Tak i nie! Chociaż nie ma prostej odpowiedzi na to pytanie.
Podobnie jak w przypadku wielu pytań, gdy porównujesz napędy o zmiennej częstotliwości (VFD) z napędami o zmiennej prędkości (VSD), istnieje krótka odpowiedź i długa odpowiedź. Istnieją różne rodzaje napędów o zmiennej prędkości. Napędy o zmiennej częstotliwości są rodzajem napędów o zmiennej prędkości. Najbardziej powszechnym typem napędu o zmiennej prędkości jest napęd wiroprądowy.
Istnieją jednak dwie istotne różnice i to jest krótka odpowiedź: Napędy wiroprądowe zmieniają prędkość sprzęgła, pozostawiając jednocześnie prędkość silnika do pracy z pełną prędkością. Napędy VFD zmieniają częstotliwość wejściową do silnika, zmieniając prędkość silnika.
Oczywiście, różnice mogą być szczegółowo opisane w znacznie dłuższym opisie – takim, który wymaga nieco więcej badań, aby powiedzieć, jak, gdzie i kiedy są one najlepiej wykorzystywane. W tym blogu postaramy się wyjaśnić wszelkie nieporozumienia między tymi dwoma urządzeniami i wyjaśnić ich definicje.
To prawda. Zarówno VSD, jak i VFD mają ten sam cel: zmieniają prędkość napędzanego sprzętu. Jednak to, JAK to robią, stanowi decydującą różnicę.
VSD – prądy wirowe
VSD zmieniają prędkość napędzanego sprzętu, pozostawiając silnik pracujący z pełną prędkością projektową. W silniku AC, zmienny prąd elektryczny jest przepuszczany przez rozproszone uzwojenie stojana w celu wytworzenia wirującego pola magnetycznego, które jest wykorzystywane do napędzania wału. Silniki AC napędzają maszyny wirujące, takie jak wentylatory, pompy i sprężarki z jedną prędkością i często można je znaleźć w systemach ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC). Prędkość obrotowa i moment obrotowy silnika AC są określane przez częstotliwość i napięcie zasilania. Ponieważ zasilanie energią elektryczną jest stałe, prędkość obrotowa silnika pozostaje stała. Jeśli prędkość musi się zmieniać, skutecznym rozwiązaniem będzie zastosowanie VSD. Dodając VSD do silnika AC, prędkość może być zmieniana z precyzją.
Jako przykład, spójrzmy na wentylator HVAC w budynku. Kiedy zapotrzebowanie na prędkość wentylatora spada, wentylator może być sterowany tak, aby zmniejszyć prędkość, zredukować przepływ energii, a tym samym zmniejszyć zużycie energii i ogólne koszty użytkowania.
Silniki prądu stałego przekształcają energię elektryczną prądu stałego w energię mechaniczną. Silniki DC opierają się na napięciu armatury i prądzie pola, aby kontrolować prędkość silnika. Ponieważ w silniku prądu stałego nie występuje częstotliwość, napędy VFD nie są opłacalne dla tego zastosowania. Konieczne jest zastosowanie oddzielnego regulatora prędkości DC. Silniki prądu stałego nie są często wybierane do tego zastosowania.
Często silniki prądu stałego są doposażane w silnik prądu przemiennego i przemiennik zmiennej prędkości, aby osiągnąć zmienność prędkości wymaganą dla tego zastosowania. Napędy wiroprądowe to napędy VSD, jednak wykorzystują one pole magnetyczne prądu stałego do połączenia dwóch członów – jednego na wale wejściowym i jednego na wale wyjściowym. Zwiększenie prądu stałego w cewce zwiększa sprzężenie dwóch elementów, dostarczając w ten sposób większy moment obrotowy do obciążenia. Tachometr jest używany do kontroli prędkości i momentu obrotowego.
Eddy Bieżące straty w wydajności są następujące:
- Silnik AC – równa znamionowej tabliczki znamionowej jak silnik jest uruchomiony w całej linii. Dotyczy to zarówno współczynnika mocy, jak i sprawności.
- Sterowanie prądem stałym – Typowo 2% lub mniej.
