Влияние частоты тока на работу стиральной машины
Всё о напряжении для стиральной машины
Стабилизаторы помогают поддерживать рабочее напряжение в сети на желаемом уровне в автоматическом режиме. Если наступит изменение параметров в сети, стабилизатор удержит заданную величину, что для электродвигателей стиральных машин крайне важно. Это делается автоматическим трансформатором, имеющим 8-16 кассет, которые направляют ток в соответствие с уровнем входного напряжения. Выбор выступов происходит селективным расположением реле.
Стабилизаторы не удерживают постоянный уровень напряжения. Это противоречило бы законам физики: мгновенно ничего остановить нельзя, нужно время. Скачки будут сглаживаться в допустимом диапазоне. Чем короче время выравнивания, тем лучше стабилизатор. Учтите это, если собираетесь купить стабилизатор для стиральной машины.
Разновидности стабилизаторов для защиты подключенного оборудования
Электронные схемы стабилизации условно разделяют на З вида:
Стабилизаторы для защиты
Как выбрать правильный стабилизатор для дома
Электрические сети не во всех районах, даже в пределах одного города, имеют стабильное напряжение. Нормой отклонения для сетей переменного тока напряжением 220 V допускается + –10%. Бытовые приборы, как раз и рассчитаны на такие отклонения. Встречаются импортные приборы с меньшими отклонениями.
Стабилизаторы разных моделей
Часто погрешность в сети выходит за рамки нормальной для стиральных и посудомоечных машин, холодильников, кондиционеров, микроволновых печей… Если для приборов с активным сопротивлением, это грозит изменением мощности, то для электродвигателей и чувствительной импортной электронной аппаратуры LG, Samsung – скачки напряжения опасны. Например, скачки для стиральной машины Samsung – являются частой поломкой по опросу сервисных центров.
Важно знать! Мощность стиральных машин для дома редко превышает 2-2.5 кВт, при этом большая часть мощности расходуется на нагрев воды, а двигатель редко превышает мощность 800-1000 Ватт. Попытка навязать покупателям стабилизатор более 2500-3000 VA – связана будто бы с большими пусковыми токами у стиральных машин, что не верно.
Недостаток напряжения при автоматическом включении электродвигателя стиральной машины не дает ему выйти на нормальный режим оборотов, что приводит к перегреву двигателя. Повышенный пусковой ток возможен, когда не срабатывает электромагнитный клапан стиральной машины по причине недостающего напряжения.
Отличительные особенности стабилизаторов
Какой тип стабилизатора лучше подходит для стиральной машины и стоит ли устанавливать его отдельно? Для сетей с незначительным отклонением напряжения лучше установить регулируемое реле, это позволит держать напряжение в безопасных пределах и отключать сеть в случае выхода за пределы безопасности. Стоит это устройство не дорого, занимает мало места.
Если же есть проблемы со скачками напряжения в вашей сети – то покупайте домашний стабилизатор. Перепад напряжения для стиральной машины, глубинного скважинного насоса, других электрических двигателей и электронных девайсов – приведет к дорогостоящим ремонтам, несоизмеримым со стоимостью стабилизатора. Перед покупкой посоветуйтесь со специалистом.
Низкое напряжение в сети и работа стиральной машины
Чем чревато низкое напряжение для стиральной машины- ее неработоспособностью, при напряжении ниже 180 в.
При таком напряжении возможен не стабильный запуск сливного насоса, увеличение времени до окончания стирки, в машинах с быстрыми замками не блокировка люка либо блокировка с 5-6 попыток (в основном марка Bosch).
В машинах которых есть так называемый вольт-контроль будут высвечиваться ошибки низкого напряжения, машина не будет включаться до момента нормализации напряжения (обычно этот предел составляет 180-250 в )
Еще одним фактором влияния низкого напряжение на работу стиральной машины является не возможность провернуть барабан (не хватает напряжения сети для питания электродвигателя), это проявляется попыткой провернуть барабан на пол-оборота вперед и пол-оборота назад, и возможен не выход электродвигателя на максимальные обороты при отжиме.
