Analys av VFD -energibesparande principer och applikationer (del 1)

Analys av VFD -energibesparande principer och applikationer (del 1)

VFD: s energibesparande principer varierar i olika applikationer. Till exempel erbjuder variabla vridmomentbelastningar som fläktar och pumpar betydande energibesparingar, medan konstant-torskelastningar kan kräva mer variabel hastighet.

När en motor arbetar med nominell frekvens förblir dess utgångseffekt konstant, men den faktiska efterfrågan kan variera. Till exempel upplever en luftkonditioneringspump låga belastningar på natten och kör den i full hastighet avfall energi. VFD: er justerar motorns hastighet genom att justera frekvensen och spänningen, och därmed matcha utgångseffekten till lastbehovet och därmed spara energi. Nyckeln här är förhållandet mellan kraft och hastighet. För pumpar och fläktar är kraften proportionell mot kuben med hastigheten, så till och med en liten minskning av hastigheten kan spara energi avsevärt.

Kärnprincipen för VFD: er i bevarande av motorenergi är att exakt kontrollera motorns hastighet genom att variera strömförsörjningsfrekvensen och spänningen, dynamiskt matcha motorns utgångseffekt till den faktiska belastningsbehovet och undvika onödigt energiavfall. Följande är en detaljerad uppdelning av deras energibesparande principer:

1. Efterfrågan på variabel belastning:

I många applikationer (särskilt fläktar, pumpar, kompressorer, etc.) varierar kraftbehovet för lasten som drivs av motorn. Till exempel:
En vattenpump i ett luftkonditioneringssystem: den erforderliga flödeshastigheten (dvs. pumphastighet) varierar beroende på inomhustemperaturen. En ventilationsfläkt i en fabriksverkstad: den nödvändiga luftvolymen (dvs. fläkthastighet) varierar beroende på produktionsförhållanden och omgivningstemperatur. En kylvattencirkulationspump i ett centralt luftkonditioneringssystem: den erforderliga flödeshastigheten (dvs. pumphastighet) varierar beroende på utomhustemperatur. Under traditionella kontrollmetoder (såsom ventiler, spjäll och bafflar) körs motorn vanligtvis med full hastighet med konstant hastighet (arbetar vid 50Hz/60Hz), medan mekaniska medel (såsom stängningsventiler och spjäll) används för att justera flödet eller trycket. Detta motsvarar ständigt maximal effekt och sedan använda "bromsar" (Thravling -ventiler och spjäll) för att sprida överskott av energi, vilket resulterar i betydande energiavfall.

2. Förhållande mellan motorkraft och hastighet:

Utgångseffekten (p) för en motor är relaterad till dess hastighet (n) och vridmoment (t): p ∝ n * T. För belastningar som fläktar och pumpar (kallas variabla vridmomentbelastningar eller fyrkantiga vridmoment), är lastmomentet (t) ungefär proportionellt mot hastigheten (n) (t ∝ n²).
Därför är kraften (p) som krävs av motorn att driva sådana laster ungefär proportionell mot kuben med hastigheten (p ∝ n³).
Detta är en extremt kritisk relation! Det här betyder:
När den erforderliga flödeshastigheten eller trycket minskar, kommer du helt enkelt att minska motorhastigheten något att minska den erforderliga kraften avsevärt.
Till exempel kräver du att minska fläkt/pumphastigheten till 80% av den nominella hastigheten teoretiskt (0,8) ³=51.2% av den nominella kraften! Detta sparar nästan hälften av energin.

3. VFD: s funktion:

Hastighetsreglering: VFD omvandlar inmatning AC -effekt för en fast frekvens (t.ex. 50 Hz) och fast spänning till växelström med justerbar frekvens och spänning genom intern korrigering, filtrering och inversion (vanligtvis med PWM -pulsbreddsmoduleringsteknologi och kraftanordningar såsom IgBT).

V/f -kontroll (eller vektorkontroll): För att säkerställa effektiv motorisk drift och konstant magnetflöde med olika hastigheter (för att undvika överhettning eller mättnad) minskar inverteraren proportionellt utgångsspänningen (V) samtidigt som man minskar utgångsfrekvensen (f), vilket bibehåller ett grovt konstant V/F -förhållande. (Detta är den grundläggande kontrollmetoden för konstant-vridmoment och är också vanligtvis tillämplig på fläktar och pumpar.) Mer avancerade kontrollmetoder (som vektorkontroll) uppnår ännu mer exakt vridmoment och hastighetskontroll.

Power-on-Demand: Genom att minska frekvensen och spänningen reduceras motorhastigheten för att exakt matcha de aktuella lastkraven. Motorn matar inte längre ut maximal effekt ständigt, utan levererar istället kraft tillräckligt för att möta lastens krav.