Для чего нужен частотный преобразователь для вентиляции

Как частотные преобразователи улучшают работу вентиляции

Заметно улучшить работу вентиляторов различного назначения, повысить их производительность и снизить издержки помогает автоматизация с помощью преобразователей частоты.

Принцип работы

Управление воздушным потоком без ПЧ в контуре осуществляется с помощью заслонок воздуховодов. Электровентиляторы работают с максимальной производительностью и постоянной скоростью, вне зависимости от того, какой объем воздуха требуется прокачать. Энергопотребление в такой системе будет одинаково высоким, а износ механизмов ускоренным.

Частотники позволяют наладить воздухообмен с наименьшими затратами, уменьшают износ оборудования и удлиняют сервисные интервалы. Они меняют характеристики частоты и/или напряжения питающего тока и мягко регулируют производительность электровентиляторов.

В схеме управления с ПЧ электродвигатель вентилятора нужно подключать через преобразователь. По сигналу датчиков давления и температуры прибор может изменять скорость вращения лопастей, плавно разгонять или останавливать вентилятор.

Таким образом, электродвигатель функционирует в щадящем режиме, а это существенно увеличивает его ресурс и исключает ударные нагрузки на электросеть. Оборудованию реже нужен ремонт, время простоя сокращается. Экономия электроэнергии составляет 20–40%, в зависимости от режима и условий работы.

Области применения

Современные частотники — это высокотехнологичные интеллектуальные приборы с микропроцессорным управлением. Благодаря многофункциональности их можно использовать во всех типах вентиляционных систем:

• Общеобменная вентиляция для всех помещений объекта. Один ПЧ может управлять согласованной работой двух контуров — вытяжки и приточки.
• Система дымоудаления с нагнетанием чистого воздуха в контрольные зоны (в местах скопления людей). При пожаре ПЧ синхронно регулирует разряженное и избыточное давление.
• Приточная вентиляция со стабильной производительностью. ПЧ контролирует заданные параметры, защищает электродвигатель и связывает оконечное оборудование с централизованным автоматическим контуром управления.
• Приточная многозональная вентиляция с переменной производительностью. С ПЧ отпадает необходимость регулировать поток заслонками. Это упрощает и удешевляет систему. При этом прибор может задавать индивидуальные режимы работы вентиляторов в каждом помещении.
• Местная вытяжка. ПЧ регулирует производительность оборудования в соответствии с настройками или по сигналам с датчиков.
• Рециркуляционная вентиляция. ПЧ отвечает за соотношение поступающего и удаляемого воздуха, по мере необходимости изменяя скорость вращения соответствующих электровентиляторов.
• Рекуперационная система. ПЧ управляет роторным рекуператором, автоматически регулирует его производительность при изменении температуры воздуха.

Общепромышленные частотные преобразователи «Веспер EI-7011» отлично подходят для любых вентиляторов 220, 380 В и различных типов вентиляций. Благодаря широкому диапазону мощностей и гибким настройкам, они могут управлять одновременно несколькими устройствами.

Преимущества и недостатки использования

Применение частотников для управления работой вентиляторов имеет много плюсов. Некоторые из них:

• Снижается потребление электричества.
• Плавный пуск, благодаря которому нет динамического удара.
• Нет перегрузок при включении обратного хода.
• Автоматизируются и упрощаются процессы управления.

Из минусов — относительно высокая стоимость приобретения. Однако она быстро окупается за счет экономии электричества и снижения эксплуатационных расходов.

Также прибор необходимо предварительно настроить. Базовая настройка частотного преобразователя уже выполнена на заводе, а для монтажа и программирования режимов работы есть подробная инструкция. Если нет желания во всем разбираться, то подключение частотного преобразователя могут сделать специалисты «Веспер». Они обладают большим практическим опытом и проведут пусконаладочные работы профессионально и быстро.

Видео

В этом видеоролике вы увидите, какие преимущества дают ПЧ при интеграции их в систему воздушного охлаждения жидких и газообразных продуктов на объектах нефтегазового комплекса.

