Ja en nee! Er is echter geen eenvoudig antwoord op deze vraag.
Zoals bij veel vragen het geval is, is er bij het vergelijken van variabele frequentieaandrijvingen (VFD’s) met variabele snelheidsaandrijvingen (VSD’s) een kort en een lang antwoord. Er zijn verschillende soorten variabele snelheidsaandrijvingen. Variabele frequentieregelaars zijn een type variabele snelheidsregelaars. Het meest voorkomende type frequentieregelaar is wervelstroom.
Er zijn echter twee belangrijke verschillen, en dit is het korte antwoord: Wervelstroomaandrijvingen veranderen de snelheid van de koppeling terwijl de motorsnelheid op volle snelheid blijft draaien. VFD’s veranderen de ingangsfrequentie naar de motor, waardoor het motortoerental verandert.
De verschillen kunnen natuurlijk in een veel langere beschrijving worden uitgewerkt – een beschrijving die wat meer onderzoek vereist om u te vertellen hoe, waar en wanneer ze het best worden gebruikt. In deze blog zullen we proberen alle misvattingen tussen de twee uit de weg te ruimen en hun definities te verduidelijken.
Het is waar. Zowel VSD’s als VFD’s bereiken hetzelfde doel: ze variëren de snelheid van de aangedreven apparatuur. Maar HOE ze dat doen is het bepalende verschil.
VSD’s – Wervelstroom
VSD’s veranderen de snelheid van de aangedreven apparatuur terwijl de motor op zijn volledige ontwerpsnelheid blijft werken. In een wisselstroommotor wordt een elektrische wisselstroom door een verdeelde statorwikkeling geleid om een roterend magnetisch veld te creëren dat wordt gebruikt om een as aan te drijven. Wisselstroommotoren drijven roterende machines zoals ventilatoren, pompen en compressoren met één snelheid aan en zijn vaak te vinden in verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen (HVAC). De rotatiesnelheid en het koppel van een wisselstroommotor worden bepaald door de frequentie en de spanning van de toevoer. Aangezien de toevoer van elektriciteit constant is, blijft het toerental van de motor vast. Als de snelheid moet variëren, dan is een VSD effectief. Door een VSD aan een wisselstroommotor toe te voegen, kan de snelheid nauwkeurig worden gevarieerd.
Als voorbeeld nemen we een HVAC-ventilator in een gebouw. Wanneer de vraag naar de ventilatorsnelheid afneemt, kan de ventilator worden geregeld om de snelheid te verlagen, de energiestroom te verminderen en zo het energieverbruik en de totale gebruikskosten te verlagen.
Gelijkstroommotoren zetten elektrische gelijkstroom om in mechanische energie. Gelijkstroommotoren vertrouwen op de spanning van het anker en de veldstroom om de motorsnelheid te regelen. Omdat er geen frequentie is in een DC-motor, zijn VFD’s niet levensvatbaar voor deze toepassing. Een afzonderlijke DC snelheidsregelaar is noodzakelijk. DC-motoren worden niet vaak gekozen voor deze toepassing.
Vaak worden DC-motoren achteraf uitgerust met een AC-motor en AC-frequentieregelaar om de snelheidsvariatie te bereiken die nodig is voor deze toepassing. Wervelstroomaandrijvingen zijn VSD’s, maar zij maken gebruik van een DC-magneetveld om twee leden met elkaar te verbinden – één op de ingaande as en één op de uitgaande as. Door de gelijkstroom naar de spoel te verhogen, wordt de koppeling tussen de twee delen versterkt, waardoor meer koppel aan de belasting wordt geleverd. Een tachometer wordt gebruikt om de snelheid en het koppel te controleren.
Eddy Current rendementsverliezen zijn als volgt:
- AC Motor – Gelijk aan de nominale waarde op het typeplaatje als de motor over de lijn loopt. Dit geldt zowel voor de arbeidsfactor als voor het rendement.
- Gelijkstroomregeling – Typisch 2% of minder.