Так же могут возникать любые другие неисправности в связи с тем, что напряжение может быть понижено не только на вашу стиральную машину, а так же на устройства которые обеспечивают ваш дом водой (насосы водоснабжения), при этом будет пониженное давление воды в водопроводе.
В идеальных условиях (новая стиральная машина) минимальное давление при котором машинка может работать с 0,6 атм.
Приемлемое давление воды должно быть 1,5-3 атм.
По чему увеличивается время до окончания стирки, это объясняется не возможностью нагреть воду до установленной температуры за заложенный период времени программой. Соответственно при напряжении 220 в ваша машина будет греть воду 15 мин., при напряжении 180 вона будет ее греть 30-40 мин., этим и обусловлено увеличение времени до окончания стирки. Так же при нормальном давлении водопровода машина набирает воду до 2мин., не высвечивая ошибку отсутствия воды, при напряжении 180 в и давлении водопровода в 0,6 атм машина будет набирать воду 5 мин., что соответственно в одних машинах будет выдавать ошибку после 2х минут набора, в других машинах увеличивать время до окончания стирки.
Совокупность факторов и условия позволяют некоторым машинам работать и при 165в, на грани своих возможностей, но это не так часто встречается
Обычно нижний придел является 180 в, при которых машина отказывается правльно выполнять свои функции.
Влияние частоты тока на работу стиральной машины
Установившееся отклонение напряжения
Причина: суточные, сезонные, технологические изменения нагрузки.
Влияние: недонапряжение – ухудшение пуска, увеличение токов электродвигателей, нарушение изоляции; перегрузка регулируемых выпрямителей, преобразователей и стабилизаторов;
перенапряжение – перерасход электроэнергии; повышение реактивной мощности двигателей, выпрямителей с фазовым регулированием, пробой регулируемых выпрямителей, преобразователей и стабилизаторов. «
Таким образом, нужна действенная защита СМА по питанию.
Что касается пониженного напряжения питания, что также зависит от мощности питающего дом или улицу трансформатора и сечения подводящих проводов, то уже при 200 Вольтах некоторые стиральные машины со статорными электродвигателями перестают крутит барабан СМА, при этом резко возрастает активная составляющая тока питания электродвигателя, двигатель может перегреться и выйти из строя.
В этом случае необходимо отключить СМА и прекратить стирку, продолжив ее после нормализации напряжения питания.
Таким образом, перед нами два возможных нежелательных для стиральной машины варианта электропитания:
a) суточные колебания сетевого напряжения, достигающие величин ниже или выше номинального;
b) скачек напряжения до 380Вольт.
В случае б):
нам могут помочь:
— электромеханические стабилизаторы, с защитой от перенапряжений по входу,
— электронные cтабилизаторы.
Естественно, чем больше быстродействие защиты (стабилизатора), тем меньше вероятность выхода из строя автоматической стиральной машины.
Говоря о быстродействии защиты (или о времени отключения ею нагрузки), имеется ввиду время, необходимое для отключения питания от потребителя, достаточное для предотвращения прохождения по цепям питания потребителя напряжения выше, чем максимально допустимое напряжения питания.
С позиции самого дешевого решения, в случае б) может помочь самостоятельное устройство защиты от перенапряжений с достаточно малым, для спасения стиральной машины, временем отключения, причем напряжение отключения должно быть не более максимального номинального, коммутируемая мощность при этом также должна быть не менее 2,5-3 кВт.
Такие устройства, естественно не помогут при пониженном напряжении питания, т.е. в случае а).
Таким образом, для существенного уменьшения влияния колебаний и скачков питающего напряжения можно использовать один из предлагаемых вариантов питания СМА:
— через устройство Защиты от перенапряжений с коммутируемой мощностью не менее 2,5-3 кВт в паре с электромеханическим стабилизатором напряжения мощностью не менее 2,5-3 кВт;
— через электромеханический стабилизатор, имеющий на входе быстродействующее устройство защиты от перенапряжений;
— через стабилизатор с электронным управлением.
(Быстродействие защитных устройств должно быть достаточным, для спасения стиральной машины.
Под быстродействием защиты или стабилизатора, здесь подразумевается время, необходимое для отключения питания от потребителя, достаточное для предотвращения прохождения по цепям питания потребителя максимально допустимого напряжения питания.)