Частотно-регулируемый привод асинхронного двигателя в ОВК системах

Преобразователь частоты – электронное устройство, которое изменяет частоту и напряжение трехфазной сети (регулирование частоты и напряжения выходной сети) с целью регулирования скорости АД. Преобразователь частоты YASKAWA обеспечивает значительное снижение потребления электроэнергии регулируя скорость вращения двигателя, т. к. двигатель работает не на номинальной скорости и не на полную мощность. При отсутствии преобразователя частоты есть возможность использовать лишь одну скорость и номинальную мощность независимо от нагрузки системы в данный момент. Это особенно хорошо видно на примере напора воды или потока воздуха в вентиляторе. В таких случаях используют регулирование выходной величины дросселированием с помощью заслонки и регулирование напора входными лопастями.
Многие системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в коммерческих и промышленных зданиях используют двигатели переменного тока с одной скоростью для работы вентиляторов. Входящий поток воздуха вентилятора управляется лопастями или задвижками как было сказано ранее. Альтернативный способ управления – использование преобразователя частоты, который обеспечит регулирование скорости двигателя, что позволит убрать задвижку, тем самым упростив конструкцию системы.

Все три способа обеспечивают одинаковое энергопотребление при 100% нагрузке воздушного потока, но при снижении нагрузки ПЧ позволяет расходовать намного меньше энергии. При снижении нагрузки в ОВК системах на 50% испытания показали, что ПЧ использует 21% от номинального энергопотребления, при управлении лопастями энергопотребление составляет 65%, а при использовании задвижки энергопотребление составляет 87%.

Эти различия становятся более очевидными при снижении потока воздуха. При нагрузке в 20% от номинального потока испытания показали, что системы с преобразователем частоты потребляют всего 5% от номинального энергопотребления, системы с входной лопастью потребляет 51%, а система с задвижкой 64% от номинального энергопотребления.

Кроме энергосбережения, системы с преобразователем частоты YASKAWA снижают стоимость обслуживания, а также продлевают срок службы оборудования (защита от гидравлического удара), позволяя двигателю работать с меньшей скоростью, когда это требуется. Потребление электроэнергии зданиями составляет приблизительно третью часть от всей потребляемой электроэнергии в мире, поэтому важной целью являются меры по повышению энергосбережения. Исследования, проведенные Американским обществом инженеров в области отопления, вентиляции и кондиционирования, показали, что приблизительно 50% всей энергии, использующейся в типовых зданиях, идет на проведение операций по кондиционированию и вентилированию помещений. Использование преобразователя частоты для снижения затрат на систему вентиляции может привести к значительной экономии электроэнергии и денежных средств. Даже без всякого рода скидок на оборудование, срок окупаемости таких систем составляет менее трех лет, а в некоторых случаях – меньше года.

В США есть различные государственные программы по энергоэффективности и уровень скидок по таким программам широко варьируется. Совет по Энергосбережению оценил это значение в 15-35% от стоимости установки. Но Совет предупреждает, что такие скидки не гарантированы. Они обусловлены уровнем финансирования местных органов власти и обычно выделяются на конкурсной основе. Это происходит из-за нестабильной ситуации на рынке энергетики, поэтому предлагается планировать улучшения без скидок, а затем участвовать в тендерах. Например, Austin Energy предлагает скидку в 20% на установку ПЧ, который будет использоваться в системе вентиляции.

В нашей стране полным ходом идет модернизация систем централизованного отопления, в частности насосных агрегатов. Это позволит экономить электроэнергию, потребляемую системой, путем регулирования напора воды. В отличие от США, в нашей стране в силу климатических особенностей не так остро обстоит вопрос с кондиционированием и вентиляцией помещений, гораздо важнее отопление отдельных зданий и комплексов. Такие компании как ПАО «МОЭК», уже применяют частотно-регулируемый привод асинхронных двигателей в системах холодного и горячего водоснабжения, тем самым внося вклад в программу Москвы по уменьшению дефицита как тепловой, так и электрической энергии. На федеральном уровне меры по энергоснабжению проходят в рамках реализации государственной программы «Энергоэффективность и развитие энергетики» от 15 апреля 2014 года. В которой прописаны меры повышения эффективности инвестиционной деятельности субъектов электроэнергетики. Исходя из вышесказанного, делаем вывод, о том, что использование преобразователей частоты YASKAWA может стать не только выгодным вложением средств, способным значительно помочь с экономией энергопотребления, но и позволит приобщиться к опыту западных стран в области энергосбережения.

Частотные преобразователи автоматического управления вентиляции

Чтобы обеспечить эффективность использования энергии и длительную работу энергонасыщенных производственных вентиляторов применяют преобразователи частоты. Применение инверторов в систему вентиляции решает важные производственные проблемы:

1. Снижение энергопотребления из-за уменьшения частоты вращения.
2. Отсутствие динамического удара во время запуска вентилятора, плавный запуск.
3. Специальная защищенность обмоток двигателя от влаги, функция многих инверторов.
4. Обратный ход без механических перегрузок.
5. Контроль за системой в автоматическом режиме, предупреждение аварий.
6. Автоматика для рабочих параметров.
7. Совмещение электрических приводов в одну систему предприятия.

