Преимущества и потенциальные недостатки VSD (фото кредит: hahnelec.com.au)
Преобразователи частоты (VSD)
VSD (Variable Speed Drives) предлагают несколько преимуществ, некоторые из которых относительно легко оцениваются, а другие из них менее ощутимы, но есть некоторые потенциальные недостатки, которых следует избегать.
Преимущества, которые мы получаем от VSD
1. Экономия энергии
С установками ротодинамического насоса экономия от 30% до 70% была достигнута во многих установках путем установки преобразователей частоты. Там, где используются насосы PD, потребление энергии, как правило, прямо пропорционально объему накачки и экономии легко определяется количественно.
Привод с переменной скоростью может снизить потребление энергии на целых 70%
2. Улучшен контроль процесса
Путем согласования выходного расхода насоса или давления непосредственно с требованиями процесса небольшие изменения могут быть скорректированы быстрее VSD, чем другими формами управления, что улучшает производительность процесса.
Существует меньше вероятности скачков потока или давления, когда устройство управления обеспечивает скорости изменения, которые практически бесконечно изменяются.
3. Повышение надежности системы
Любое уменьшение скорости, достигаемое с помощью VSD, имеет значительные преимущества в снижении износа насоса, особенно в подшипниках и уплотнениях. Кроме того, используя индексы надежности, можно точно вычислить дополнительные периоды времени между обслуживанием или сбоями.
Потенциальные недостатки VSD
У VSD также есть некоторые потенциальные недостатки, которых можно избежать при соответствующем проектировании и применении.
1. Структурный резонанс
Резонансные условия могут вызывать чрезмерные уровни вибрации, которые, в свою очередь, потенциально опасны для оборудования и окружающей среды.
Насосы, их опорная конструкция и трубопроводы подвержены различным потенциальным проблемам структурной вибрации (резонансные условия).
Приложения с фиксированной скоростью часто пропускают эти потенциальные резонансные ситуации, потому что общие гармоники возбуждения из-за скорости движения, частоты прохождения лопастей, частоты плунжера и т. Д. Не совпадают со структурными собственными частотами.
Для VSD-приложений частоты возбуждения становятся переменными, и вероятность столкновения с резонансным состоянием в пределах диапазона непрерывной рабочей скорости значительно возрастает. Проблемы вибрации насоса, как правило, происходят с корпусами подшипников и опорной конструкцией (опорной плитой для горизонтального применения, моторный и стула для вертикальных приложений).
Давление пульсаций является общим механизмом возбуждения. Эти пульсации давления могут быть дополнительно усилены акустическим резонансом внутри насоса или соседних трубопроводов.
Существует ряд анализов, которые могут быть выполнены для прогнозирования и предотвращения возможных резонансных ситуаций, в том числе:
- Простые гидравлические резонансные расчеты
- Анализ частоты прохождения
- Структурный резонанс, например, с использованием анализа конечных элементов
- Модальное тестирование реальной машины.
Модальное тестирование может дополнять регулярный тест на вибрацию. Очень часто насос, предназначенный для работы с переменной скоростью, будет проверяться только с одной скоростью.
2. Динамика ротора
Гидравлический пресс с моторизованной регулировкой высоты и регулируемыми боковыми направляющими узлами.
Риск возникновения вращающегося элемента, связанного с боковой критической скоростью, увеличивается с применением VSD. Боковые критические скорости возникают, когда скорость движения возбуждения совпадает с одной из боковых собственных частот ротора.
Результирующая вибрация ротора может быть приемлемой или чрезмерной, в зависимости от модального затухания, связанного с соответствующим режимом. Кроме того, приводные гармоники крутящего момента могут вызывать резонансные условия с динамическими режимами торсионного ротора. Однако такие условия обычно можно исправить или предотвратить.
Вертикальные насосы с переменной скоростью имеют более высокую вероятность, чем горизонтальные машины, проявлять рабочие зоны чрезмерной вибрации. Это связано с тем, что более низкие собственные частоты таких насосов с большей вероятностью совпадают с рабочей скоростью. Небольшие вертикальные насосы с близким и многоступенчатым насосами обычно не представляют проблему такого типа.
3. Дополнительные соображения для VFD
Внедрение VFD требует дополнительных соображений проектирования и применения.
VFD могут быть установлены на большинстве существующих двигателей в Европе и других областях, которые используют сеть 400 В (V). Однако, как правило, это не так в Соединенных Штатах и в других областях, где напряжение сети превышает 440 В. Следовательно, часто требуется усиленная изоляция двигателей с инверторными нагрузками.
Высокая скорость переключения в форме ШИМ может иногда приводить к проблемам.
Например:
- Скорость подъема волнового фронта может вызвать электромагнитные помехи, требующие адекватного электрического экранирования (экранированные выходные кабели). Фильтры на выходе инвертора могут устранить эту проблему.
- Старые системы изоляции двигателя могут ухудшаться быстрее из-за быстрой скорости изменения напряжения. Опять же, фильтры устранят эту проблему.
- Длинные кабельные трассы могут вызывать эффекты «линии передачи» и вызывать повышенные напряжения на клеммах двигателя.
Напряжения могут возникать в валах больших двигателей, что может привести к циркулирующим токам, которые могут разрушить подшипники.
Требуются следующие корректирующие меры:
- Изолированные подшипники без привода рекомендуется для всех двигателей мощностью более 100 киловатт (кВт).
- Для более высоких мощностей и напряжений дополнительно могут потребоваться фильтры общего режима.
У преобразователя будут потери, а потребность в электронике для электроники может стать важной проблемой. Ожидаемая продолжительность жизни преобразователя, как правило, напрямую связана с температурой внутренних компонентов, особенно с конденсаторами. Преобразователь может потребовать установки в менее обременительной среде, чем заменяющий его мотор.
В частности:
- Электроника менее способна справляться с агрессивными и влажными местами, чем обычные стартеры.
- Эксплуатация VFD во взрывоопасной атмосфере обычно невозможна.
Как переменные частотные диски сохраняют энергию (VIDEO)
Ресурс: перекачиваемая скорость - руководство к успешным применениям