Говоря о повышенной влажности следует заметить, что повышенная относительная влажность более 80-90%, при температуре 18-22градуса по Цельсию в ванных комнатах, где в основном размещают стиральные машины, способствует коррозии некоторых элементов электроники, особенно в модулях управления, расположенных в нижней части СМА. Кроме того, при повышенной влажности, конденсат, появляющийся на поверхности платы электронного модуля управления является проводником для токов высокой частоты 4-10 мГц, которые формируются в модуле управления для запуска и поддержания работоспособности микроконтроллера управления СМА.
Также, между расположенными рядом проводниками нуля и фазы, что очень часто встречается в модулях управления СМА, например – в цепях управления впускными клапанами, помпой, блокировкой люка, обмотках, коллекторах электродвигателей и т.п., может произойти пробой изолирующего пространства между ними, тление, а в худшем случае – возгорание модуля.
Часто, например, происходит короткое замыкание в сильноточных устройствах блокировок люков, оплавление силовых кнопок включения СМА, оплавление разьемов подводящего кабеля нагревателя (ТЭНа), датчика уровня СМА, пробой или нарушение изоляции коллекторов или обмоток электродвигателей стирки и т.п..
Для существенного уменьшения влияния повышенной влажности на СМА:
— размещайте СМА в прихожей, на кухне или специальном сухом помещении;
— не размещайте СМА с нижним расположение модулей управления рядом с входными дверями и на сквозняке.
— для обеспечения электробезопасности, регулярно проверяйте в режиме “ тэст ” работоспособность УЗО, которое обеспечивает Вашу защиту в случае прикосновения к корпусу СМА при пробое СМА на корпус и пожарную безопасность, если УЗО не сработало – замените его.
Тэны СМА выходят из строя довольно часто, механизм выхода их из строя неоднозначен, конечно, слой накипи на тэне мешает эффективному отводу тепла, тэн перегревается и в теле тэна происходят необратимые процессы, приводящие к выходу его из строя, но бывали и случаи, когда во время стирки вода проникала сквозь корпус тэна через дефект поверхности и попадание ее на спираль нагревательного элемента вызывало резкое парообразование и повышение давления, что приводило к разрыву и пробою тэна на корпус СМА, также наблюдались случаи деформации защитного корпуса тэна, вследствие химического воздействия.
Помпы (насосы для откачки воды) СМА, также довольно часто выходят из строя.
У большинства помп это связано с износом фторопластовых подшипников и оси якоря вследствие абразивного действия порошковой накипи, в откачиваемой помпой воде. Это приводит к биениям якоря в узком пространстве корпуса насоса и увеличению пускового момента, что бывает не под силу 30-ти Ваттной обмотке помпы.
В иных случаях влияние накипи сказывается на изменении консистенции смазки в крыльчатке помпы. Так, например, при подаче на ее обмотку напряжения питания результирующий момент вращения якоря помпы равен нулю, т. е. кругового вращения не происходит и крыльчатка вместо того, чтобы гнать воду из СМА, колеблется из стороны в сторону, что так же неисправимо.
Сальники СМА выходят из строя реже, чем тэны и помпы.
Но, все же, жесткие отложения солей кальция и магния сковывают возможность отслеживания сальником биений и несоосности бака и барабана при вращении, что влечет за собой проникновение влаги к подшипникам и приводит к необходимости их замены.
В этом случае Вас ожидает сначала шум при отжиме (здесь не опоздайте с ремонтом). Потом грохот с пачканием белья ржавчиной, затем возможная необходимость замены, кроме сальника и подшипников еще и барабана, так как может быть испорчена втулка сопряжения с сальником, возможно и тэна из-за того, что биения барабана протрут его защитный слой.
Трубки датчиков уровня СМА забиваются не только накипью но и различными отложениями, что мешает работе датчиков уровня (их можно прочистить).
Впускные клапана СМА выходят из строя в основном из-за попадания посторонних частиц в поступающей воде в рабочую зону мембраны клапана. Это могут быть песчинки, крупные частицы ржавчины или накипи.