Преобразователь частоты для вентилятора заводского исполнения продлевает срок службы механизма в два раза, увеличивает его работоспособность. Эффект от использования преобразователя появится в течение месяца по отчетам: уменьшение мощности из-за отсутствия дросселей и заслонок, улучшения технологии производства.

Преобразователь частоты для вентилятора

Когда выбираете вид частотного преобразователя, то можете определить точное задание, которую будет выполнять привод с электромотором, точность регулировки скорости (частоты вращения), точности тип электродвигателя. Можете принимать нюансы конструкции частотника, его параметры, класс защищенности, удобство пользования.

Классификация преобразователей частоты:

• входное число фаз (3-фазные, 1-фазные);
• размер напряжения номинального значения (средневольтные до 6000 вольт, общепромышленные до 500 вольт);
• конструкция варианта по классу защищенности;
• тип управляемости (скалярное, векторное);
• работа по областям (для вентиляции и помп, лифтовые, общепромышленные);

Вентиляторы

Мощность вентилятора равна скорости вращения в кубе, поэтому применение преобразователя частоты является делом экономии. Для запуска вентиляторов с большой массой делают моторы высокой мощности. Это позволяет экономить электроэнергию и окупаемость частотного преобразователя получается около года. Также решается вопрос гидроударов: эксплуатация частотника, пуск и торможение вентилятора делается мягко. Частотник оснащен управлением, которая позволяет работать с групповыми вентиляторами, без лишних контроллеров. При разработке механизмов применяют с частотным преобразователем мотор сниженной мощности, экономия выходит за счет уменьшения расходов на холостом ходу.

Функции преобразователей частоты для вентиляторов:

• более широкий ПИД-контроль (предварительная установка значений ПИД, ПИД-регулирование в двойном режиме);
• одновременная работа с разными моторами;
• прогрев мотора перед работой;
• «низкая утечка» в режиме PWM.

Эти значения параметров надо брать во внимание, когда подходит время для выбора инвертора.

Применение преобразователей частоты для дымоудаления

Преобразователи нужны для регулирования скорости вращения мотора дымососа. В новой редакции СП 7.13130.2013 появилось такое требование, которого ранее не было. Суть его в следующем. Возможность использования частотников в механизме вентиляции дымоудаления нужно определять по испытаниям ГОСТ Р 53302. Ищем, на какие параметры механизма вентиляции влияют преобразователи по стандарту:

а) уменьшение подачи, давления вентилятора в испытаниях более 15% к параметрам, которые получены в начале испытания;

б) отклонение выше 15% параметров значений аэродинамики, которые получены на температурном воздействии на образец и охлаждении, в сравнении с параметрами вентилятора в аэродинамике;

Получается, что это вопрос по совмещаемости при эксплуатации механизма вентиляции. Вентилятор подвергается процессу испытания вместе с видом частотника для доказательства возможности применения. Сам частотник всегда соответствует стандарту, но является частью шкафа вентиляционного управления, который становится частью прибора пожарного оборудования управления, имеющего опции удаления дыма. Количество типов механизмов вентиляции должно быть равно количеству исполнений ППУ, которые прошли испытание.

Преобразователи частоты не имеют информации о совместимости с дымоудаляющим оборудованием вентиляции.

Частотный преобразователь (он же «частотник», он же «инвертор»)

В обиходе частотный преобразователь чаще называют частотником или инвертором.

Как уже было сказано, частотник предназначен для управления скоростью вращения электродвигателя. Это происходит за счёт изменения характеристик питающего напряжения.

Существуют модификации частотников для управления трёхфазными и однофазными двигателями.

Типовая структурная схема управления электродвигателем выглядит так:

На схеме трёхфазное питание подаётся на вход инвертора через автоматический выключатель, выполняющий защитную функцию, и магнитный пускатель (расцепитель), с помощью которого можно разорвать цепь по внешнему сигналу, когда это необходимо.

Частотник преобразует характеристики входного напряжения в соответствии с заданной схемой управления и требуемой частотой электродвигателя, и «выдаёт» на выход три фазы с изменёнными параметрами (частотой, величиной напряжения, сдвигом фаз).

Задание частоты может производится непосредственно с пользовательской панели преобразователя частоты или дистанционно с ПК или пульта оператора.

