Преимущества частотного регулирования электродвигателя
Управление электродвигателем предполагает автоматизацию всей его работы, включая пуск, торможение, реверс и изменение скорости вращения электродвигателя.
Автоматический пуск обеспечивает плавное включение пусковых сопротивлений, возможность регулирования тока в требуемых пределах, что позволяет уменьшить число ошибок, возникающих при пуске, и повышает производительность всей системы в целом. То же самое касается реверса и торможения.
Частотное регулирование позволяет устранить один из существенных недостатков электродвигателей с короткозамкнутым ротором — постоянную частоту вращения ротора электродвигателя, не зависящую от нагрузки. Частотное регулирование создает возможность управления скоростью электродвигателя в соответствии с характером нагрузки. Это в свою очередь позволяет избегать сложных переходных процессов в электрических сетях, обеспечивая работу оборудования в наиболее экономичном режиме.
Частотное регулирование электродвигателя эффективно используют на промышленных предприятиях, в области энергетики, коммунальном хозяйстве и других сферах. Это связано с тем, что частотное регулирование позволяет автоматизировать производственные процессы, экономично расходовать электроэнергию и другие задействованные в производстве ресурсы, повышать качество выпускаемой продукции, а также увеличивать надежность работы всей системы в целом.
Частотное регулирование также позволяет улучшить безотказность работы и долговечность технологической системы. Это обеспечивается за счет снижения пусковых токов, устранения перегрузок элементов системы и постепенной выработки моточасов оборудования. Для частотного регулирования используются частотные преобразователи со встроенными в них ПИД-регуляторами (пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы), обеспечивающими точное регулирование заданных технологических параметров.
Преобразователи частоты, в отличие от других устройств регулирования скорости двигателя, таких как гидравлическая муфта, система генератор-двигатель, механический вариатор, позволяют избегать различных недостатков в работе системы. Речь идет об узком диапазоне регулирования оборудования, сложностях с его эксплуатацией, низким качеством производимых работ и неэкономичности всей системы.
Частотные преобразователи сочетают в себе уникальные качества, высокий технический уровень, надежность и невысокую цену. На базе частотных преобразователей можно создавать гибкие системы электропривода и регулирования технологических параметров. Преобразователи легко встраиваются в существующие системы практически без останова управляемого технологического процесса, легко модифицируются и адаптируются в соответствии со всеми аспектами их применения. Широкий диапазон мощностей и различные варианты систем управления позволяют подобрать решение для многих задач управления.
Частотные преобразователи имеют стандартный интерфейс и входные и выходные унифицированные сигналы для возможности их включения внешним управляющим системам более высокого уровня и подключения устройств дистанционного управления и отображения информации
Частотные преобразователи обладают электромагнитной совместимостью с питающей сетью.
Преимущества применения частотных преобразователей
- Плавное регулирование скорости вращения электродвигателя позволяет в большинстве случаев отказаться от использования редукторов, вариаторов, дросселей и другой регулирующей аппаратуры, что значительно упрощает управляемую механическую (технологическую) систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные расходы
- Частотный пуск управляемого двигателя обеспечивает его плавный без повышенных пусковых токов и механических ударов разгон, что снижает нагрузку на двигатель и связанные с ним передаточные механизмы, увеличивает срок их эксплуатации. При этом появляется возможность по условиям пуска снижения мощности приводных двигателей нагруженных механизмов.
- Встроенный микропроцессорный ПИД-регулятор позволяет реализовать системы регулирования скорости управляемых двигателей и связанных с ним технологических процессов.
- Применение обратной связи системы с частотным преобразователем обеспечивает качественное поддержание скорости двигателя или регулируемого технологического параметра при переменных нагрузках и других возмущающих воздействиях.
- Преобразователи частоты в комплекте с асинхронным электродвигателем может применяться для замены приводов постоянного тока.
- Преобразователь частоты в комплекте с программируемым микропроцессорным контроллером может применяться для создания многофункциональных систем управления электроприводами, в том числе с резервированием механических агрегатов.
- Применение регулируемого частотного электропривода позволяет сберегать электроэнергию устранением неоправданных ее затрат, которые имеют место при альтернативных методах регулирования с технологических потоков дросселированием, с помощью гидромуфт и других механических регулирующих устройств.
