избежать перегрева или насыщения), инвертор пропорционально снижает выходное напряжение (V), одновременно снижая выходную частоту (F), поддерживая примерно константный коэффициент V/F. (Это базовый метод управления для нагрузок с постоянными перерывами, а также обычно применим к вентиляторам и насосам.) Более продвинутые методы управления (например, управление вектором) достигают еще более точного управления крутящим моментом и скорости.

Питание по требованию: путем уменьшения частоты и напряжения скорость двигателя снижается, чтобы точно соответствовать требованиям текущей нагрузки. Двигатель больше не выводит максимальную мощность постоянно, но вместо этого обеспечивает мощность достаточно, чтобы удовлетворить требования нагрузки.