Защо PMSM за индустриални вентилатори подобрява коефициента на мощност на електрозахранващите системи в заводите

Когато една фабрика анализира енергийната употреба на вентилаторите, разговорът често спира при ефективността на двигателя. Това пропуска втория въпрос, свързан с електрическата система: колко ток трябва да достави захранването, за да поддържа извършената работа? PMSM за промишлени вентилатори могат да подобрят тази картина, тъй като синхронният двигател с постоянните магнити не изисква ток за магнетизиране на ротора по начина, по който го изисква асинхронният двигател. Но полезният отговор е по-точен от простото твърдение „PMSM означава по-добър коефициент на мощност“. Фабриката наблюдава комбинираното поведение на двигателя, честотния преобразовател (VFD), настройките на управлението, работния цикъл на вентилатора и хармоничната среда.

За инженер, който сравнява пакет с постояннотоков двигател с постоянни магнити (PMSM) и пакет с индукционен вентилатор, практическият обект не е декларирана на табелката стойност. Той е по-нисък ненужен ток, стабилен контрол на вентилатора и измерено подобрение в реалните експлоатационни условия на сградата.

Започнете с промените в коефициента на мощност в системата на вентилатора

Коефициентът на мощност описва колко ефективно видимата мощност се преобразува в полезна действителна мощност. В конвенционална система с променливотоков двигател реактивната мощност поддържа магнитните полета, необходими за производството на въртящ момент. Тя заема капацитет в трансформатори, кабели, комутационно оборудване и генератори, въпреки че не завърта директно вентилатора. По-ниският коефициент на мощност следователно повишава тока при дадена kW-нагрузка, увеличавайки загубите в проводниците и използвайки капацитета на разпределителната мрежа.

Индукционният двигател създава магнитното поле на ротора си чрез намагнитващ ток. Един ПМСД за индустриални вентилатори използва постоянни магнити на ротора, което позволява намаляване на намагнитващата компонента при клемите на двигателя. При подходящо регулиране на тока статорният ток може да се подравни по-точно с оста, произвеждаща въртящ момент. Това е електрическият механизъм, лежащ в основата на възможността за подобряване на коефициента на мощност.

Съществува важна граница: коефициентът на мощност при клемите на двигателя не е автоматично равен на коефициента на мощност при входа на фабриката. Ако вентилаторът се задвижва чрез променливочестотен преобразовател (VFD), входният изправител на преобразователя, постояннотоковата верига, линейният реактор, пасивното или активно хармонично филтриране и останалата част от товара на завода всички влияят върху стойността, която регистрира броячът на електроснабдителя.

Защо ползата често е значима за индустриални вентилатори

Вентилаторите са отлични кандидати, тъй като нуждата от въздушен поток често е променлива. Вместо да се регулира въздушният поток чрез дроселни клапани при постоянно завъртяне на двигателя, честотният преобразувател (VFD) може да намали скоростта на вентилатора, за да съответства на нуждите от вентилация, охлаждане или технологичен процес. Законите за подобието на вентилаторите показват, че обемният поток се променя приблизително пропорционално на скоростта, налягането — приблизително пропорционално на квадрата на скоростта, а мощността на вала — приблизително пропорционално на куба на скоростта. Следователно дори умерено намаляване на скоростта може значително да намали реалната мощност, необходима за работа.

Този работен диапазон при по-ниско натоварване е мястото, където изборът на двигател има решаващо значение. Перманентно магнитните машини могат да запазят благоприятна ефективност и управляемост в широк диапазон от скорости, стига двигателът и честотният преобразувател (VFD) да са правилно съчетани. Един ПМСД за индустриални вентилатори може следователно да намали както консумацията на киловатчасове (kW), така и товара от реактивния ток, свързан с асинхронния двигател. Тези два ефекта са свързани помежду си, но различни: по-ниската консумация на kW не означава задължително по-добър коефициент на мощност, а по-добрият коефициент на мощност сам по себе си не гарантира по-ниска консумация на киловатчасове (kWh).

Коефициент на мощност на двигателя спрямо коефициент на мощност на входа на преобразувателя

Това различие предотвратява много разочароващи очаквания от ретрофит проекти. От страна на изхода, честотният преобразувател (VFD) подава контролирана вълнова форма към постояннотоковия двигател с постоянни магнити (PMSM). От страна на входа стандартният шестимпулсен изправител може да консумира несинусоидален ток. Коефициентът на преместване на мощността може да е висок, докато истинският коефициент на мощност се намалява поради хармоничните изкривявания на тока.

Поради тази причина фабриката трябва да анализира поне четири стойности преди и след ретрофит проекта:

• Реална мощност (kW): полезната електрическа мощност, консумирана от вентилационната система.
• Реактивна мощност (kVAr): частта, свързана с поддържането на магнитното поле и други реактивни ефекти.
• Приложена мощност (kVA): натоварването, наложено върху захранващото оборудване.
• Истински коефициент на мощност и общо хармонично изкривяване на тока (THD): измерени на входа на VFD или на съответното разпределително табло.

