Аналіз ефективності застосування частотних перетворювачів

Внаслідок постійного зростання цін на енергоносії все частіше підприємства змушені зменшувати експлуатаційні витрати зниженням енергоспоживання. Дискусії про енергоспоживання ведуться переважно навколо альтернативних джерел енергії та нових енергозберігаючих технологій, однак, уже існуючим технічним рішенням, які пропонують можливості колосальної економії, надається відносно невелика увага.

Надійне, просте і економічно вигідне рішення стосується використання частотних перетворювачів (ЧП) для регулювання числа обертів в електродвигунах у системах вентиляції та кондиціонування, а також опалення та водопостачання. Ця відносно проста технологія, як і використання найефективніших альтернативних джерел, окуповується менш ніж за рік.

Перетворювачі частоти відомі під багатьма назвами: конвертери частоти, інвертори, електроприводи з частотним регулюванням, приводи з регульованою швидкістю, перетворювачі частоти тощо. Всі ці означення мають на увазі один і той самий прилад: електронний пристрій для безступінчастого регулювання числа обертів в електродвигунах. Проте, сьогоднішні системи ЧП пропонують додаткові корисні особливості, такі як функції регулювання і захисні функції для інших компонентів системи.

Слід зауважити, що при змінних режимах роботи вентиляційних систем –дроселювання є неефективним регулюванням витрати повітря в залежності від функції зміни тиску в вентсистемі, внаслідок значних витрат енергії (див. рис. 1.3)

Рис. 1.3. Порівняння ефективності регулювання при застосуванні частотних перетворювачів та при дроселюванні

Відношення між змінними величинами, такими як тиск, витрата, число обертів турбіни і споживчої потужності (споживання електроенергії) може бути виражене за допомогою законів подібності. Вони стосуються як насосів, так і осьових та радіальних вентиляторів. Із цих законів видно, що витрата підвищується прямо пропорційно числу обертів, у той час як тиск збільшується пропорційно квадрату числа обертів.

Найважливіший аспектом економії енергії полягає в тому, що споживання електроенергії пропорційне третьому ступеню (“в кубі”) числа обертів турбіни вентилятора, а отже і витраті. Це означає, що навіть мінімальне зниження числа обертів може привести до великої економії електроенергії, а отже і грошей.

Таким чином, наприклад, при 80% числа обертів досягається 80% витрати повітря, що протікає у вентиляційній системі, а споживання електроенергії зменшиться до 51%, від споживання за повної (розрахункової) витрати, тобто на прикладі електродвигуна на 5,5кВт економія становитиме 2,7 кВт.

Відомо, що при оптимальному проектуванні асинхронних електричних двигунів для частотного регулювання є можливість отримати на 25 % більше потужності.

Також перевагою частотного перетворювача вважається можливість застосування в шафах керування типових асинхронних двигунів, причому регулюється не тільки швидкість обертання, а й ковзання, що дозволяє мінімізувати втрати в роторі. У випадку їх незначної реконструкції є можливість зняти близько 20 показників стану електроприводу, що дає можливість детально діагностувати електромотор в реальному часі, запобігати аваріям і вчасно проводити періодичне обслуговування.

Однак попри широке застосування частотних перетворювачів у системах вентиляції залишається такий недолік, як зміна структури потоку на виході з радіального вентилятора. Це відбувається внаслідок зміни режиму роботи вентилятора, що у свою чергу може призвести до зміни коефіцієнтів місцевих опорів вентелементів, розташованих у безпосередній близькості до вентилятора. Тобто відбудеться зміна характеристики вентиляційної системи в цілому, що матиме безпосередній вплив на ККД  роботи вентилятора в цій системі.

Тому дослідження нагнітального потоку радіального вентилятора при різних числах обертів турбіни є актуальним і важливим завданням для забезпечення ефективної та надійної роботи вентиляційних систем.

Матеріали надав Богдан Гулай