Экономия электроэнергии при использовании частотных преобразователей

#

Содержание:

  1. Особенности работы системы с заданным контролируемым параметром
  2. Пример расчета энергоэффективности преобразователя частоты

Все более широкое использование частотных преобразователей в системах управления электромоторами связано с целым рядом преимуществ, к главным из которых можно отнести:

  • высокую управляемость работы системы, особенно в комплексах с обратной связью;
  • плавный пуск и стоп мотора;
  • защиту от перепадов напряжения на входе;
  • широкие возможности автоматизации и мониторинга работы системы.

В тоже время можно назвать и несколько недостатков, которые сдерживают повсеместное внедрение таких систем, из которых самый существенный – это достаточно высокая стоимость частотных преобразователей, особенно высокой мощности.

Также у потребителей может возникнуть вопрос, связанный с дополнительным расходом электроэнергии, поскольку между двигателем и питающей сетью включается электронное устройство, на котором происходит некоторая потеря мощности.

КПД современных частотников составляет, как правило, 93-98%, что на значительных мощностях при управлении мощным оборудованием может оказаться довольно значительным. Однако на практике в системах, работающих на обеспечение нахождения заданного параметра в требуемом диапазоне значений, наблюдается существенная экономия электроэнергии при использовании частотных преобразователей, механизм возникновения которой рассмотрен ниже.

Особенности работы системы с заданным контролируемым параметром

Когда создается система с необходимостью поддержания точного рабочего параметра на выходе, обычно предусматривается обратная связь по этому критерию, сигнал которой управляет режимом работы частотного преобразователя. В зависимости от изменений контролируемого параметра в большую или меньшую сторону, соответственно меняется рабочая частота на выходе преобразователя и изменяется частота вращения вала двигателя.

Такие решения чаще всего можно встретить в управлении:

  • насосами водоснабжения, где контроль осуществляется по давлению воды на выходе;
  • вентиляционными системами, контролируемыми параметрами, в которых может быть как скорость потока воздуха, так и его давление;
  • системами принудительного дымоудаления, где критерием может быть разность давлений (разрежение) или скорость воздушного потока; 
  • станками с числовым программным управлением;
  • другими системами, где важно точное соблюдение контролируемого параметра состояния.

В большинстве приведенных примеров, если не используется частотник, регулирование выходного значения производится путем дросселирования потока жидкости, газа или использования управляемых заслонок. И в первом, и во втором случаях электромотор работает на полную мощность. Создается избыточное давление, что приводит к:

  • перерасходу электроэнергии из-за нерационального ее использования в режиме, когда контролируемый параметр достигает верхнего значения;
  • повышенной нагрузке на систему, где обязательно возникают колебания давления и превышение его над номинальным уровнем.

То есть, наблюдается не только перерасход электроэнергии, но и более быстрое изнашивание компонентов устройств, работающих при повышенных нагрузках. 

Любая подобная система проектируется на поддержание рабочего параметра в режиме максимальной нагрузки на нее.На практике такая нагрузка непостоянна, в зависимости от типа системы среднее потребление может быть значительно ниже, чем максимальное. Например, насосы водоснабжения объектов работают на полную мощность всего лишь несколько часов в сутки, поэтому обычно в таких комплексах используются несколько электромоторов разной мощности, что также обходится значительно дороже, чем установка частотного преобразователя.

В вентиляционных и насосных системах, то есть в комплексах, где требуется контролировать давление или скорость потока газовой или жидкой среды потребляемая мощность имеет кубическую зависимость от частоты вращения электропривода.

Пример расчета энергоэффективности преобразователя частоты

В качестве примера можно рассмотреть два варианта построения системы водоснабжения: с насосом, включенным в электросеть напрямую, и через частотный преобразователь. В первом случае используется регулирование давления на выходе путем изменения условного диаметра выходной трубы с помощью заслонки или путем дросселирования. И в первом, и во втором случаях мотор продолжает работать на штатных оборотах, то есть давление сразу после насоса может быть значительно больше расчетного давления в системе.