Ако фабриката разполага с кондензаторни банки, контролерът им също трябва да бъде прегледан. Система с голям брой честотни преобразуватели може да изисква детунирани реактори, хармонични филтри или активен входен каскаден етап, в зависимост от измерванията и ограниченията за качеството на електроенергията в обекта. Добавянето на кондензатори без проверка на резонанса и хармониците не е безопасна алтернатива на надлежна оценка на входа на преобразувателите.

Където модернизацията с вентилатор с постояннотоков двигател с постоянни магнити може да подобри производствената мощност на фабриката

Разгледайте вентилационна банка, която циклира през режими с ниско, средно и високо търсене. При индукционен двигател, управление чрез клапани и лоши условия при частична натовареност системата може да консумира повече ток, отколкото изисква нуждата от въздух. Замяната на стратегията за управление с честотен преобразувател и PMSM за промишлени вентилатори позволява на системата да намали скоростта си, когато технологичният процес го допуска. По-ниското изискване към въртящ момент намалява потреблението в kW, докато характеристиките на възбуждане на двигателя могат да намалят реактивната компонента от страна на двигателя.

Резултатът може да осигури полезно намаляване на натоварването върху оборудването в горното течение. По-ниският ток намалява I²R загубите във фидерите и може да помогне за избягване на претоварване на трансформатор или генератор, което се дължи на kVA, а не само на kW. Въпреки това ползата трябва да се изчисли въз основа на измерени интервали, а не да се извлича от номиналните данни за двигателя.

Пет проверки на спецификациите преди избор на вентилаторен комплект с PMSM

• Нанесете реалния цикъл на работа. Регистрирайте скоростта на вентилатора, налягането, приблизителния разход на въздух, kW и часовете на работа. Вентилатор, който работи близо до една фиксирана точка, може да не оправдава същия избор на конструкция като вентилатор с голяма дневна вариация.
• Потвърдете съвместимостта с честотен преобразувател (VFD). Преобразувателят трябва да поддържа управление на PMSM, като параметрите за пускане в експлоатация се базират на данните за двигателя, предоставени от производителя. Управлението без сензори и управлението с енкодер имат различни последици за стартирането и работата при ниски скорости.
• Уточнете точката за измерване. По-нататък посочете дали критерият за приемане е коефициентът на мощност от моторната страна, истинският коефициент на мощност на входа на честотния преобразувател (VFD), захранващата линия на главния разпределителен щит (MCC) или входящата линия на обекта. Тези стойности не са взаимозаменяеми.
• Анализирайте хармониците и съществуващото оборудване за корекция. Измерете общото хармонично изкривяване на тока (THD) и проверете превключването на кондензаторните батерии, реакторите и натоварването на трансформаторите преди окончателно да се извърши модернизация.
• Проверете съвместимостта на механичния вентилатор. Изискванията към въртящия момент и скоростта, инерцията, лагерите, начинът на монтиране и производителността по отношение на въздушен поток трябва да отговарят на новия работен диапазон. Високо ефективният двигател не може да компенсира неправилно подбран вентилатор или ограничена въздушна тръбопроводна система.

Практичен план за верификация

Помолете доставчика или интегратора да определи базова линия и тест за приемане. Запишете три репрезентативни работни точки, а не единичен момент при пълна скорост. Във всяка точка регистрирайте напрежение, ток, кВт, кВАр, кВА, истински коефициент на мощност, общо хармонично изкривяване на тока (THD), скорост на вентилатора и технологично състояние. Сравнете еквивалентни условия за въздушен поток или налягане, след което прегледайте данните заедно с инженера по качеството на електроенергията в завода.

За международни проекти класовете на ефективност и методите за изпитване трябва да се проверят спрямо изискванията на съответния пазар. IEC TS 60034-30-2 предоставя релевантен контекст за класове на ефективност на променлива скорост за AC мотори, но не замества специфично за обекта електротехническо проучване. По подобен начин високата класификация по ефективност не гарантира, че входът на преобразувателя отговаря на конкретно ограничение за коефициент на мощност или хармоници, зададено от електроснабдителя.

Когато PMSM не е единственият отговор

ПМСД за индустриални вентилатори не е автоматично подходяща модернизация за всеки вентилатор. Ако вентилаторът работи непрекъснато при стабилна работна точка, високоенергийно ефективният асинхронен двигател с подходящ размер може да е по-прост и икономически изгоден вариант. Ако основният проблем на разпределителната система е хармоничната деформация, причинена от множество съществуващи честотни преобразуватели, подобряването на поведението на един двигател от страна на изхода няма да реши самостоятелно проблема на ниво обект.

Ако оценявате търговски постоянни магнитни двигатели за продан и имате нужда от инженерно проектирано задвижване, което гарантира ефективност и дълготрайност, ENNENG е вашият доверен партньор. Свържете се с ENNENG днес .Поговорете с нашия технически инженерен екип, за да получите персонализирано предложение за задвижване.

• Уотсап: +86 18562780228
• Имейл:  [email protected]
• Телефон:  +86 532 66000559