Proč trvalýmagnetové motory pro průmyslové ventilátory zlepšují výkonový faktor továrních napájecích systémů

Když továrna posuzuje spotřebu energie ventilátorů, diskuse často končí u účinnosti motoru. Tím se však přehlíží druhá otázka týkající se elektrického systému: kolik proudu musí dodávat napájecí zdroj, aby podporoval požadovanou práci? PMSM pro průmyslové ventilátory mohou tuto situaci zlepšit, protože trvalým magnetem buzený synchronní motor nepotřebuje magnetizační proud rotoru stejným způsobem jako asynchronní motor. Užitečná odpověď je však přesnější než pouhé „PMSM znamená lepší účiník“. To, co továrna pozoruje, je kombinované chování motoru, frekvenčního měniče (VFD), nastavení řízení, provozního cyklu ventilátoru a harmonického prostředí.

Pro inženýra, který porovnává balíček trvalého magnetu PMSM s balíčkem indukčního ventilátoru, praktickým cílem není tvrzení uvedené na typovém štítku. Cílem je snížit zbytečný proud, zajistit stabilní řízení ventilátoru a naměřit zlepšení v reálných provozních podmínkách zařízení.

Začněte tím, jak se mění účiník v systému ventilátoru

Účiník popisuje, jak efektivně se zdánlivý výkon přeměňuje na užitečný činný výkon. V konvenčním střídavém motorovém systému reaktivní výkon podporuje magnetická pole potřebná pro vytvoření točivého momentu. Tento výkon zatěžuje transformátory, kabely, rozvaděče a generátory, i když přímo neotáčí ventilátor. Nižší účiník proto zvyšuje proud pro daný požadavek v kW, což zvyšuje ztráty v vodičích a spotřebovává kapacitu distribuční soustavy.

Indukční motor vytváří magnetické pole svého rotoru pomocí magnetizačního proudu. A PMSM pro průmyslové ventilátory využívá trvalé magnety na rotoru, čímž lze snížit magnetizační složku na svorkách motoru. Při vhodné regulaci proudu lze statorový proud lépe zarovnat s osou vytvářející točivý moment. To je elektrický mechanismus, který umožňuje zlepšení účiníku.

Existuje důležitá hranice: účiník na svorkách motoru není automaticky totožný s účiníkem na přípojce továrny. Pokud je ventilátor řízen měničem frekvence (VFD), ovlivňují hodnotu, kterou zaznamenává elektroměr dodavatele, vstupní usměrňovač pohonného měniče, stejnosměrný meziobvod, síťový tlumivka, pasivní nebo aktivní filtr harmonických a celkové zatížení provozu.

Proč je výhoda často významná u průmyslových ventilátorů

Ventilátory jsou výbornými kandidáty, protože požadavek na průtok vzduchu se často mění. Namísto regulace tlumičů při stálé otáčkové frekvenci motoru lze použít měnič frekvence (VFD), který sníží otáčky ventilátoru tak, aby odpovídaly požadavkům na větrání, chlazení nebo technologický proces. Zákony podobnosti ventilátorů uvádějí, že průtok se přibližně mění úměrně otáčkám, tlak se přibližně mění úměrně druhé mocnině otáček a výkon na hřídeli se přibližně mění úměrně třetí mocnině otáček. I mírné snížení otáček proto může výrazně snížit skutečnou spotřebu elektrické energie.

Právě v tomto rozsahu provozu za nižší zátěže je výběr motoru rozhodující. Stroje s trvalými magnety dokážou udržet příznivou účinnost a řiditelnost v širokém rozsahu otáček, pokud jsou motor a měnič frekvence (VFD) správně navzájem přizpůsobeny. A PMSM pro průmyslové ventilátory může proto snížit jak spotřebu kW, tak zátěž reaktivním proudem spojenou s asynchronním motorem. Tyto dva efekty jsou související, ale odlišné: nižší spotřeba kW neprokazuje automaticky lepší účiník a lepší účiník sám o sobě neprokazuje automaticky nižší spotřebu kWh.