Тем не менее наблюдается определенное снижение мощности потребления в электромоторе, однако оно практически линейно на участке регулирования, и коэффициент такого уменьшения незначительный. 

Если рассматривать вариант, когда частота вращения электропривода регулируется через частотный преобразователь с обратной связью по давлению на выходе насоса, с учетом пропорциональности мощности потребления от частоты вращения ротора, при понижении частоты всего лишь на 20% мы получим уменьшение потребления в два раза.

То есть, если электромотор в номинальном режиме работает с мощностью 10 кВт, то при снижении потребления и автоматическом понижении оборотов на 20%, фактическая потребляемая мощность электромотора снижается в 2 раза и составляет всего 5 кВт. 

Если снизить частоту вращения двигателя вдвое, мощность потребления электромотора составит примерно 1,3 кВт, то есть экономичность насоса в этом случае увеличивается практически в 8 раз.

Например, если насосная станции обеспечивает водоснабжение городского микрорайона, мощность насоса выбирается таким образом, чтобы обеспечить давление на уровне заданного, даже в том случае, когда все потребители пользуются водой. Однако потребление непостоянно и имеет всего лишь 2 пиковых значения в утренние и вечерние часы, причем длительность этих периодов относительно невелика. В остальное время уровень потребления снижается на 30-50%, а в ночное время может опускаться до 2-5% от пиковых значений.

Потребление электроэнергии насосным оборудованием при использовании частотного преобразователя снижается и позволяет сэкономить до 60% от мощности, расходуемой таким же двигателем, включенным в сеть напрямую.

Конечно, экономический эффект от частотного регулирования работы электромотора в таких и подобных комплексах зависит от режима работы и характера контролируемых параметров. Однако, какой бы функционал ни предполагался в работе такой системы, вы в любом случае сэкономите, ведь его значение обычно находится в пределах от 30 до 60% экономии электроэнергии по сравнению с электромоторами, в которых электронное регулирование частоты вращения не применяется.

Здесь требуется сказать о том, что расчет рентабельности модернизации системы путем установки частотного преобразователя должен учитывать эффект от экономии электроэнергии.Если подбирать частотник для такого типа управления, о котором мы говорили в примере, вполне можно рассмотреть специализированную серию частотников Данфосс, в которой преобразователь мощностью 11 кВт обойдется чуть дешевле чем 60 тыс. руб.

Однако, учитывая то, что что потребление будет снижено в среднем на 30-60%,такая модернизация окупит себя через 2-3 года только за счет экономии электроэнергии. Сюда же нужно добавить лучшее качество оказания услуги потребителям и минимизацию нагрузки на оборудование и компоненты, которые придется реже чинить и заменять. Поэтому на практике внедрение даже таких достаточно дорогостоящих систем, стоимость которых зависит от номинальной мощности подключаемого оборудования и ряда других факторов, достаточно быстро окупает себя, при том, что надежность и долговечность современной электроники исчисляется десятками лет.

В заключении следует напомнить еще и о том, что экономия электроэнергии с помощью частотного преобразователя возможна при использовании рекуперативного торможения, которое позволяет экономить путем возврата электроэнергии в сеть, и оправдана для внедрения в системах, работающих с частым использованием режима «пуск-стоп» или «пуск-стоп-реверс».

Если вы хотите точнее оценить экономический эффект от внедрения частотного преобразователя, вы всегда можете обратиться за помощью к нашим специалистам, предоставить им данные о режимах работы целевой системы, и мы поможем подобрать оптимальную модель частотника и рассчитать экономию, которую вы получите от его внедрения.


Возврат к списку

 
Копирование и распространение информации, упомянутой на страницах ies-drives.ru, возможно только при наличии письменного разрешения администрации сайта. По вопросам использования материалов обращайтесь по электронной почте info@ies-drives.ru. Цены на сайте представлены в информационных целях и не являются публичной офертой. Условия работы сайта
Что такое преобразователь частоты
Преобразователи частоты INNOVERT
Универсальный компактный преобразователь частоты Danfoss VLT Micro Drive FC 51
Частотные преобразователи Danfoss серия VLT HVAC Basic Drive FC 101