- Poślizg – Zmniejszenie prędkości jest rozpraszane w bębnie i wirniku (członach sprzężonych). Zmniejsza to wydajność proporcjonalnie do redukcji prędkości.
Podsumowując, najlepiej jest uruchomić urządzenie wiroprądowe przy prędkości znamionowej lub zbliżonej do niej. Zazwyczaj zaleca się 80 – 100%, aby zoptymalizować wydajność.
VFDs
VFDs kontrolują prędkość silnika poprzez zmianę napięcia i częstotliwości przyłożonej do stojana standardowego silnika AC. Sterowniki VFD mogą zmieniać prędkość przy rozruchu, podczas pracy i po zatrzymaniu silnika. Standardowy silnik prądu przemiennego ma opublikowaną sprawność i współczynnik mocy. Są one dość wysokie, zwykle znacznie powyżej 90%, ale tylko dla wzbudzenia sinusoidalnego przy częstotliwości znamionowej. W przypadku pracy z napędem VFD, moc dostarczana do silnika zawiera znaczną zawartość harmonicznych, które nie działają, ale zwiększają straty w silniku, co zmniejsza jego sprawność. Stan ten pogarsza się w miarę zmniejszania prędkości obrotowej.
VFD są często wyposażone w układy rozrusznika obejściowego, aby umożliwić pracę pompy, gdy VFD może zawieść. Wiele z nich jest wyposażonych w klimatyzację, aby utrzymać bezpieczną temperaturę pracy. Niektóre konstrukcje wymagają niestandardowo zaprojektowanych filtrów harmonicznych, aby spełnić określone przepisami limity zniekształceń harmonicznych. Każde z tych rozwiązań wiąże się z kosztami dodatkowego sprzętu. Ponadto, często istnieje znaczny koszt, aby zrobić miejsce i zainstalować cały ten sprzęt, nawet w zakresie dodawania nowych konstrukcji do istniejących obiektów lub projektowania dodatkowej przestrzeni w nowych obiektach. Dodatkowa moc niezbędna do obsługi tego dodatkowego sprzętu jest często ignorowana przy obliczaniu domniemanej sprawności systemu.
Straty sprawności VFD są następujące:
- Straty I²R – Ogrzewanie jest największą stratą spowodowaną oporem przepływu prądu w uzwojeniu silnika i prętach wirnika. Jest ono proporcjonalne do kwadratu przepływającego prądu.
- Straty wiroprądowe – Straty spowodowane niezamierzonym przepływem prądu w wirniku i stojanie. Są one ograniczone przez laminaty w stojanie i wirniku. Są one proporcjonalne do przepływu prądu i zwiększają się wraz z poślizgiem.
- Straty histerezowe – Ogrzewanie powstające w wyniku odwrócenia biegunowości magnetycznej żelaza w wirniku i stojanie. Zwiększa się ono wraz z poślizgiem.
Wszystkie powyższe straty stają się większym procentem mocy wyjściowej w miarę zmniejszania prędkości obrotowej.
Mało znanym faktem jest to, że silnik indukcyjny prądu zmiennego jest sprzęgłem magnetycznym działającym z poślizgiem (względem pola wirującego). Poślizg wzrasta pod zwiększonym obciążeniem, znacznie bardziej przy niskich prędkościach. Przy modyfikacji szerokości impulsu (PWM) równoważnej prędkości bazowej 100 RPM, silnik działałby z prędkością 50 RPM, gdyby jego znamionowy poślizg wynosił 50 RPM (silnik 1750 RPM). Tak więc, zwiększenie momentu obrotowego (wzrost napięcia) jest wykorzystywane do rozruchu pod obciążeniem. Poślizg ten jest stratą, która staje się większym procentem mocy w miarę zmniejszania prędkości. Jeśli używane jest wzmocnienie momentu obrotowego, straty są nadal wyższe.
Wreszcie, powyżej około 82% prędkości bazowej, wiroprąd faktycznie ma lepszą wydajność systemu niż VFD ze względu na niższe straty sterownika i wzbudzenie sinusoidalne.
Jeśli uważasz, że masz potrzebę zastosowania wiroprądowego VSD, skontaktuj się z nami pod adresem [email protected], aby ustalić, jak możemy najlepiej pomóc!
.