Кратко рассмотрим основные аспекты применения систем на базе частотно-регулируемого привода.
1. Насосное оборудование
Применение преобразователей частоты для насосного оборудования наиболее эффективно в открытых системах водоснабжения с переменным расходом. Примером могут быть насосные станции I, II подъема, повысительные насосные станции, насосы горячей воды котельных и тепловых пунктов. Традиционно насосное оборудование перечисленных объектов выполнялось с помощью дросселирующих устройств на нагнетающих трубопроводах насосов (задвижек, затворов и т.д.). Данный метод далеко не эффективен и связан с непроизводительными потерями энергии на регулирующей арматуре и более быстром износе механической части насоса.
Наиболее простое и эффективное решение проблемы – изменение производительности насоса с целью стабилизации давления на выходе насосной группы. В этом случае потребитель получает требуемый напор воды при минимально возможных энергетических затратах. 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 в 2 раза приводят к уменьшению потребляемой мощности в 8 раз насоса.
Также не стоит забывать, что при плавном пуске электродвигателя отсутствуют пусковые токи и снижается нагрузка на механическую часть, что продлевает срок службы насосного агрегата.
Обратным эффектом может выступать электрокоррозия подшипника насосного агрегата, вызванная особенностями частотного управления. Решением указанной проблемы является замена подшипника насосного агрегата на электроизолированный, предназначенный для частотного регулирования.
При решении задач частотного управления насосами рекомендуем установку преобразователей частоты Mitsubishi серии FR-F740, которые предназначены для насосного и вентиляционного оборудования.
Преимуществами данной серии является:
- высокая перегрузочная способность, что актуально при возможных заклиниваниях ротора двигателя
- интеллектуальное управление вектором магнитного потока, что позволяет получить дополнительную экономию в процессе частотного регулирования
- возможность построения системы управления группой насосов (от 1 до 4) без применения контроллеров и других устройств управления.
2. Дымососы и вентиляторы
Данная область применения затрагивает в первую очередь котельные. Почему для дымососов и вентиляторов выгодно применять частотное регулирование:
- Электродвигатели дымососов и вентиляторов, как правило, выбираются с двухкратным запасом по отношению к номинальному режиму работы. Это необходимо для обеспечения запуска дымососа или вентилятора при условии больших моментов инерции рабочего колеса.
- В процессе работы очень часто возникает избыточный крутящий момент на валу электродвигателя, что приводит к необоснованному перерасходу электроэнергии.
- В процессе работы котла производительность дымососов и вентиляторов меняется в пределах от 30 % до 100 % для обеспечения различных режимов горения. При этом производительность регулируется путем изменения положения направляющих аппаратов, установленных на выходе вентилятора (дымососа).
- Для котельного оборудования очень важна надежная и безаварийная работа. Преобразователь частоты благодаря широкому комплексу защит позволяет сократить число отказов оборудования в несколько раз.
Принцип частотного регулирования производительности дымососов и вентиляторов котельной основан на полном открытии направляющего аппарата и поддержании требуемой производительности дымососа/вентилятора в зависимости от режима загрузки котла. В данном случае требуется подключение преобразователя частоты к системе автоматики котла.
С точки зрения энергосбережения для дутьевых аппаратов применима кубическая зависимость потребляемой мощности от частоты вращения рабочего колеса. Таким образом, при глубине регулирования в 70% можно достичь поразительных результатов.
Например, в г. Данилов на котельной завода деревообрабатывающих станков (бывш. «Энергосила») применение преобразователя частоты на дымососе ДН-25 котла ПТВМ-30 в среднем позволила добиться снижения потребляемой мощности электродвигателя дымососа с 55 кВт до 5 кВт.
Для решения задач автоматизации котельных прекрасно подойдут преобразователи частоты серии FR-F 740.
Их преимущества следующие:
- Высокая перегрузочная способность (до 150 %), которая позволит обеспечить надежный запуск дымососов и вентиляторов при тяжелых условиях пуска
- Широкий набор функций защит, в том числе снижение частоты при перегрузке двигателя, что не приведет к аварийной остановке дымососа или вентилятора.
- Возможность автоматического подхвата вращающегося двигателя, что позволит быстро перезапустить агрегат в случае, например, кратковременной просадки напряжения.
- Широкие возможности подключения датчиков и внешних устройств, что упрощает задачи автоматизации котельных.
3. Конвейеры
Применение преобразователей частоты для привода конвейеров обусловлено в первую очередь неравномерностью загрузки данного оборудования. При решении данной задачи преобразователи частоты не только обеспечивают плавный пуск и высокий крутящий момент вала электродвигателя на низких частотах, но и позволяют обеспечить синхронизацию ведущего и ведомого двигателя. Как правило, для получения одинаковых выходных частот электродвигателей широко используется режим «мастер-ведомый»: задание частоты получает мастер, остальные привода получают сигналы от ведущего преобразователя частоты. Данная схема отличается относительной простотой и надежностью. Тем не менее, особое внимание следует уделять режимам работы электродвигателей. При высоких нагрузках на вал резко возрастает величина скольжения, что не всегда позволяет достичь требуемой точности синхронизации.
Одним из возможных способов решения данной задачи является применение интеллектуальных преобразователей частоты с высокой перегрузочной способностью и возможностью обеспечения векторного управления электродвигателем. Принцип векторного управления основан на поддержании постоянного значения вектора тока, на основании математической модели, заложенной в алгоритмы управления преобразователями частоты. Различают несколько видов векторного управления: простое векторное управление, бессенсорное векторное управление и векторное управление с обратной связью.
Простое векторное управление с разомкнутым контуром - управление напряжением/частотой применяется для повышения крутящего момента электродвигателя при низких частотах вращения (от 0,5 до 3 Гц).
Бессенсорное векторное управление не предполагает использование датчика обратной связи.
На основании математической модели определяется скорость вращения вала в реальном времени и управление током на выходе преобразователя частоты. При этом возможно обеспечение перегрузочной способности частотно-регулируемого привода в пределах 150% от номинального вращающего момента на выходе с частотой 0,5 Гц, а также контроль выходного тока. Таким образом, при резком возрастании нагрузки электродвигателя, быстрого ускорения или замедления, преобразователь частоты обеспечит надежное вращение за счет увеличения крутящего момента.
Векторное управление с использованием обратной связи. Данный вид управления является наиболее точным и надежным. Принцип его состоит в применении датчика обратной связи для измерения частоты вращения выходного вала двигателя. Как правило, для решения данных задач применяются энкодеры. Дополнительно можно обеспечить управление крутящим моментом. Таким образом, при применении данного вида управления значительно улучшаются динамические показатели привода и система на базе асинхронного электродвигателя становится сопоставимой с более сложной и дорогостоящей сервосистемой.
Лучший инструмент решения задач частотного регулирования конвейеров – преобразователи частоты серии FR-A740. Их отличают следующие преимущества:
- Высокая перегрузочная способность (до 200 %), что значительно повышает надежность работы частотно-регулируемого привода.
- Широкий набор дополнительных плат для решения задач синхронизации и управления с обратной связью, что позволяет подключать датчики (в том числе энкодеры) непосредственно к преобразователю частоты.
- Гибкие сетевые возможности с поддержкой всех промышленных протоколов.
- Наличие встроенного свободно программируемого контроллера, что позволяет средствами преобразователя частоты реализовать простые алгоритмы управления.