Для однофазного двигателя структурная схема управления аналогична.

Схема частотного преобразователя

Рассмотрим основные структурно-функциональные узлы преобразователя частоты:

1. Силовая часть — выполняет изменение характеристик входного напряжения для достижения требуемой скорости вращения двигателя.
2. Управляющий процессор — «мозг» частотника, координирует работу всех остальных узлов. Управляет силовой частью, задавая алгоритм преобразования входного напряжения в выходное.
3. Интерфейс пользователя — может состоять из кнопок, ручек, цифровых и текстовых табло. Необходим для настройки преобразователя, задания требуемой частоты вращения двигателя и других параметров. На графическом табло отображается текущее состояние частотника (заданная скорость вращения, ток двигателя и др.).
4. Цифровой интерфейс — аналог интерфейса пользователя. Позволяет подключиться к преобразователю дистанционно, используя один из поддерживаемых протоколов, и управлять, настраивать, анализировать состояние частотника с удалённого ПК (пульта оператора).
5. Дискретные входы — могут быть задействованы для управления частотником с помощью внешних дискретных сигналов. Например, можно назначить на каждый дискретный вход определённую частоту, с которой должен крутиться двигатель. Допустим частотник имеет пять входов. Настраиваем на 1 вход 10 Гц, 2 — 20 Гц, …, 5 — 50 Гц, и подключаем к каждому входу кнопку — тогда при нажатии на соответствующую кнопку преобразователь будет принимать соответствующую частоту в качестве заданной.
6. Аналоговые входы — могут применяться для управления частотой с помощью внешнего аналогового унифицированного сигнала (4-20 мА или 0-10 В). Допустим, в системе вентиляции необходимо менять частоту вентилятора в зависимости от температуры воздуха. Для этого можно применить датчик температуры с аналоговым сигналом на выходе, подключив его к соответствующему входу частотника, и настроить преобразователь на управление от аналогового входа. Тогда при увеличении температуры, будет происходить увеличение скорости вращения вентилятора.
7. Дискретные выходы — могут использоваться для регистрации различных событий (информационных или аварийных). Например можно настроить, чтобы выход срабатывал, когда преобразователь достиг заданной частоты, произошёл перегрев двигателя и т.д.
8. Аналоговые выходы — используются для передачи другим устройствам текущих непрерывных параметров частотника (частоты вращения, тока, теплового состояния и др.).

Настройка частотного преобразователя

Для того, чтобы начать использование частотного преобразователя, его необходимо настроить, — то есть задать минимально-необходимый набор параметров:

Зачем нужен частотный преобразователь для вентилятора

Частотные преобразователи необходимы для управления скоростью и моментами вращения электрических двигателей. Это позволяет управлять производительностью насосов, воздуходувок и вентиляторов. При использовании преобразователя двигатель запускается плавно и не производит резких пусковых ударов, что значительно уменьшает нагрузку на сеть и увеличивает срок службы механизмов.

Если использовать частотный преобразователь для вентилятора в совокупности с асинхронными двигателями, мотор будет постепенно менять скорость двигателей. Данный прибор действует по следующему принципу. Диоды выпрямления выравнивают напряжение переменного типа, после чего оно фильтруется через батарею конденсаторов, обладающих значительным емкостным ресурсом. Это позволяет минимизировать пульсацию выданного напряжения.

Напряжение передается схеме мостового типа, включающей транзисторы MOSFET или IGBT. Благодаря тому, что диоды не включаются параллельно, транзистор защищен от пробивания напряжением обратной полярности во время взаимодействия с обмотками устройства. В некоторых случаях схема может содержать цепь рассеивания. Она применяется во время торможения для гашения напряжения, вырабатываемого механизмом. Это позволяет избежать проблем при перезарядке конденсаторов.

Преимущества использования частотного преобразователя для вентилятора:
• Возможность эффективного использования на промышленных объектах;
• Повышение мощности вентиляции с увеличением температуры помещения;
• Экономия электричества до 50%;
• Предотвращение перегрева устройства;
• Приемлемый режим работы механизма на всем частотном диапазоне;
• Мягкий запуск и остановка прибора.

При правильном использовании, частотный преобразователь может поддерживать постоянную производительность вентилятора даже при засорении фильтра или изменять ее по заданному графику. При этом значительно упрощается настройка вентиляционной системы и обеспечивается надежная защита вентилятора от поломки.Это позволяет минимизировать пульсацию выданного напряжения.