Другая причина выхода из строя клапанов – плохой напор воды, при котором перегревается и выходит из строя катушка клапана от долгого включения. Здесь, надо смотреть краны и фильтры на входе машины на предмет их должного функционирования.
Как видно из сказанного, влияние жесткости воды на СМА – довольно существенно.
К слову, порошков, cмягчающих воду при стирке предлагается много. При этом решение о выборе и использовании смягчающего средства, естественно, остается за Вами.
Естественно, все хорошо в меру и вовремя.
Влияние частоты на электрооборудование и изоляцию
Частота электросети – один из главных параметров потребляемой электроэнергии, ее качество регламентировано требованиями межгосударственного стандарта ГОСТ 32144-2013, согласно которого предельные значения должны составлять 50 ± 0.4 Гц, при этом номинальные значения отклонения частоты не должны превышать 0.2 Гц.
Другим параметром качества электроэнергии, оказывающим непосредственное влияние на работу электрооборудования и связанным с частотой питающего напряжения, является коэффициент искажений, предельная норма которого не должна превышать 12 процентов. По сути, это гармонические составляющие от синусоиды промышленной частоты, искажающие форму питающего напряжения, однако с точки зрения частотного влияния их следует рассматривать как обособленные напряжения более высоких частот.
Еще с одним примером изменения частот мы сталкиваемся в преобразователях частоты, устройствах предназначенных для пуска и регулировки частоты вращения мощных асинхронных электродвигателей.
Каким образом частота влияет на электрооборудование
Частота питающей сети не зря находится среди основных параметров, Рассчитанное на 50 Гц оборудование при отклонениях частоты от установленной нормы страдает в не меньшей степени, чем при отклонениях напряжения. Ущерб, наносимый снижением частоты, принято оценивать по двум направлениям:
Неблагоприятным образом снижение частоты влияет на электрическое оборудование, имеющее стальные магнитопроводы, вызывая перегрев электродвигателей и сердечников трансформаторов. Повышения частоты, происходящие при резком снижении нагрузок, также могут нанести вред работающему электрооборудованию.
Не менее вредно для электроустановок влияние высших гармоник, паразитных напряжений частот кратных частоте 50 Гц.
А теперь посмотрим, чем изменения частот могут грозить изоляции.
Частота сети и изоляция электрооборудования
Допустимые стандартом рамки изменения частоты на состояние изоляции никоим образом не влияют, не страшны ей и отклонения в несколько герц, а вот частоты высших гармоник оказывают существенное влияние в отношении сопротивления изоляции. Искаженный несинусоидальный сигнал способствует ионизационным процессам в слоях диэлектрика, электрическому и химическому воздействию на него, что в конечном итоге оказывается причиной ускоренного старения изоляции.
Изоляция кабелей теряет свою электрическую прочность, что приводит к неизбежному электрическому пробою. Особенно заметно влияние частоты в силовых кабелях, питающих асинхронные двигатели от частотных преобразователей.
Зависимость потребляемой мощности от частоты
Частота электрического тока выступает одним из параметров качества электроэнергии и основной характеристикой режима энергосистемы. Количественно частота в энергосети равна количеству периодов в секунду. Изменение частоты в сети влияет на функционирование и, соответственно, производительность работы потребителей. Также свое влияние оказывает отклонение частоты на работу всей энергосистемы.
Нормируемые требования к показателям
В РФ требования к качеству работы энергосистемы стандартизированы.
В соответствии с ГОСТ 13109-97 частота в энергосистеме должна непрерывно поддерживаться на уровне f = 50 ± 0,2 Гц, при этом допускается кратковременное отклонение частоты до значения ∆f = 0,4 Гц.
Анализируя зависимость силы тока от частоты, можно сделать вывод, что если подключаемая нагрузка имеет чисто активный характер (к примеру, резистор), то в широком диапазоне сила тока от частоты иметь зависимость не будет. В случае достаточно высоких частот, когда индуктивность и ёмкость подключаемой нагрузки будут характеризоваться сопротивлением, сравнимым с активным, то сила тока будет иметь определенную зависимость от частоты.
