Print

Zvyšování účinnosti zaváděním frekvenčních měničů

-- 14.03.16

Doplnění frekvenčního měniče je dnes podstatně snadnější. Z důvodu vysokého účiníku a účinnosti motorů s permanentními magnety (PM) je důležité vybrat frekvenční měnič na základě výkonu motoru, nikoli podle motorového proudu.

Ve světě energetické účinnosti je frekvenční měnič králem. Díky zdokonalení kvality součástí a také díky jejich miniaturizaci je doplnění frekvenčního měniče do systému poměrně snadnou záležitostí. S účinností okolo 98 % jsou dnešní frekvenční měniče s přehledem tím nejúčinnějším zařízením v řetězci konverze energie, v němž frekvenční měnič mění elektrickou energii na mechanickou. Přidání frekvenčního měniče do systému může ve skutečnosti přispět nejen ke snížení spotřeby energie díky variaci rychlosti otáčení motoru, ale může také při správném používání zlepšit účiník, snížit náklady na údržbu a zvýšit objem výroby i kvalitu produktu pro konečného uživatele.

V dnešní době působí větší tlak na zvýšení energetické účinnosti a snížení celkových výdajů za energii. Frekvenční měniče už ve smyslu energetické účinnosti dokázaly maximum, snad mimo revoluční použití supravodičů při pokojové teplotě. Z tohoto důvodu jsou frekvenční měniče jen jedním kouskem skládanky energeticky účinné budoucnosti. Dalším klíčovým dílkem jsou novější, účinnější technologie motorů – indukční motory s vysokou („premium“) a velmi vysokou („super premium“) účinností, synchronní motory s permanentními magnety a relativně nové synchronní reluktanční motory.

Berte v potaz výkon, nikoli proud

Dimenzování a výběr frekvenčního měniče pro použití s indukčními motory bylo vždy poměrně přímočarým úkolem: dodat preferovanému dodavateli frekvenčního měniče údaje o napětí motoru a jmenovitém výkonu nebo ještě lépe o jmenovitém proudu. Poslední novelizace (z roku 2014) zákona o energetické politice a úsporách energie (Energy Policy and Conservation Act) z roku 1975 posunula nahoru hodnotu minimální účinnosti elektromotorů a vztahuje se na více typů motorů než dříve. Nová nabídka motorů s vysokou účinností však nemá vliv na dimenzování a výběr vhodného frekvenčního měniče pro danou aplikaci. Namísto toho to znamená, že motory se stejným jmenovitým výkonem spotřebovávají méně proudu. V závislosti na proudu to může někdy vést k situaci, že pro stejný úkol bude stačit menší frekvenční měnič, protože většina jejich výrobců specifikuje jmenovitý výkon měniče na základě tabulky NEC (National Electrical Code) proudů při plném zatížení pro indukční motory. Tyto tabulky mají hodnoty proudu, které jsou často vyšší, než mají současné indukční motory, zejména ve srovnání s motory s vysokou a velmi vysokou účinností.

Je obtížné se při navrhování vyhnout rotorovým ztrátám, aniž by se zvyšovaly náklady a omezila se účinnost této technologie. Aby výrobci dostali motory na vyšší úroveň účinnosti, vytvořili synchronní motor s permanentními magnety (motor PM). Motory s permanentními magnety, které typicky disponují vyššími proudovými hodnotami než specifikace pro třídu vysoké účinnosti, mají téměř jednotkový účiník. Motory s permanentními magnety se historicky využívají pro specializované aplikace vyžadující buď velmi vysoké provozní rychlosti, nebo vysoký krouticí moment za nižších rychlostí. Dnes však není neobvyklé najít stále větší počet motorů s permanentními magnety instalovaných v systémech vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC), což je dáno jejich vyšší účinností napříč celým rychlostním rozsahem. Z důvodu vysokého účiníku a vysoké účinnosti motorů s permanentními magnety (PM) je důležité vybírat frekvenční měnič na základě výkonu motoru, nikoli podle motorového proudu.

Při výběru motoru s permanentními magnety pro danou aplikaci je důležité chápat, že pro svůj provoz potřebuje frekvenční měnič. Někteří výrobci motorů zkoumají možnosti přímého spouštění motorů s permanentními magnety, ty však ještě nejsou na trhu dostupné. Motory s permanentními magnety se navíc chovají jinak než indukční motory, takže zvolený frekvenční měnič vyžaduje speciálně navržený algoritmus pro řízení motoru. Tento algoritmus potřebuje o něco více výpočetního výkonu, takže jen málo výrobců frekvenčních měničů nabízí řízení motoru s permanentními magnety ve třídě kompaktních/mikro frekvenčních měničů. Někteří výrobci frekvenčních měničů rovněž požadují specifikování typu motoru s permanentními magnety, který se má řídit (povrchový magnet nebo vnitřní magnet). Pro některé výrobce je obtížné řídit všechny motory s permanentními magnety pouze jedním řídicím algoritmem, zatímco jiní výrobci frekvenčních měničů dokážou zvládat výzvy spojené s řízením motorů s permanentními magnety bez jakýchkoli problémů.

