سیستم های موتور الکتریکی حدود۶۵ درصد مصرف برق صنعتیدر این سیستم ها، فن های سانتریفیوژال، پمپ ها و کمپرسورها بزرگترین دسته از مصرف انرژی را نشان می دهند و همچنین بزرگترین فرصت استفاده نشده برای بهبود بهره وری را نشان می دهند.دلیلش ساده است: اکثر این ماشین ها برای شرایط حداکثر بار طراحی شده اند اما بیشتر ساعات کار خود را با بار جزئی می گذرانند.در حال اجرا با سرعت ثابت در حالی که دستگاه های خنک کننده مکانیکی مقدار زیادی انرژی را هدر می دهند.
درAnyhertz Drive (Shenzhen) Co. Ltd.، ما دو دهه را صرف توسعه راه حل های VFD کرده ایم که این زباله ها را به صرفه جویی قابل اندازه گیری تبدیل می کند.FST-650Lوسری FST-500اینورترهای عمومی به طور خاص برای به حداکثر رساندن بهره وری انرژی در فن، پمپ و کمپرسور طراحی شده اند، دوره های بازپرداخت را ارائه می دهند که معمولا از6 تا 24 ماه.
صرفه جویی های چشمگیر انرژی حاصل از VFD ها در سیستم های فن و پمپ توسط مجموعه ای از اصول فیزیکی اساسی شناخته شده به عنوانقوانین خویشاوندیاین قوانین رابطه ی ریاضی بین سرعت موتور، میزان جریان، فشار و مصرف برق در ماشین های سانتریفیوژ را توصیف می کنند.
| قانون | رابطه | تاثیر عملی |
|---|---|---|
| جریان سرعت | سرعت جریان با سرعت موتور به صورت خطی تغییر می کند | کاهش سرعت 20 درصد، جریان را 20 درصد کاهش می دهد. |
| فشار سرعت2 | تغییر فشار (سر) با مربع سرعت | در سرعت 80 درصد، فشار به 64 درصد از بار کامل کاهش می یابد |
| قدرت سرعت3 | تغییرات مصرف برق با مکعب سرعت | در 80 درصد سرعت، قدرت به فقط51.2 درصدبا بار کامل |
بینش کلیدی:کاهش 20 درصد سرعت موتور به نظر می رسد، 20 درصد صرفه جویی در انرژی را به ارمغان نمی آورد.48.8 درصد کاهش مصرف برقاین مزیت غیر خطی به این دلیل است که بازسازی VFD به طور مداوم بالاترین بازده سرمایه گذاری را در پروژه های بهره وری انرژی صنعتی ارائه می دهد.
شکل 1: قوانین وابستگی نشان می دهد که چرا کاهش سرعت کوچک منجر به صرفه جویی های انرژی بیش از حد در بارهای سانتریفیوژ می شود.
قبل از بررسی راه حل های VFD، درک اینکه چرا روش های کنترل معمولی به طور ذاتی ناکارآمد هستند ضروری است.
در یک سیستم پمپ با سرعت ثابت معمولی، جریان با بسته شدن جزئی یک شیر گاز کنترل می شود. پمپ به سرعت کامل ادامه می دهد، اما شیر به طور مصنوعی خروجی را محدود می کند.انرژی که باید کار هیدرولیکی مفید را انجام می داد در عوض به عنوان گرما از بین می رود، سر و صدا و ارتعاش در شیر و سیستم لوله کشی.
به طور مشابه، در سیستم های فن، دامپرهای خروجی یا لوله های راهنمای ورودی برای محدود کردن جریان هوا در حالی که موتور فن با سرعت ثابت کار می کند، استفاده می شود.این محدودیت های مکانیکی همان الگوی انرژی هدر رفته را ایجاد می کنند.
یک VFD این ضایعات را به طور کامل از بین می برد. به جای محدود کردن خروجی یک ماشین با سرعت کامل، VFD فرکانس الکتریکی موتور را کاهش می دهد،کند کردن ماشین به سرعت دقیق مورد نیاز فرآیندقوانین وابستگی تضمین می کنند که این کاهش سرعت باعث صرفه جویی در انرژی بسیار بیشتر از تغییر متناسب سرعت می شود.
شکل 2: پس انداز انرژی و دوره های بازپرداخت معمول در چهار برنامه اصلی صنعتی VFD با استفاده از درایوهای AnyHz FST-650L و FST-500.
فن های برج خنک کننده در میان کاندیداهای ارتقاء VFD با بالاترین ROI هستند. یک فن برج خنک کننده 30 kW که با کنترل دامپر کار می کند می تواند به دست آوردکاهش انرژی 40-60٪از آنجا که تقاضای خنک کننده درجه حرارت محیط لامپ مرطوب و بار ساختمان را ردیابی می کند، این فن ها به ندرت به سرعت کامل برای بیش از چند ساعت اوج در روز نیاز دارند.
در نیروگاه های حرارتی، پمپ های تغذیه دیگ (BFPs) از بزرگترین بارهای کمکی هستند. به طور سنتی، جریان با فشار دادن یک شیر آب تغذیه در حالی که پمپ با سرعت ثابت کار می کند کنترل می شود.یک VFD ارتقا سرعت پمپ را به طور مستقیم تغییر می دهد، از بین بردن از دست دادن گاز و بهبود دقت کنترل سطح طبل.
بادکنک های تهویه کننده معمولا بزرگترین مصرف کننده انرژی در کارخانه های تصفیه فاضلاب هستند و اغلب50-70٪ کل مصرف برق کارخانهبادکنک های با سرعت ثابت برای تقاضای اوج اکسیژن که فقط چند ساعت در روز اتفاق می افتد اندازه گیری می شوند. VFD سرعت بادکنک را بر اساس بازخورد سنسور اکسیژن حل شده (DO) تنظیم می کند.
کمپرسورهای هوا یکی دیگر از کاندیداهای اصلی برای کنترل VFD هستند. کنترل بار / تخلیه سنتی در طول دوره های بیکار انرژی قابل توجهی را هدر می دهد. یک کمپرسور VFD به طور دقیق تولید را با تقاضا مطابقت می دهد،از بین بردن مجازات مصرف انرژی در هنگام کار بدون بار.
در حالی که صرفه جویی در انرژی عامل اصلی استفاده از VFD است، پیشنهاد ارزش کل بسیار فراتر از صورتحساب برق است:
| سود | مکانیزم | تاثیر سنجیده شده |
|---|---|---|
| طول عمر تجهیزات | شروع نرم باعث از بین رفتن شوک مکانیکی می شود؛ سرعت کاهش یافته باعث کاهش لاغری و سایش مهر می شود | عمر پمپ با۳۰ تا ۵۰ درصد |
| نگهداری کاهش یافته | سرعت کار پایین تر لرزش، گرما و استرس مکانیکی را کاهش می دهد | تماس های تعمیرات تا۷۰ درصد |
| کنترل فرآیند بهبود یافته | کنترل دقیق سرعت باعث تنظیم بهتر فشار، جریان و دمای آب می شود | ثبات فرآیند به طور قابل توجهی بهبود یافت |
| عملیات آرام تر | سرعت پایین تر فن و پمپ باعث کاهش سر و صداهای هوا و ساختاری می شود | کاهش صدا۱۰ تا ۱۵ دبیل |
| اصلاح فاکتور قدرت | VFD ها فاکتور قدرت نزدیک به واحد را به خط ارائه می دهند و هزینه های قدرت واکنش را کاهش می دهند | فاکتور قدرت معمولا>0.95 |
| حذف چکش آب | شتاب کنترل شده از افزایش فشار در سیستم های لوله کشی جلوگیری می کند | جلوگیری از آسیب به لوله و نشت |
نمونه کار اینورترهای عمومی AnyHz از ابتدا برای به حداکثر رساندن پتانسیل صرفه جویی در انرژی قوانین وابستگی در کاربردهای صنعتی دنیای واقعی طراحی شده است.
- محدوده قدرت:0.75 کيلووايت 630 کيلووايت
- ولتاژ:یک فاز 220 ولت / سه فاز 380 ولت
- حالت کنترل:کنترل وکتور بدون سنسور (SVC) / کنترل وکتور حلقه بسته (FVC)
- کنترل کننده PID داخلیبرای تنظیم خودکار فرآیند
- کنترل آبشار چند پمپبرای بهینه سازی مرحله بندی
- عملکرد خواب / بیداریبرای جلوگیری از اتلاف انرژی با بار کم
- بهینه سازی خودکار انرژی (AEO)برای بهره وری بار جزئی
- ارتباطات:RS-485 Modbus RTU
- حفاظت:IP20
- محدوده قدرت:0.4 kW 7.5 kW
- ولتاژ:یک فاز 220 ولت / سه فاز 380 ولت
- حالت کنترل:کنترل V/F / کنترل بردار ساده
- PID داخلیبا کنترل حالت خواب/بیداری و حالت آتش
- پیش تنظیم چند سرعتبرای پروفایل های کار انعطاف پذیر
- ارتباطات:RS-485 Modbus RTU
- حفاظت:IP20
- بهینه سازی هزینهبرای کاربردهای استاندارد فن و پمپ
- راه اندازی آسانبا تابع تنظیم خودکار
- کنترل کننده PID داخلی:فشار، جریان یا دمای ثابت را با تنظیم اتوماتیک سرعت موتور بر اساس بازخورد سنسور حفظ می کند. نیازی به کنترل کننده خارجی نیست.