Другими словами, при варьировании частоты тока происходит изменение ёмкостного сопротивления, изменение которого, в свою очередь, приводит к изменению тока, протекающего по цепи.
То есть при повышении частоты, снижается ёмкостное сопротивление, и повышается ток, протекающий по цепи.
Математическое выражение зависимости будет иметь следующий вид: I = UCω;
Зависимость при учете активного сопротивления будет определяться следующим выражением: I (ω) = UCω √(R2 • C2 • ω2 + 1).
Влияние частоты тока на электроприборы
Далее рассмотрим влияние частоты электрического тока. Увеличение частоты до сравнительно невысоких величин (1 — 10 тыс. Гц), обычно является следствием исключительно повышения номинальной мощности электроаппаратуры, поскольку таким образом возрастает проводимость газовых промежутков. Для измерения частоты в системе используют частотомеры.
Таким образом, наиболее экономичный режим работы достигается при оптимальной частоте.
Помимо этого, работа на пониженных частотах приводит к ускоренному износу рабочих лопаток и прочих частей и механизмов. Снижение частоты оказывает влияние на расход на собственные нужды станций.
Для электроэнергии основные показатели качества: напряжение и частота, для тепловой энергии: давление, температура пара и горячей воды. Частота связана с активной мощностью (Р), а напряжение с реактивной мощностью (Q).
где: n — число оборотов в минуту, f — частота тока в сети, p — число пар полюсов.
На рис. 1 представлены относительные статические характеристики нагрузки для энергосистемы по частоте.
Анализ зависимостей на рис.1 показывает, что при уменьшении частоты снижается число оборотов двигателя, снижается производительность машин и механизмов.
1. Текстильная фабрика дает брак при изменении частоты от номинальной, т к. изменяется скорость движения нити и станки дают брак.
2. Насосы (питательные), вентиляция (дымососы) тепловых электростанций зависят от числа оборотов: давление пропорционально « n 2 », потребляемая мощность « n 3 », где n — число оборотов в минуту;
3. Активная мощность нагрузки синхронных двигателей пропорциональна частоте (при снижении частоты на 1%, активная мощность нагрузки синхронного двигателя уменьшается на 1%);
4. Активная мощность нагрузки асинхронных двигателей уменьшается на 3% при снижении частоты на 1%;
5. Для энергосистемы снижение частоты на 1% приводит к уменьшению суммарной мощности нагрузки на 1-2%.
Изменение частоты влияет на работу самих электростанций. Каждая турбина рассчитана на определенное число оборотов, то есть при падении частоты снижается вращающий момент турбины. Падение частоты влияет на собственные нужды электростанции и в результате может наступить нарушение работы агрегатов станции.
Если f =50 Гц, критическая частота при которой производительность основных механизмов собственных нужд электростанций снижается до нуля и наступает лавина частоты — 45 — 46 Гц.
При падении частоты снижается э.д.с. генератора (т.к. понижается скорость возбудителя) и снижается напряжение в сети.
Экономия энергии и точное управление системами являются основными причинами применения преобразователей частоты в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха HVAC (Отопление, Вентиляция и Кондиционирование). Экономия энергии важна, так как небольшое уменьшение оборотов вентилятора или центробежного насоса имеет очень большое влияние на потребление им энергии.
КПД вентиляторов или насосов вместе с преобразователем частоты остается высоким на пониженных оборотах. КПД двигателя, однако, падает, поскольку двигатель становится недозагруженным. Изготовители преобразователей частоты предприняли попытки улучшить КПД двигателей на малых оборотах, используя ряд конструктивных решений. К сожалению, большинство из этих решений требует кропотливой ручной регулировки и все еще не может оптимизировать КПД двигателя во всех условиях.
Преобразователь частоты VLT HVAC Drive имеет уникальную функцию управления, называемую автоматической оптимизацией энергопотребления AEO (Automatic Energy Optimization). Благодаря этой функции преобразователь частоты автоматически увеличивает КПД двигателя до максимума в любых условиях работы.
Ниже рассматривается причина уменьшенного КПД двигателя при малых нагрузках и способ, которым функция AEO противодействует этой естественной тенденции. Рассматриваются также применение и ограничения данной функции.
