Ano i ne! I když na tuto otázku neexistuje jednoduchá odpověď.
Stejně jako u mnoha jiných otázek, i při porovnávání frekvenčních měničů (VFD) a pohonů s proměnnou rychlostí (VSD) existuje krátká a dlouhá odpověď. Existují různé typy frekvenčních měničů. Pohony s proměnnou frekvencí jsou typem pohonů s proměnnou rychlostí. Nejběžnějším typem pohonu s proměnnou rychlostí jsou vířivé proudy.
Existují však dva významné rozdíly, a to je krátká odpověď: Pohony s vířivými proudy mění otáčky spojky, zatímco otáčky motoru ponechávají běžet na plných otáčkách. Měniče frekvence mění vstupní frekvenci do motoru, čímž se mění otáčky motoru.
Rozdíly lze samozřejmě podrobně popsat mnohem obsáhleji – k tomu, abyste věděli, jak, kde a kdy je nejlépe použít, je zapotřebí trochu více výzkumu. V tomto blogu se pokusíme vyjasnit všechny mylné představy o těchto dvou pojmech a objasnit jejich definice.
Je to tak. Jak VSD, tak VFD dosahují stejného cíle: mění otáčky poháněného zařízení. Určujícím rozdílem je však to, JAK to dělají.
VSD – vířivé proudy
VSD mění otáčky poháněného zařízení, přičemž ponechávají motor pracovat s plnými konstrukčními otáčkami. Ve střídavém motoru prochází střídavý elektrický proud rozděleným statorovým vinutím a vytváří točivé magnetické pole, které se používá k pohonu hřídele. Střídavé motory pohánějí rotující stroje, jako jsou ventilátory, čerpadla a kompresory, jednou rychlostí a lze je často nalézt v systémech vytápění, větrání a klimatizace (HVAC). Rychlost otáčení a točivý moment střídavého motoru jsou určeny frekvencí a napětím zdroje. Protože dodávka elektřiny je konstantní, pak otáčky motoru zůstávají neměnné. Pokud je třeba otáčky měnit, pak by byl účinný převodník VSD. Přidáním VSD ke střídavému motoru lze otáčky měnit s přesností.
Na příklad se podívejme na ventilátor HVAC v budově. Když se sníží požadavek na otáčky ventilátoru, pak lze ventilátor řídit tak, aby se otáčky snížily, snížil se tok energie, a tím se snížila spotřeba energie a celkové náklady na používání.
Stejnosměrné motory přeměňují stejnosměrnou elektrickou energii na mechanickou energii. Stejnosměrné motory se při řízení otáček motoru spoléhají na napětí kotvy a proud pole. Protože ve stejnosměrném motoru není frekvence, nejsou VFD pro tuto aplikaci použitelné. Je nutný samostatný regulátor otáček stejnosměrného motoru. Stejnosměrné motory se pro tuto aplikaci často nevybírají.
Často se stejnosměrné motory dovybavují střídavým motorem a střídavým měničem otáček, aby se dosáhlo změny otáček potřebné pro jeho aplikaci. Vířivé pohony jsou VSD, využívají však stejnosměrné magnetické pole k propojení dvou členů – jednoho na vstupním hřídeli a druhého na výstupním hřídeli. Zvýšením stejnosměrného proudu do cívky se zvýší propojení obou členů, čímž se do zátěže přivede větší točivý moment. Ke kontrole rychlosti a točivého momentu se používá otáčkoměr.
Eddyho proudové ztráty v účinnosti jsou následující:
- Střídavý motor – rovnají se jmenovité hodnotě na výrobním štítku, protože motor běží napříč. To platí jak pro účiník, tak pro účinnost.
- Stejnosměrná regulace – Obvykle 2 % nebo méně.
- Skluz – Snížení otáček se rozptýlí v bubnu a rotoru (spojených členech). Snižuje účinnost úměrně snížení otáček.
Podstatné je, že nejlepší je provozovat zařízení s vířivými proudy při jmenovitých otáčkách nebo blízko nich. Obvykle se pro optimalizaci účinnosti doporučuje 80 – 100 %.
VFD
VFD řídí otáčky motoru změnou napětí a frekvence přiváděné na stator standardního střídavého motoru. VFD mohou měnit regulaci otáček při spouštění, během chodu a při zastavení motoru. Standardní střídavý motor má zveřejněnou účinnost a účiník. Jsou poměrně vysoké, obvykle výrazně nad 90 %, ale pouze pro sinusové buzení při jmenovité frekvenci. Při provozu na VFD obsahuje energie dodávaná do motoru značný obsah harmonických, které nepůsobí, ale zvyšují ztráty motoru, což snižuje jeho účinnost. Tento stav se zhoršuje se snižováním otáček.
VFD jsou často vybaveny schématy obtokového spouštěče, které umožňují provoz čerpadla při možném selhání VFD. Mnohé jsou vybaveny klimatizací pro udržení bezpečné provozní teploty. Některé konstrukce vyžadují na zakázku navržené harmonické filtry, aby byly splněny regulační limity harmonického zkreslení. Každé z těchto řešení je spojeno s náklady na dodatečný hardware. Kromě toho je často nutné vynaložit značné náklady na vytvoření prostoru pro všechna tato zařízení a jejich instalaci, a to i do té míry, že je nutné přidat nové konstrukce do stávajících zařízení nebo navrhnout přidaný prostor do nových zařízení. Dodatečný výkon nutný k provozu tohoto dodatečného hardwaru se při výpočtu předpokládané účinnosti systému často zanedbává.
Ztráty VFD na účinnosti jsou následující:
- Ztráty I²R – ohřev je největší ztrátou způsobenou odporem proti průtoku proudu ve vinutí motoru a rotorových tyčích. Je úměrná kvadrátu průtoku proudu.
- Ztráty vířivými proudy – Ztráty způsobené nechtěným průtokem proudu v rotoru a statoru. Jsou omezeny laminací ve statoru a rotoru. Jsou úměrné průtoku proudu a rostou se skluzem.
- Hysterezní ztráty – Zahřívání vzniklé změnou magnetické polarity železa v rotoru a statoru. Zvyšují se se skluzem.
Všechny výše uvedené ztráty se při snižování otáček stávají větším procentem výkonu.
Málo známou skutečností je, že střídavý indukční motor je magnetická spojka pracující ve skluzu (proti točivému poli). Tento skluz se při zvýšeném zatížení zvětšuje, při nízkých otáčkách podstatně více. Při ekvivalentních základních otáčkách 100 min-1 s pulzně šířkovou modifikací (PWM) by motor pracoval při 50 min-1, pokud by jeho jmenovitý skluz byl 50 min-1 (motor s 1750 min-1). K rozběhu pod zatížením se tedy využívá zvýšení točivého momentu (zvýšení napětí). Tento skluz představuje ztrátu, která se při snižování otáček stává vyšším procentem výkonu. Pokud se použije zvýšení točivého momentu, jsou ztráty ještě vyšší.
Nakonec, nad přibližně 82 % základních otáček má vířivý proud ve skutečnosti lepší účinnost systému než VFD díky nižším ztrátám v regulátoru a sinusovému buzení.
Pokud si myslíte, že potřebujete vířivý proudový VSD, kontaktujte nás na adrese [email protected], abychom zjistili, jak vám můžeme nejlépe pomoci!