- کنترل چند پمپ:به طور خودکار چندین پمپ را بر اساس تقاضای سیستم روشن و خاموش می کند، بهینه سازی بهره وری در سراسر طیف عملیاتی.
- عملکرد خواب / بیداری:به طور خودکار موتور را متوقف می کند زمانی که تقاضا کمتر از یک آستانه حداقل باشد و هنگامی که تقاضا بازگردد دوباره شروع می شود، جلوگیری از اتلاف انرژی در دوره های کم بار.
- بهینه سازی خودکار انرژی (AEO):به طور مداوم نسبت V / F را تنظیم می کند تا از دست دادن موتور در بار جزئی را به حداقل برساند، و درصد بهره وری اضافی را از بین ببرد.
- کنترل حالت آتش:برای برنامه های HVAC ضروری است که در شرایط اضطراری به سرعت کار می کند و تمام توابع صرفه جویی در انرژی را نادیده می گیرد.
برای مدیران تاسیسات و مهندسان کارخانه ارزیابی VFD، یک رویکرد ساختاری برای محاسبه ROI، پیش بینی های واقع بینانه را تضمین می کند:
اندازه گیری یا برآورد ساعت های عملیاتی سالانه و مشخصات متوسط بار موتور هدف. برای فن ها و پمپ ها با تقاضای متغیر، تجزیه و تحلیل چرخه کار بار ضروری است.
بر اساس الزامات فرآیند، کاهش سرعت واقعی را تعیین کنید. در اکثر برنامه های کاربردی HVAC و آب درمانی، میانگین سرعت کار در۶۰ تا ۸۵ درصدمحدوده
برای محاسبه قدرت نظری در سرعت کاهش یافته از رابطه مکعب استفاده کنید. به عنوان مثال، اگر یک پمپ به طور متوسط 75٪ سرعت داشته باشد:
صرفه جویی در انرژی =57.8٪
پس انداز واقعی معمولا80-90٪از نظر نظری به دلیل از دست دادن VFD، تغییرات بهره وری موتور در بار جزئی و عدم خطی بودن سیستم.45 تا 50 درصدکاهش انرژی.
| بخش هزینه | محدوده معمولی |
|---|---|
| سخت افزار VFD (در kW) | 80 دلار 150 دلار |
| نصب و راه اندازی | $500 ∙ $2,000 به ازاي هر راننده |
| کل هزینه های نصب شده | با توجه به اندازه درخواست متفاوت است |
| صرفه جویی در انرژی سالانه | 30~60% از مصرف پایه |
| دوره بازپرداخت معمول | 6 24 ماه |
- استانداردهای بهره وری انرژی DEWA (UAE):در اواخر سال 2024 به روزرسانی شده و VFD ها را برای سیستم های HVAC بالاتر از 7.5 kW و برنامه های پمپ بالاتر از 15 kW در تاسیسات صنعتی جدید اجباری می کند.
- IEEE 519 محدوده های هارمونیک:نیاز به کاهش هارمونیک برای نصب VFD بالاتر از 50 kW، افزایش تقاضا برای درایو ها با خفه کننده های اتصال DC داخلی یا فن آوری فعال جلو.
- اهداف جهانی کاهش کربن:با توجه به اینکه صنایع با فشار فزاینده ای برای کاهش انتشارات دامنه 2 روبرو هستند، بازسازی VFD یکی از سریع ترین و مقرون به صرفه ترین اقدامات غیر کربن سازی موجود است.
ریاضیات قوانین صمیمیت بی رحمانه است: هر درصد از سرعت موتور غیر ضروری هزینه سه درصد از انرژی هدر رفته است.برای تاسیسات صنعتی که صدها موتور در سراسر فن کار می کنند، پمپ، و سیستم های کمپرسور، ضایعات تجمعی شگفت انگیز است و فرصت به همان اندازه بزرگ است.
✓کاهش انرژی 30٪ تا 60٪بر روی بارهای چرخش متغیر
✓۶- دوره بازپرداخت ۲۴ ماههدر مورد دارایی های به طور مداوم
✓طول عمر تجهیزات 15+ سالاز طریق کاهش فشار مکانیکی
✓کاهش قابل اندازه گیری اثرات کربنبا حداقل سرمایه گذاری
در AnyHz، اینورترهای سری FST-650L و FST-500 ما دو دهه تجربه کنترل وکتور جریان را با فن و پمپ های ساخته شده برای این هدف ترکیب می کنند،و بازده سرمایه که اپراتورهای صنعتی تقاضا می کنندبا محصولات صادر شده به100+ کشوروصدور گواهینامه ISO9001ما آماده ایم که از پروژه ی بعدی شما در زمینه ی بهره وری انرژی حمایت کنیم.
با گروه مهندسي ما تماس بگيريد تا با شما در مورد حسابرسي انرژي و اندازه گيري VFD مشورت کنيم
