Анализ принципа энергосбережения и применения инвертора (Ⅰ) 

Анализ принципа энергосбережения и применения инвертора (Ⅰ)

Принцип энергосбережения преобразователей частоты в разных случаях проявляется по-разному.Например, нагрузки с переменным крутящим моментом, такие как вентиляторы и водяные насосы, значительно экономят энергию, в то время как нагрузки с постоянным крутящим моментом могут в большей степени требовать регулирования скорости.
Когда двигатель работает на заданной частоте, выходная мощность остается постоянной, но фактическая потребность может изменяться.Например, водяной насос кондиционера ночью работает с низкой нагрузкой, и если он работает на полной скорости, то расходует энергию впустую.Регулируя частоту и напряжение, инвертор изменяет частоту вращения двигателя таким образом, чтобы выходная мощность соответствовала требованиям нагрузки, тем самым экономя энергию.Ключевым моментом здесь является соотношение между мощностью и частотой вращения, особенно для насосов и вентиляторов. Мощность пропорциональна третьей степени частоты вращения, и небольшое замедление может значительно сэкономить энергию.
Основной принцип работы инвертора с точки зрения энергосбережения двигателя заключается в точном регулировании частоты вращения двигателя путем изменения частоты и напряжения источника питания, подаваемого на двигатель, таким образом, чтобы его выходная мощность динамически соответствовала фактическим требованиям к нагрузке и позволяла избежать ненужных потерь энергии. подробное описание его принципа энергосбережения:

1.Изменчивость спроса на нагрузку:

Во многих областях применения (особенно в вентиляторах, водяных насосах, компрессорах и т.д.) мощность, необходимая для нагрузки, приводимой в действие двигателем, различна.например:
Водяной насос в системе кондиционирования воздуха: В соответствии с требованиями к температуре в помещении требуемая скорость потока (то есть скорость вращения водяного насоса) будет изменяться.
Вентиляторы в заводском цехе: в зависимости от производственных условий и температуры окружающей среды требуемый объем воздуха (то есть скорость вращения вентилятора) может изменяться.
Циркуляционный насос охлаждающей воды для центрального кондиционирования воздуха: В зависимости от изменения температуры наружного воздуха требуемый расход (то есть скорость работы водяного насоса) будет изменяться.
При традиционных методах управления (таких как клапаны, заслонки, дефлекторы) двигатель обычно работает на полной скорости с постоянной частотой вращения (частота вращения 50 Гц/60 Гц), а расход или давление регулируются механическими средствами (такими как закрытие небольших клапанов и заслонок).Это равносильно тому, чтобы позволить двигателю всегда выдавать максимальную мощность, а затем использовать метод “торможения” (дросселирование клапаном, заслонкой) для блокирования избыточной энергии, что приводит к огромной потере энергии.

2.Взаимосвязь между мощностью двигателя и скоростью:

Выходная мощность (P) двигателя зависит от его частоты вращения (n) и крутящего момента (T): P≈n *T.
При нагрузках на вентилятор и водяной насос (называемых нагрузками с переменным крутящим моментом или нагрузками с квадратичным крутящим моментом) крутящий момент нагрузки (T) примерно пропорционален квадрату частоты вращения (n) (T≈n2).
Следовательно, мощность (P), необходимая двигателю для приведения в действие такой нагрузки, почти пропорциональна третьей степени скорости (P ≈n3).
Это чрезвычайно важные отношения! Это означает, что:
При снижении требуемого расхода или давления необходимо лишь немного снизить частоту вращения двигателя, а требуемая мощность значительно снизится.
Например: уменьшите частоту вращения вентилятора/водяного насоса до 80% от номинальной. Теоретически требуемая мощность составляет всего (0,8) 3=51,2% от номинальной мощности!Была сэкономлена почти половина энергии.

3.Роль инвертора:

Регулирование скорости: С помощью внутреннего выпрямления, фильтрации и инвертора (обычно с использованием технологии широтно-импульсной модуляции PWM, IGBT и других устройств питания) инвертор преобразует входную фиксированную частоту (например, 50 Гц) и переменный ток с фиксированным напряжением в переменный ток с регулируемой частотой и напряжением на выходе двигателя.
Следите за регулировкой V/F (или векторным управлением): Чтобы двигатель мог эффективно работать на разных скоростях вращения, а магнитный поток был постоянным (во избежание перегрева или насыщения), инвертор снижает выходную частоту (f) при пропорциональном снижении выходного напряжения (V), сохраняя при этом Соотношение V/f практически постоянное (это основной метод регулирования нагрузки с постоянным крутящим моментом, который обычно также применим к вентиляторам и водяным насосам).Более совершенные методы управления (такие как векторное управление) позволяют добиться более точного регулирования крутящего момента и скорости.
Требуемая выходная мощность: уменьшите частоту вращения двигателя за счет снижения частоты и напряжения, чтобы он мог работать точно на скорости, соответствующей требованиям к текущей нагрузке.Двигатель больше не выдает максимальную мощность непрерывно, а выдает мощность, соответствующую требованиям к нагрузке.