Работа двигателя
В асинхронных электродвигателях переменного тока крутящий момент на валу двигателя создается магнитным полем внутри двигателя. Напряженность этого магнитного поля и возникающий в результате крутящий момент меняются вместе с требованием по нагрузке на двигателе. Более высокая нагрузка требует более высокого крутящего момента, что означает, что двигатель потребляет больше тока из линии питания. Хотя обороты двигателя остаются относительно постоянными, потребляемый ток может меняться существенно.
Если полный крутящий момент двигателя не требуется, то не требуется и полное магнитное поле. Ток, который создает чрезмерное магнитное поле, не дает положительного эффекта и генерирует реактивный ток, который тратит энергию и создает тепловое напряжение. Избыточный ток даже более очевиден на малом крутящем моменте, когда реактивный ток растет по сравнению с действительной составляющей тока. Это основная причина, почему малонагруженные двигатели демонстрируют низкий КПД, что и будет обсуждаться ниже более подробно.
Чтобы ограничить ток через двигатель, ограничивается подаваемое на двигатель напряжение. Хотя это и кажется простым, в действительности это не так. Слишком уменьшенное напряжение приводит к чрезмерному скольжению ротора двигателя, которое в свою очередь приводит к большому потреблению тока. Тепло, создаваемое этим током, может серьезно повредить двигатель. Поскольку слишком сильное неконтролируемое снижение напряжения может повредить двигатель, большинство изготовителей преобразователей частоты избегают уменьшения напряжения двигателя до оптимального уровня.
Зависимость напряжения от частоты
Для двигателей с нагрузками с постоянным крутящим моментом ток намагничивания двигателя должен оставаться постоянным во всем диапазоне управляемых преобразователем частоты оборотов. Поскольку индуктивное сопротивление (XL) обмоток статора двигателя пропорционально прилагаемой частоте, (XL = 2πfL), для поддержания постоянного тока двигателя требуется прямая зависимость между прилагаемым напряжением и частотой. Это прямая зависимость «напряжения от частоты» (U/F), является одним из способов управления двигателем при помощи преобразователя частоты.
Это относится к преобразователям частоты, которые рассчитаны на нагрузки при постоянном крутящем моменте, такие как конвейеры, лебедки и подобные промышленные установки. Постоянное значение В/Гц показано на Рисунке 1.
Когда преобразователь частоты с постоянной характеристикой U/f применяется при нагрузке с переменным крутящим моментом, полный ток намагничивания на малых оборотах больше, чем требуется самой нагрузкой. Это перенамагничивание, как было упомянуто, создает в двигателе избыточное тепло.
Решение заключается в определении, какое напряжение требуется двигателю для правильной работы. Поскольку для этого требуются специальные функции, некоторые изготовители преобразователей частоты просто игнорируют этот вопрос и их преобразователи частоты производят только постоянную характеристику U/f во всем диапазоне оборотов. Хотя такой подход не максимизирует КПД двигателя, он позволяет избежать перенамагничивания двигателя и образования чрезмерного скольжения ротора двигателя.
Поскольку нагрузки, требующие переменного крутящего момента, представляют собой совершенно другое, модель фиксированной характеристики U/f не будет работать для всех нагрузок. Когда производится попытка улучшить КПД двигателя, реальная настройка профиля U/f часто предоставляется конечному пользователю. При этом методе (представленном на Рисунке 2) от пользователя требуется определить промежуточную точку U/f в профиле преобразователя частоты. Для этого требуется большое количество экспериментов и оценок во всем диапазоне оборотов и нагрузки системы. Кроме того, если характеристики системы меняются, требуется повторить весь этот процесс настройки. Очевидно, что это не самое практичное решение.
Некоторые изготовители преобразователей частоты предлагают пользователю выбор из ряда предварительно заданных переменных профилей U/f. Хотя это и упрощает процедуру, все еще требуется вручную прогнать двигатель через весь диапазон оборотов и определить самый низкий профиль В/Гц, который будет воспринимать нагрузку без чрезмерного скольжения ротора двигателя или нагрева двигателя.