A konečně abyste získali z motoru s permanentními magnety co nejvíce, frekvenční měnič by měl disponovat funkcí identifikace motoru (někdy označovanou jako ID motoru nebo automatické ladění motoru), která fyzicky projde s motorem celý jeho rychlostní rozsah a měří klíčové body podél rychlostní křivky. Funkce identifikace motoru, která měří pouze stojící motor, nebude frekvenční měnič náležitě optimalizovat, což povede k nedokonalému řízení motoru, zejména pak za nízkých rychlostí. Proces manuálního ladění je u motorů s permanentními magnety možný, ale jde do značné míry o metodu pokusu a omylu, zatímco zabudovaná funkce identifikace motoru u těch nejlepších frekvenčních měničů nevyžaduje už žádné další ladění. 

V minulosti bylo řízení motoru s permanentními magnety pouze záležitostí uzavřené smyčky / zpětnovazebního převodníku, avšak algoritmy řízení motoru s otevřenou smyčkou ušly značný kus cesty, takže jednodušší aplikace již pro přesné a účinné řízení nevyžadují zpětnou vazbu z převodníku. To dovoluje širší využívání motorů s permanentními magnety a frekvenčních měničů v systémech HVAC, kde motory často běží pomaleji. U indukčních motorů zde jejich účinnost spíše klesá. V kombinaci se zákony afinity působícími v aplikacích s čerpadly a ventilátory s proměnlivým krouticím momentem se tyto instalace zaplatí ještě rychleji než za (už nyní) pozoruhodných 6 až 12 měsíců. Jestliže vaše aplikace vyžaduje od motoru širší rychlostní rozsah, například u jeřábů nebo zdvihacích zařízení, bude vyžadováno párování motoru s permanentními magnety s frekvenčním měničem s vysokou účinností s funkcí zpětné vazby z převodníku.

Synchronní reluktanční motor

Poslední typ motoru, který byste mohli zvážit v aplikaci, je na trhu nováčkem. Byl vyvinut jako pokus o spojnici mezi světy účinnosti a nízkých nákladů, které představují motory s permanentními magnety a indukční motory. Synchronní reluktanční motor využívá speciální provedení rotoru pro zvýšení účinnosti motoru a odstranění drahých a příhodně pojmenovaných vzácných zemin, které jsou nedílnou součástí motorů s permanentními magnety. Rotor je navržen tak, aby využíval reluktance neboli magnetického odporu vytvořením vzduchových štěrbin v rotoru, které pomáhají rotoru zarovnat se se statorovými poli. Díky přidání více vzduchových štěrbin do daného kvadrantu rotoru má magnetické pole statoru silnější přitažlivost dovolující větší krouticí moment při menších rozměrech. Díky provedení vzduchových štěrbin rotoru zde nevzniká proudový tok, což dovoluje snížení rotorových ztrát a umožňuje, aby tyto motory dosáhly nebo i přesáhly parametry potřebné pro zařazení do třídy s velmi vysokou účinností („super premium“) při spárování s frekvenčním měničem.

Stejně jako je tomu u motorů s permanentními magnety, stroje se synchronními reluktančními motory potřebují pro svůj provoz frekvenční měniče, nicméně algoritmy vypracované pro motory s permanentními magnety nelze okamžitě použít pro stroje se synchronními reluktančními motory. Jen hrstka výrobců frekvenčních měničů doposud vyvinula algoritmy řízení motoru potřebné pro to nejefektivnější používání strojů se synchronními reluktančními motory.

Proto je důležité, abyste při kontaktování vašeho preferovaného výrobce frekvenčního měniče za účelem výběru frekvenčního měniče pro stroj se synchronními reluktančními motory informovali, jaký typ motoru používáte.

A protože stroje se synchronními reluktančními motory mají nižší účiník, volba frekvenčního měniče by měla vycházet z motorového napětí a proudu, nikoli z jeho výkonu, jinak by frekvenční měnič nemusel mít proudovou kapacitu potřebnou k náležitému provozování motoru. Stroje se synchronními reluktančními motory jsou ideální pro aplikace s výkonem pod 300 k při použití čerpadel a ventilátorů s proměnlivým krouticím momentem nebo pro aplikace s otevřenou smyčkou a konstantním krouticím momentem. ce

 

Sean Gaffney je hlavní produktový manažer společnosti Vacon. Upravil Eric R. Eissler, šéfredaktor časopisu Oil & Gas Engineering, eeissler@cfemedia.com.


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Technical Computing Camp 2019
2019-09-05 - 2019-09-06
Místo: Hotel Fontána, Brněnská přehrada
Moderní technologie ve farmacii
2019-09-24 - 2019-09-24
Místo: Brno
Moderní technologie v potravinářství
2019-09-25 - 2019-09-25
Místo: Brno
Mezinárodní strojírenský veletrh 2019
2019-10-07 - 2019-10-11
Místo: Výstaviště Brno
MSV TOUR 2019
2019-10-07 - 2019-10-10
Místo: MSV, Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI