В промышленности более половины всей потребляемой электроэнергии расходуется на электроприводы, в частности — на питание асинхронных электродвигателей. Посмотрите сами: системы вентиляции, компрессоры различного назначения, разнообразные насосы, установки с переменными нагрузками, - все это оборудование потребляет для своего питания значительную долю энергии, поставляемой на предприятие.
Не удивительно, что кто-то рано или поздно задумается о возможности экономии электроэнергии на таких установках. И выход действительно есть - существенной экономии позволит достичь преобразователь частоты, призванный регулировать скорость вращения двигателя в зависимости от текущего режима работы (нагрузки) оборудования. Весьма значимым станет повышение КПД двигателя при таком регулировании, особенно когда речь зайдет о нагрузках много ниже номинальных.
Рассмотрим более подробно объективные факторы, влияющие здесь на экономию. Гидравлические удары, могущие возникнуть в трубах при включениях и выключениях насосов без регулирования, сразу исключаются, то есть риск возникновения аварий сводится к минимуму.
Запорная арматура практически не будет изнашиваться, поскольку регулировка напора в системе водоснабжения теперь станет осуществляться не арматурой, а скоростью вращения двигателя, и задвижки останутся всегда открытыми. Поскольку сами насосы будут работать на пониженном давлении, то и прорывы труб и утечки будут теперь маловероятны.
Объем ремонтных работ на оборудовании соответственно уменьшится, благодаря тому, что как двигатели, так и трубопроводы, станут испытывать меньший износ, подшипники реже придется менять из-за износа, как и крыльчатки, и все это благодаря плавному регулированию оборотов моторов и снижению пусковых токов.
В итоге более 60% экономии ресурсов даст перевод регулирования с дросселирования, включения-выключения, - на управление посредством изменения оборотов двигателя благодаря установке частотного преобразователя.
Такие механизмы как конвейеры, вентиляторы, насосы и компрессоры, нуждаются в относительно узком диапазоне регулирования скорости, им также не нужны высокая точность и быстродействие в процессе настройки.
Здесь подойдет асинхронный двигатель с системой скалярного управления, то есть частотный преобразователь будет связанно регулировать уровень напряжения и его частоту.
Если же речь о роботе, транспорте или о приводе быстродействующего станка, то в таком случае потребуется более сложное управление, здесь пригодится частотный преобразователь с векторным управлением, способный установить высокий момент на малых оборотах, дать большое ускорение, подхватить двигатель если питание кратковременно пропало, предотвратить попадание на частоты механического резонанса.
Векторное управление более всего подходит для таких систем, в которых крайне важно качество регулировки и высокая точность установки момента вращения ротора двигателя.
Для кранов, лифтов, буровых установок, экструдеров, прессов, мельниц и т. д. - высокоэффективное управление электрическим приводом посредством частотного преобразователя станет залогом энергосбережения на предприятии и гарантией надежности объекта.
Незаменимы частотные преобразователи и в системах ЖКХ, где трубопроводы водоснабжения и отопления желательно уберечь от гидроударов, защитить арматуру от преждевременного износа и аварий. И поскольку давление может поддерживаться теперь не заслонкой, а регулировкой скорости вращения привода насоса, то и экономия электроэнергии достигнет почти 50%, не говоря уже о значительном продлении срока службы запорно-регулирующей арматуры.
Часто задаваемые вопросы
1. Сколько электроэнергии реально можно сэкономить после установки частотного преобразователя?
По данным практики, перевод регулирования с дросселирования и циклических пусков-остановок на управление скоростью двигателя даёт более 60% экономии ресурсов. В системах ЖКХ экономия электроэнергии на насосах достигает почти 50%.
2. Почему нельзя просто дросселировать поток заслонкой или задвижкой - ведь это дешевле?
Дросселирование не снижает потребление электроэнергии двигателем: он продолжает работать на полной мощности, а избыток давления просто «гасится» арматурой. Частотный преобразователь, в отличие от этого, снижает саму скорость вращения двигателя, и он потребляет ровно столько энергии, сколько нужно.
3. Правда ли, что частотный преобразователь продлевает срок службы оборудования?
Да. Плавный пуск устраняет пусковые токи и механические удары при старте. Работа насосов на пониженном давлении снижает нагрузку на трубы и арматуру. Подшипники, крыльчатки и сальники изнашиваются значительно медленнее, что уменьшает объём ремонтных работ.
4. Что такое гидроудар и как частотник его предотвращает?
Гидроудар - резкий скачок давления в трубопроводе при мгновенном пуске или остановке насоса. При плавном разгоне и торможении двигателя через частотный преобразователь давление нарастает и спадает постепенно, поэтому гидроудары практически исключаются.
5. Чем отличается скалярное управление от векторного?
Скалярное управление регулирует напряжение и частоту совместно по простому закону U/f. Оно подходит для вентиляторов, насосов и конвейеров, где не нужна высокая точность. Векторное управление контролирует момент и поток раздельно, обеспечивая высокую точность и быстродействие - оно применяется в станках, роботах, лифтах и кранах.
6. Может ли частотный преобразователь работать с любым асинхронным двигателем?
В большинстве случаев - да, но есть нюансы. Важно учитывать класс изоляции обмоток двигателя, способ охлаждения (при работе на малых оборотах штатный вентилятор на валу работает слабее), а также длину кабеля между частотником и двигателем. Двигатели, специально предназначенные для работы с преобразователями, имеют усиленную изоляцию и принудительную вентиляцию.
7. Нужен ли частотный преобразователь, если двигатель работает только на полной нагрузке?
Если нагрузка всегда постоянная и близкая к номинальной, прямая экономия электроэнергии будет небольшой. Однако даже в этом случае частотник обеспечивает плавный пуск, снижает пусковые токи и уменьшает износ оборудования, что окупается за счёт снижения затрат на ремонт.
8. Можно ли с помощью частотника разгонять двигатель выше номинальных оборотов?
Технически да - достаточно поднять частоту выше 50 Гц. Но при этом напряжение уже не растёт пропорционально, поэтому снижается магнитный поток и максимальный доступный момент. Кроме того, это допустимо лишь если механика, подшипники и балансировка рассчитаны на повышенную скорость.
9. Где в промышленности применение частотных преобразователей особенно оправдано?
Наиболее эффективно их используют на насосах, вентиляторах, компрессорах и конвейерах с переменной нагрузкой. Высокий эффект достигается также на кранах, лифтах, буровых установках, экструдерах и прессах. В системах ЖКХ - на насосах водоснабжения и теплоснабжения.
10. Как быстро окупается установка частотного преобразователя?
Срок окупаемости зависит от мощности двигателя, режима работы и стоимости электроэнергии. На практике для насосного или вентиляционного оборудования, работающего в широком диапазоне нагрузок, типичный срок окупаемости составляет от 6 месяцев до 2 лет. Чем мощнее привод и дороже электроэнергия - тем быстрее отбивается вложение.
Статьи про частотные преобразователи и их использование:
Виды частотных преобразователей
Скалярное и векторное управление асинхронными двигателями - в чем различие?
Принцип работы частотного преобразователя и критерии его выбора для потребителя
Монтаж частотных преобразователей
Андрей Повный