Характеристики нагрузки установки могут измениться из-за сезонных изменений или модернизации системы HVAC здания. В этом случае повторно должен быть осуществлен процесс ручной настройки. Из-за необходимости такой работы большинство пользователей просто выбирают высокий профиль U/f, зная, что это позволит справляться с нагрузкой. Это приводит к растрате дорогой энергии.
Функция автоматической оптимизации потребления энергии «Automatic Energy Optimization»
Лучшим решением для настройки напряжения в соответствии с кривой частоты/мощности стала бы ее автоматизация. Это именно то, что делает преобразователь частоты VLT HVAC Drive. Он использует уникальный процесс автоматической оптимизации энергопотребления «Automatic Energy Optimization», который без вмешательства пользователя автоматически гарантирует, что соотношение напряжения и частоты всегда оптимально для конкретной нагрузки двигателя.
Чтобы автоматически обеспечить правильное напряжение при любой рабочей частоте и нагрузке, преобразователь частоты непрерывно контролирует двигатель и реагирует на изменения. Уникальный процесс управленияVVC+ преобразователя частоты VLT HVAC Drive является основной частью. Ток контролируется таким образом, чтобы в любой момент можно было узнать показатели как активного тока (который меняется от нагрузки), так и реактивного тока (который намагничивает статор двигателя).
В результате, преобразователь частоты автоматически поддерживает максимальный КПД двигателя во всех условиях. Во время начального разгона подается до 110% выходного напряжения, чтобы обеспечить дополнительный крутящий момент на преодоление инерции нагрузки. Это также обеспечивает мягкий старт и плавное наращивание характеристик регулируемых преобразователей частоты, предназначенных для использования в системах HVAC. После того, как двигатель набирает заданные обороты, преобразователь частоты VLT HVAC Drive автоматически определяет уровень постоянной нагрузки и уменьшает выходное напряжение для максимизации КПД двигателя. Если нагрузка меняется, например, когда резко открывается клапан в системе накачки, частотный преобразователь определяет изменение нагрузки и немедленно увеличивает выходное напряжение, чтобы поддерживать управление двигателем.
Кроме того, функция Автоматической адаптации двигателя «Automatic Motor Adaptation (AMA)» преобразователя частоты VLT HVAC, которая точно определяет критические параметры двигателя, позволяет частотному преобразователю рассчитывать показатели тока, чтобы определить количество тока намагничивания, необходимого для конкретной нагрузки. В результате получаются исключительные характеристики двигателя при низкой нагрузке, в области, в которой большинство преобразователей частоты практически неэффективны. Преобразователь частотыVLT HVAC Drive может реально понизить реактивную часть тока двигателя. Этот компонент, часто составляющий 25% тока двигателя и больше при малой нагрузке, обычно игнорируется другими изготовителями преобразователей частоты.
Функция автоматической оптимизации энергопотребления «Automatic energy optimization (AEO)» позволяет преобразователю частоты VLT HVAC Drive управлять напряжением в широком диапазоне, чтобы настраивать выход частотного преобразователя на конкретную нагрузку. Диапазон напряжений, в котором работает функция AEO, представлен на Рисунке 3. Как видно, функция AEO позволяет преобразователю частоты в целях экономии энергии уменьшать напряжение на двигателе практически на 50%. Переменная характеристика U/f экономит еще 5% энергии в типовых установках HVAC.
Преимущества функции AEO
Основное преимущество применения функции автоматической оптимизации энергопотребления проявляется при нагрузках при переменном крутящем моменте. Поскольку обороты двигателя падают, нагрузка на двигатель существенно снижается. Если на двигатель подается постоянно соотношение U/f, это отрицательно влияет на КПД двигателя. Определить, насколько можно снизить напряжение на двигателе до того, как начнут снижаться характеристики двигателя, вручную довольно затруднительно. Функция AEO рассчитывает это автоматически и непрерывно. Если меняется профиль нагрузки, функция AEO реагирует на это изменение и настраивает напряжение, подаваемое на двигатель.
Рисунок 3. Рабочий диапазон функции AEO и экономия при использовании данной функции.