Экономия электроэнергии при использовании регулируемого электропривода для насосов в среднем составляет 50-75 % от мощности, потребляемой насосами при дроссельном регулировании. Это определило повсеместное внедрение в промышленно развитых странах регулируемого привода насосных агрегатов. При этом фирмы предлагают различные типы преобразователей частоты для асинхронных двигателей насосов.
Применение устройств плавного регулирования частоты вращения двигателей в насосных агрегатах, помимо экономии электроэнергии, дает ряд дополнительных преимуществ, а именно:
o плавный пуск и останов двигателя исключает вредное воздействие переходных процессов (типа гидравлический удар) в напорных трубопроводах и технологическом оборудовании;
o пуск двигателя осуществляется при токах, ограниченных на уровне номинального значения, что повышает долговечность двигателя, снижает требования к мощности питающей сети и мощности коммутирующей аппаратуры;
o возможна модернизация действующих технологических агрегатов без замены насосного оборудования и практически без перерывов в его работе.
Основные возможности
o Частотные преобразователи позволяют регулировать частоту трехфазного напряжения питания управляемого двигателя в пределах от нуля до 400 Гц.
o Разгон и торможение двигателя осуществляется плавно, при необходимости по линейному закону от времени. Время разгона и (или) время торможения от 0,01 с до 50 мин.
o Реверс двигателя, при необходимости с плавным торможением и плавным разгоном до заданной скорости противоположного направления.
o При разгоне частотные преобразователи могут обеспечивать до 150 % увеличение пусковых и динамических моментов.
o В преобразователях предусмотрены настраиваемые электронные самозащиты и защиты двигателей от перегрузки по току, перегревах, утечках на землю и обрывах линий питания двигателей.
oЧастотные преобразователи позволяют отслеживать с отображением на цифровом индикаторе и формированием соответствующего выходного сигнала о заданном основном параметре системы - частоте питающего двигатель напряжения, скорости двигателя, ток или напряжение двигателя, состояние преобразователя и т.п.
o В зависимости от вида нагрузки двигателей в преобразователях можно формировать требуемые вольт-частотные выходные характеристики.
o В наиболее совершенных преобразователях реализовано векторное управление, позволяющее работать с полным моментом двигателя в области нулевых частот, поддерживать скорость при переменной нагрузке без датчиков обратной связи, точно контролировать момент на валу двигателя.
Области применения частотных преобразователей
На базе частотных преобразователей могут быть реализованы системы регулирования скорости следующих объектов:
o насосов горячей и холодной воды в системах водо- и теплоснабжения, вспомогательного оборудования котелен, ТЭС, ТЭЦ и котлоагрегатов;
o песковые и пульповые насосы в технологических линиях обогатительных фабрик;
o рольганги, конвейеры, транспортеры и другие транспортные средства;
o дозаторы и питатели;
o лифтовое оборудование;
o дробилки, мельницы, мешалки, экструдеры;
o центрифуги различных типов;
o линии производства пленки, картона и других ленточных материалов;
o оборудование прокатных станов и других металлургических агрегатов;
o приводы буровых станков, электробуров, бурового оборудования;
o электроприводы станочного оборудования;
o высокооборотные механизмы (шпиндели шлифовальных станков и т.п.);
o экскаваторное оборудование;
o крановое оборудование;
o механизмы силовых манипуляторов и т.п.
Существенный эффект дает применение преобразователей частоты для регулирования производительности насосных агрегатов, которое традиционно выполнялось с помощью дросселирующих устройств на нагнетающих трубопроводах насосов. Регулирование дросселированием связано с энергопотерями на местных сопротивлениях, создаваемых регулирующими устройствами. Эти потери отсутствуют при управлении производительностью насосного агрегата путем регулирования скорости его приводного двигателя.
Системы управления на базе частотных преобразователей могут иметь любые технологически требуемые функции, реализация которых возможна как за счет встроенных в преобразователи программируемых контроллеров, так и дополнительных контроллеров, функционирующих совместно с преобразователями HYUNDAI
Варианты применения - примеры применения преобразователей частоты HYUNDAI
Одно из достоинств преобразователей частоты Hyundai - Векторный метод управления двигателем – для случаев, когда в процессе эксплуатации нагрузка может меняться на одной и той же частоте, т.е. нет четкой зависимости между моментом нагрузки и скоростью вращения, а также в случаях, когда необходимо получить расширенный диапазон регулирования частоты при номинальных моментах, например, 0…50 Гц для момента 100% или даже кратковременно 150-200% от Мном. Векторный метод работает нормально, если введены правильно паспортные величины двигателя и успешно прошло его автотестирование. Векторный метод реализуется путем сложных расчетов в реальном времени, производимых процессором преобразователя на основе информации о выходном токе, частоте и напряжении. Процессором используется так же информация о паспортных характеристиках двигателя, которые вводит пользователь. Время реакции преобразователя на изменение выходного тока (момента нагрузки) составляет 50…200 мсек.