- Slip – De snelheidsvermindering wordt gedissipeerd in de trommel en de rotor (de gekoppelde onderdelen). Het vermindert efficiency in verhouding tot vermindering in speed.
The bottom line is dat het beste is om een Wervelstroomapparaat bij of dichtbij nominale snelheid in werking te stellen. Typisch, wordt 80 – 100% geadviseerd om efficiency te optimaliseren.
VFDs
VFDs regelen motorsnelheid door de spanning en frequentie te variëren die op de stator van een standaard AC motor worden toegepast. VFD’s kunnen de snelheid regelen bij het starten, tijdens het draaien en bij het stoppen van de motor. Een standaard wisselstroommotor heeft een gepubliceerd rendement en een vermogensfactor. Deze zijn vrij hoog, meestal ver boven 90%, maar alleen voor een sinusvormige bekrachtiging bij de nominale frequentie. Bij gebruik met een VFD bevat de aan de motor geleverde stroom een aanzienlijke harmonische inhoud die niet werkt, maar bijdraagt tot de motorverliezen, wat het rendement van de motor vermindert. Deze toestand verergert naarmate het toerental wordt verlaagd.
VFD’s zijn vaak uitgerust met bypass-startersystemen om een pomp in te schakelen wanneer de VFD kan uitvallen. Vele zijn uitgerust met airconditioning om een veilige bedrijfstemperatuur te handhaven. Sommige ontwerpen vereisen op maat ontworpen harmonische filters om te voldoen aan de voorgeschreven harmonische vervormingslimieten. Aan elk van deze oplossingen hangt een prijskaartje voor de extra hardware. Bovendien zijn er vaak aanzienlijke kosten om ruimte te maken voor al deze apparatuur en deze te installeren, zelfs in de mate van nieuwbouw van bestaande faciliteiten of het ontwerpen van extra ruimte voor nieuwe faciliteiten. Het extra vermogen dat nodig is om deze extra hardware te laten werken, wordt vaak buiten beschouwing gelaten bij de berekening van de veronderstelde efficiëntie van het systeem.
VFD rendementsverliezen zijn als volgt:
- I²R-verliezen – Verwarming is het grootste verlies dat wordt veroorzaakt door weerstand tegen stroomstroming in de motorwikkeling en de rotorstaven. Het is evenredig met het kwadraat van de stroomsterkte.
- Wervelstroomverliezen – Verliezen veroorzaakt door onbedoelde stroomsterkte in de rotor en de stator. Deze worden beperkt door lamineringen in de stator en rotor. Zij zijn evenredig met de stroomsterkte en nemen toe met de slip.
- Hysteresisverliezen – Verwarming die ontstaat door het omkeren van de magnetische polariteit van het ijzer in de rotor en de stator. Dit neemt toe met de slip.
Alle bovengenoemde verliezen worden een groter percentage van het geleverde vermogen naarmate het toerental afneemt.
Een weinig bekend feit is dat een AC-inductiemotor een magnetische koppeling is die werkt met slip (tegen een roterend veld in). De slip neemt toe bij toenemende belasting, aanzienlijk meer bij lage toerentallen. Bij een Pulse Width Modification (PWM) equivalent basistoerental van 100 omw/min zou de motor werken bij 50 omw/min als zijn nominale slip 50 omw/min zou zijn (een 1750 omw/min motor). Er wordt dus een koppelversterking (spanningsverhoging) gebruikt om onder belasting te starten. Deze slip is een verlies dat een groter percentage van het vermogen wordt naarmate het toerental afneemt. Als de koppelversterking wordt gebruikt, zijn de verliezen nog hoger.
Ten slotte heeft de wervelstroom boven ongeveer 82% van de basissnelheid een betere systeemefficiëntie dan de VFD dankzij lagere regelaarverliezen en sinusvormige bekrachtiging.
Als u denkt dat u een wervelstroom-VDD nodig hebt, neem dan contact met ons op via [email protected] om te bepalen hoe wij u het beste kunnen helpen.