Даже без изменения оборотов функция AEO все еще экономит энергию. Чтобы обеспечить запас надежности функционирования и застраховать от проектных ошибок, большинство двигателей для систем HVAC имеют больший размер, чем требуется для работы с конкретной нагрузкой.
В результате, даже на полных оборотах, в условиях полного потока двигатель работает при неполной нагрузке. Без уменьшения напряжения, обеспечиваемого функцией AEO, двигатель работает неэффективно. С частотным преобразователем VLT HVAC Drive обычно следует отметить выходное напряжение с преобразователя частоты, которое меньше номинального значения, указанного на табличке с названием и номинальными данными двигателя, даже когда преобразователь частоты выдает полную частоту. Это скорее получаемая от функции AEO экономия, компенсирующая использование переразмеренного под конкретное применение двигателя, чем индикация неправильного состояния.
От применения функции AEO выигрывают также установки с переменными оборотами и постоянным объемом. Примером таких установок служит система вентилятора для чистой комнаты. В этом случае целью преобразователя частоты является поддержание постоянного потока воздуха, даже когда микрофильтр воздуха становится грязным. По мере того, как фильтр засоряется, частотный преобразователь автоматически увеличивает обороты вентилятора. ФункцияAEO гарантирует, что на валу двигателя всегда имеется достаточный крутящий момент, при этом поддерживается максимальный КПД двигателя.
Хотя максимизация КПД двигателя является основной целью функции AEO, имеются также и другие выгоды от ее применения. Тепловыделение в двигателе, основная причина отказа двигателей, сокращается. За счет уменьшения тепловых нагрузок в двигателе увеличивается срок службы двигателя. Уменьшенное выделение тепла в двигателе уменьшает также тепловую нагрузку от двигателя на окружающие элементы здания. В случаях установки больших двигателей в зонах с контролируемой температурой дополнительная экономия на затратах на охлаждение может быть существенной.
Уменьшенный ток также имеет дополнительную выгоду. Это отражается в снижении потерь энергии в преобразователе частоты и во всех других компонентах, подающих ток в двигатель, таких как трансформаторы или реакторы в линиях.
Работа нескольких двигателей
В установках, где имеется несколько работающих двигателей, но только один из них в каждый момент времени контролируется преобразователем частоты, таких как чередующиеся насосы, функция AEO будет максимизировать КПД того двигателя, который в данный момент работает. Метод динамического управления функции AEO автоматически реагирует на включенный двигатель и подает ток в соответствии с нагрузкой двигателя.
Поскольку функция AEO подстраивает выходное напряжение преобразователя частоты на конкретные требования конкретного двигателя, она не может работать надежно в установках с несколькими одновременно работающими двигателями. Если два или более двигателя одновременно подключаются к выходу регулируемого преобразователя частоты, функция AEO может только обеспечить выходное напряжение, которое корректно для среднего значения двигателей. В результате подаваемое на двигатели напряжение может оказаться слишком высоким для одного из двигателей и слишком низким для другого. Из-за проблем с возможным недонамагничиванием двигателя, этого следует избегать. Когда несколько двигателей одновременно управляются одним частотным преобразователем частоты, VLT HVAC Drive настраивается на предварительно запрограммированную кривую В/Гц для переменного крутящего момента.
Выводы
Двигатели в системах HVAC редко нагружаются полностью. Это связано с тем, что двигатели для конкретной установки обычно переразмерены, и потому, что нагрузка двигателя резко падает, когда уменьшается расход. Обычно на малых оборотах КПД двигателя небольшой.
Для улучшения КПД двигателя некоторые преобразователи частоты требуют наличия оператора системы, который регулирует выходные характеристики В/Гц. Эти ручные методы как обременительны, так и неточны. В результате, они используются редко. Кроме того, если изменяются требования к системе, оператор вынужден повторять настройки.
Уникальный алгоритм VVC+ частотного преобразователя VLT HVAC Drive детально контролирует потребности двигателя в токе. За счет этого регулируемый преобразователь частоты определяет нагрузку на двигатель, а функция автоматической оптимизации энергопотребления гарантирует, что двигатель в течение всего времени получает идеальное напряжение. Все это выполняется автоматически без необходимости вмешательства пользователя.