Векторный метод позволяет минимизировать реактивный ток двигателя при уменьшении нагрузки путем адекватного снижения напряжения на двигателе - дополнительная возможность энергосбережения. Если нагрузка на валу двигателя увеличивается, то преобразователь адекватно увеличивает напряжение на двигателе.
Предлагаем Вам для ознакомления некоторые Варианты применения:
Насос
Первый пример эффективного применения преобразователей частоты.
Наиболее простое и эффективное применение – управление насосными агрегатами станций подкачки водопроводных сетей и силовых распределительных пунктов.
Основано это на стабилизации давления холодной или горячей воды на выходе насосной станции. Возможно применение в качестве сигнала обратной связи датчика давления или расхода воды.
При неравномерном суточном, недельном, месячном графике потребления воды поддержание оптимального давления в сетях возможно с помощью перекрытия задвижек на выходе насосной станции (метод дросселирования) или за счёт изменения скорости вращения насосного агрегата (изменение его производительности).
Мощность, потребляемая насосом, находится в кубической зависимости от скорости вращения рабочего колеса. Р=f(Q3). Производительность насоса Q прямо пропорциональна скорости вращения рабочего колеса. Т.е. уменьшение скорости вращения рабочего колеса насоса (вентилятора) в 2 раза приводят к уменьшению потребляемой мощности в 8 раз. насоса.
Зная суточный график расхода или потребления воды можно определить суточную экономию электроэнергии при применении частотно-регулируемого привода. Таким образом, видно, что частотно-регулируемый привод значительно эффективнее, чем регулирование дросселированием.
Преимущества применения частотно-регулируемого электропривода.
Экономия электроэнергии от 30 до 60%.
Исключение гидроударов, что позволяет резко увеличить срок службы трубопроводов и запорной арматуры.
Отсутствие больших пусковых токов, полная защита электродвигателей насосных агрегатов, работа электродвигателей и пусковой аппаратуры с пониженной нагрузкой, что значительно увеличивает срок службы электродвигателей
Значительная экономия воды за счёт оптимизации давления в сетях и уменьшения разрывов трубопроводов.
Возможность полностью автоматизировать насосные станции.
В начало списка >>>
Вентиляция
Применение частотно-регулируемого привода в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.
Обычно вентиляторы имеют такие параметры, которые обеспечивают максимальный расход воздуха, требуемый системой. Однако условия функционирования часто требуют снижение расхода. Это может достигаться за счёт дросселирования при постоянной частоте вращения вала вентилятора, а так же за счёт изменения скорости вращения вала вентилятора при использовании частотно-регулируемого привода. Производительность можно менять в зависимости от сезонных, климатических условий, баланса тепло и влаговыделений, выделений вредных газов и паров. Зависимость потребляемой мощности вентилятора от скорости вращения вала вентилятора такая же как и у центробежного насоса
Р = f (Q3) , т.е. снижение скорости вращения вала вентилятора приводит к уменьшению потребляемой мощности в 8 раз. Экономия электроэнергии при применении частотно-регулируемого привода может составить до 60%.
В начало списка >>>
Канализация
Управление насосными агрегатами канализационной насосной станции.
Особенности работы канализационной насосной станции.
Большую часть времени на станции работает один насосный агрегат. Регулирование производительности дросселированием трубопроводов обычно не предусматривается. Перекачивание стоков происходит при работе агрегата в режиме периодических включений.
Применение преобразователей частоты позволяет:
Экономить электроэнергию за счет управления насосным агрегатом по специальному алгоритму, включающему в себя:
стабилизацию максимально допустимого уровня в приёмном резервуаре при больших потоках;
поддержание оптимальной частоты электродвигателя при снижении притока;
исключение потери электроэнергии на пусковые токи;
Упрощается техническое обслуживание технологического оборудования, так как исключается большое количество пусков электродвигателей.
