Когда частотное регулирование снижает энергопотребление

Частотное регулирование может снижать энергопотребление оборудования, если уменьшение частоты вращения позволяет обеспечить необходимую производительность при меньшей потребляемой мощности. Особенно важно рассматривать такую возможность для центробежных насосов и вентиляторов, у которых потребность в подаче изменяется в процессе эксплуатации.

Однако установка частотного преобразователя сама по себе не гарантирует экономию. Результат зависит от характера нагрузки, фактической рабочей точки оборудования, допустимого диапазона регулирования и продолжительности работы на различных режимах. Поэтому до закупки привода необходимо проверить, каким образом сейчас регулируется производительность и какие изменения возможны без нарушения технологических требований.

При каких условиях изменение частоты вращения даёт эффект

Для центробежного оборудования снижение частоты вращения может уменьшать потребляемую мощность, если требуемая подача становится меньше номинальной. Существенное значение имеет способ регулирования производительности.

При дросселировании подачу ограничивают изменением сопротивления системы, например положением регулирующей заслонки. Оборудование при этом продолжает работать с прежней частотой вращения, хотя фактическая потребность в подаче может быть ниже.

Частотное регулирование позволяет изменять скорость вращения двигателя и согласовывать её с требуемой производительностью. Для оценки возможного эффекта необходимо сравнить оба способа при одинаковой полезной задаче: требуемом расходе, рабочей точке и допустимых эксплуатационных ограничениях.

Для центробежных механизмов зависимость мощности от оборотов при определённых условиях может быть близка к кубической. Но применять такой закон ко всем установкам нельзя. Реальная экономия определяется характеристикой оборудования и системы, а не только величиной снижения частоты вращения.

Какие данные необходимы для оценки частотного регулирования

Прежде всего устанавливают тип нагрузки и способ изменения производительности. Затем определяют зависимость требуемого момента от частоты вращения и продолжительность работы оборудования в различных режимах.

Характеристики насосов, вентиляторов и электродвигателей позволяют определить рабочие параметры оборудования и установить, как изменение скорости может повлиять на режим его работы.

Журналы положения регулирующих заслонок и частот привода помогают восстановить фактически применяемые способы регулирования и условия работы. Их сопоставление с характеристиками оборудования необходимо для оценки того, какие режимы требуют дополнительной проверки.

Продолжительность работы имеет самостоятельное значение. Даже если при отдельном режиме снижение оборотов уменьшает потребляемую мощность, общий энергетический эффект зависит от времени, в течение которого оборудование работает в этом режиме.

Почему необходимо учитывать рабочую точку и сопротивление системы

Рабочая точка насоса или вентилятора определяется совместными характеристиками оборудования и подключённой системы. При изменении частоты вращения она смещается, поэтому изменение мощности необходимо оценивать с учётом фактического сопротивления системы.

Если часть сопротивления создаётся регулирующей заслонкой, сравнение дросселирования с изменением частоты может показать техническую целесообразность регулирования оборотов. Но такой вывод необходимо проверить относительно минимально требуемого расхода и допустимых рабочих ограничений.

Нельзя считать снижение оборотов допустимым только потому, что оно уменьшает электрическую нагрузку. Оборудование должно обеспечивать требуемую производительность в предусмотренном режиме эксплуатации.

Поэтому перед закупкой частотного преобразователя важно установить не отдельную потенциальную величину снижения мощности, а пригодный рабочий диапазон, в котором одновременно выполняются технологические требования и возможно уменьшение потребления электроэнергии.

Почему частотное регулирование подходит не каждому механизму

Характер изменения нагрузки существенно влияет на результат. Для центробежного насоса уменьшение скорости может дать энергетический эффект при снижении требуемой подачи. Для механизма с постоянным моментом сопротивления применять кубическую зависимость мощности от частоты вращения некорректно.

В последнем случае уменьшение оборотов не означает такого же характера сокращения потребляемой мощности, как у центробежного оборудования при соответствующих условиях работы. Расчёт необходимо строить по фактической зависимости момента и мощности от скорости.

Кроме того, сам частотный преобразователь имеет электрические потери и предъявляет требования к совместимости с двигателем и оборудованием. Эти обстоятельства необходимо учитывать при сравнении существующего и предполагаемого режимов.

Следовательно, решение о применении частотного регулирования зависит не от наличия электродвигателя как такового, а от характеристик приводимого механизма и условий изменения его производительности.

Как определить необходимость проверки перед закупкой привода

Для принятия решения сопоставляют существующее регулирование производительности с предполагаемым изменением частоты вращения. Проверка должна установить фактическую рабочую точку, минимально требуемый расход, допустимый диапазон работы и продолжительность эксплуатации в соответствующих режимах.

Если характеристики оборудования и режимы эксплуатации позволяют обоснованно предполагать снижение потребляемой мощности при сохранении требуемой производительности, появляется основание для детальной проверки рабочего диапазона частотного привода.

Если же зависимость нагрузки от оборотов неизвестна, отсутствуют сведения о сопротивлении системы или не подтверждены условия эксплуатации, расчёт экономии остаётся предварительным.

Результат оценки — определение условий, при которых регулирование оборотов технически оправданно, с указанием ограничений расчёта и необходимости дополнительных измерений.

Без характеристики сопротивления системы и подтверждённого фактического режима работы точный процент экономии электроэнергии доказать нельзя. Поэтому обоснованное решение о частотном регулировании начинается с проверки характеристик нагрузки и рабочего диапазона, а не с выбора преобразователя по одной паспортной мощности двигателя.