Обеспечивается оптимальное протекание режима перекачки стоков без гидроударов.
Уменьшается число коммутационных переключений в силовых цепях и цепях управления насосными агрегатами.
В начало списка >>>
Погружные насосы
Преимущества применения частотно-регулируемого электропривода для глубинных насосов.
Экономия электроэнергии от 30 до 60%.
Исключение гидроударов, что позволяет резко увеличить срок службы трубопроводов и запорной арматуры.
Отсутствие больших пусковых токов, полная защита электродвигателей насосных агрегатов, работа электродвигателей и пусковой аппаратуры с пониженной нагрузкой, что значительно увеличивает срок службы электродвигателей.
Значительная экономия воды за счёт оптимизации давления в сетях и уменьшения разрывов трубопроводов.
Возможность полностью автоматизировать насосные станции.
Вода к потребителю может подаваться напрямую через закрытые трубы без накопления в резервуаре или водонапорном баке.
Не требует строительства, обслуживания водонапорных баков или накопительных резервуаров
Особенность применения ПЧ: расстояние от инвертора до э/д без моторного дросселя при мощности э/д до 5 кВт-10-20м, до 50 кВт - 30-40м, с дросселем - до 200м.
Поддержание уровня
Поддержание заданного уровня жидкости в баке.
Применение ПЧ для поддержания заданного уровня жидкости в баке. Производительность насоса регулируется в зависимости от уровня жидкости в баке. Эффект аналогичен описанию применения в канализации
Котельные
Применение частотно-регулируемого привода в насосных и тягодутьевых механизмах котельных установок.
Тягодутьевые машины потребляют около 60% электроэнергии собственных нужд котельных цехов. Поэтому регулирование их режимных параметров оказывает существенное влияние на мощность и экономичность работы котельных установок.
Использование частотно-регулируемых приводов позволяет решать задачу согласования режимных параметров и энергопотребления тягодутьевых механизмов с изменяющимся характером нагрузки котлов.
Основным назначением тягодутьевых механизмов и водогрейных котлов является поддержание оптимального режима горения в топке котла. Под понятием оптимального режима здесь подразумевается поддержание оптимального соотношения "топливо-воздух" и создание наиболее благоприятных условий для полного сгорания топлива. Для выполнения этого условия необходимо с одной стороны подать нужное количество воздуха в топку - с другой с заданной интенсивностью извлекать из неё продукты горения.
Применение преобразователей частоты для управления вентилятора подачи воздуха в топку, а так же вентилятора дымососа позволяет не только эффективно решать эту задачу, но и автоматизировать этот процесс наиболее полно и эффективно.
Как правило, система регулирования дымососа должна поддерживать заданную величину разряжения в топке котла независимо от производительности котлоагрегата.
Подача топлива в топку котла для сохранения баланса между подводом тепла и отводом его выполняет существующая система управления производительностью котлоагрегата, регулирующая подачу топлива. С его увеличением увеличивается подача воздуха в топку котла и электропривод дымососа должен увеличить отсасывающий объём продуктов горения. Таким образом, связь между системами регулирования вентилятора и дымососа осуществляется через топку котла.
Поскольку график нагрузки отопительной котельной достаточно неравномерный, уменьшение производительности, как вентилятора, так и дымососа позволит сэкономить до 70% электроэнергии, идущей на приведение в действие этих механизмов.
Преимущества применения частотно-регулируемого электропривода:
Экономия электроэнергии от 30 до 60%.
Исключение гидроударов, что позволяет резко увеличить срок службы трубопроводов и запорной арматуры.
Отсутствие больших пусковых токов, полная защита электродвигателей насосных агрегатов, работа электродвигателей и пусковой аппаратуры с пониженной нагрузкой, что значительно увеличивает срок службы электродвигателей.
Значительная экономия энергоресурсов за счёт оптимизации их расхода.
Возможность полностью автоматизировать объект.
В начало списка >>>
Компрессоры
Применение частотно-регулируемого привода в компрессорных установках.
Работа поршневого компрессора существенно отличается от работы механизмов с вентиляторной характеристикой, так как момент сопротивления на его валу можно считать постоянным.
Однако производительность компрессора Q м3/мин зависит от числа оборотов его вала. При регулировании производительности компрессора изменением числа оборотов его вала изменяется и мощность, потребляемая из сети электродвигателем, приводящим компрессор в движение. На промышленных предприятиях достаточно часто требуется регулировать производительность компрессорных установок за счёт изменения скорости вращения электродвигателя.
Из-за неравномерности потребления сжатого воздуха при работе компрессора иногда приходится открывать спускной клапан в ресивере компрессора.
Применение частотно-регулируемого привода как показано на схеме позволяет экономить электроэнергию, поддерживая оптимальное давление при оптимальном расходе сжатого воздуха в системах пневматики.
При применении частотно-регулируемого привода для управления винтовыми компрессорами можно получить экономию электроэнергии, сравнимую с экономией при управлении центробежными насосами (до 60%), т.к. характеристика винтового компрессора близка к характеристике центробежного насоса.
Кроме получения экономии электроэнергии применение частотно-регулируемого привода дополнительно обеспечивает следующее:
Снижается износ коммутационной аппаратуры из-за отсутствия больших пусковых токов при включении двигателя компрессора.
Оптимизация давления в пневмосети снижает утечки сжатого воздуха.
Увеличивается срок службы электродвигателя из-за снижения его нагрузки и отсутствия тяжёлых пусковых режимов.
В начало списка >>>
Фасовка продукции
Установка для фасовки.
В данном примере показано применение преобразователей частоты (ПЧ) в установке для фасовки материалов. Конвейер работает по циклу перемещение-загрузка. Дозатор включается, когда конвейер устанавливает тару под него. Благодаря более точному поддержанию скорости, позиционированию, управлению по информационным сетям можно получить больший КПД системы.
Намотка
Установка для намотки материала.
Для обеспечения протяжки материала с малыми отклонениями от заданной скорости используется преобразователь частоты c датчиком обратной связи (энкодером). Для получения рулона материи с постоянным натяжением по всему диаметру намотки преобразователь частоты привода бобины управляется аналоговым сигналом с датчика натяжения. Еще один вариант - использование встроенной функции - ограничения или управления моментом преобразователя.
В начало списка >>>
Перемещение
Установка для равномерного перемещения материала.
Применение ПЧ в режиме "мастер-ведомый" на примере установки для перемещения материала. Для получения одинаковых выходных частот преобразователей широко используется режим "мастер-ведомый". При этом задание скорости подается на привод "мастер". Остальные привода являются ведомыми и получают задание скорости с ведомого.
Укладка
Установка для рядной намотки проволоки с использованием раскладчика.
Для получения данных о реальной скорости вращения, числа оборотов, реализации возможности задания момента натяжения привод намотки использует датчик обратной связи. Сигнал пропорциональный скорости намотки поступает на привод раскладчика. Этим достигается синхронизация возвратно-поступательного движения раскладчика для получения катушки с рядной намоткой.
В начало списка >>>
Энерго- и ресурсосбережение
Энерго- и ресурсосбережение.
Наиболее простое и эффективное применение - управление насосными агрегатами станций подкачки водопроводных сетей и тепловых распределительных пунктов. Основано это на стабилизации давления холодной или горячей воды на выходе насосной станции. Возможно применение в качестве сигнала обратной связи датчика расхода воды.
При неравномерном суточном, недельном, месячном графике потребления воды поддержание оптимального давления в сетях возможно с помощью перекрытия задвижек на выходе насосной станции (метод дросселирования) или за счёт изменения скорости вращения насосного агрегата (изменение его производительности).
Мощность, потребляемая насосом находится в кубической зависимости от скорости вращения рабочего колеса.
Р = f (Q3) , т.е. уменьшение скорости вращения рабочего колеса насоса, вентилятора в 2 раза приводят к уменьшению мощности, потребляемой насосом в 8 раз. Производительность насоса Q прямо пропорциональна скорости вращения рабочего колеса насоса. Исходя из графиков потребления воды и зависимости мощности, потребляемой насосом от производительности можно определить примерную экономию электроэнергии от применения частотно-регулируемого привода.
Зная суточный график расхода или потребления воды можно определить суточную экономию электроэнергии при применении частотно-регулируемого привода. Для каждого значения производительности насоса Q это будет разница Р графика потребления мощности. Таким образом видно, что частотнорегулируемый привод эффективнее.
В начало списка >>>