Účiník motoru versus vstupní účiník pohonného měniče

Toto rozlišení zabrání mnoha zklamáním spojeným s modernizací. Na výstupní straně dodává frekvenční měnič (VFD) řízený průběh napětí do synchronního motoru s permanentními magnety (PMSM). Na vstupní straně standardní šestipulzní usměrňovač odebírá proud s nesinusovým průběhem. Fázový účiník může být vysoký, zatímco skutečný účiník je snížen zkreslením proudu vyvolaným vyššími harmonickými složkami.

Z tohoto důvodu by továrna měla před a po modernizaci zkontrolovat alespoň čtyři hodnoty:

• Činný výkon (kW): užitečný elektrický výkon spotřebovaný ventilátorem.
• Jalový výkon (kVAr): část výkonu související s podporou magnetického pole a jinými jalovými jevy.
• Zdánlivý výkon (kVA): zatížení, které je kladené na dodávkové zařízení.
• Skutečný účiník a celkové zkreslení proudu (THD): měřené na vstupu frekvenčního měniče (VFD) nebo na příslušné rozvaděčové sběrnici.

Pokud továrna má kondenzátorové banky, je třeba také zkontrolovat jejich řídicí jednotku. Systém bohatý na frekvenční měniče může vyžadovat odladěné reaktory, harmonické filtry nebo aktivní vstupní část, a to v závislosti na měřeních a omezeních kvality elektrické energie v zařízení. Přidání kondenzátorů bez kontroly rezonance a harmonických složek není bezpečnou náhradou za řádné posouzení vstupu pohonu.

Kde modernizace ventilátoru s trvalým magnetickým synchronním motorem (PMSM) může zvýšit kapacitu továrny

Zvažte ventilaci s bankou ventilátorů, která se střídavě přizpůsobuje nízké, střední a vysoké poptávce. U indukčního motoru, regulace klapkami a špatných podmínkách částečné zátěže může systém odebírat vyšší proud, než vyžaduje skutečná potřeba vzduchu. Nahrazení stávající strategie řízení frekvenčním měničem řízeným PMSM pro průmyslové ventilátory umožňuje systému snížit otáčky, pokud proces umožňuje. Nižší požadavek na krouticí moment snižuje spotřebu kW, zatímco buzní charakteristiky motoru mohou snížit jalovou složku na straně motoru.

Výsledek může vést k uvolnění užitečné kapacity v zařízeních v horním směru. Nižší proud snižuje ztráty I²R ve vedeních a může pomoci zabránit přetížení transformátoru nebo generátoru, které je způsobeno zdánlivým výkonem (kVA) spíše než pouze činným výkonem (kW). Přínos však musí být vypočten z naměřených intervalů, nikoli odvozen z jmenovitých údajů motoru.

Pět kontrolních bodů specifikace před výběrem ventilátorového balíčku s PMSM

• Zmapujte skutečný provozní cyklus. Zaznamenejte otáčky ventilátoru, tlak, proxy průtok vzduchu, kW a dobu chodu. Ventilátor, který pracuje téměř stále v jednom pevném bodě, nemusí ospravedlnit stejnou konstrukční volbu jako ventilátor s širokou denní variabilitou.
• Potvrďte kompatibilitu s frekvenčním měničem (VFD). Měnič musí podporovat řízení PMSM s parametry nastavení při uvádění do provozu, které jsou založeny na údajích o motoru dodaných výrobcem. Bezsenzorové i senzorové řízení (s enkodérem) mají různé důsledky pro start a provoz při nízkých otáčkách.
• Uveďte měřicí bod. Uveďte, zda je kritériem přijatelnosti účiník na straně motoru, skutečný účiník na vstupu frekvenčního měniče (VFD), přívod do rozvaděče motorových obvodů (MCC) nebo přívod do zařízení. Tyto hodnoty nejsou zaměnitelné.
• Zkontrolujte harmonické složky a stávající vyrovnávací zařízení. Před dokončením modernizace změřte celkový harmonický podíl proudu (THD) a prozkoumejte spínání kondenzátorových bank, tlumivky a zatížení transformátoru.
• Zkontrolujte shodu mechanického ventilátoru. Požadavky na točivý moment a otáčky, setrvačnost, ložiska, upevnění a výkon proudění vzduchu musí odpovídat novému provoznímu rozsahu. Motor s vysokou účinností nemůže napravit nesprávně vybraný ventilátor ani omezující potrubí.

Praktický plán ověření

Požádejte dodavatele nebo integrátora, aby stanovil referenční hodnoty a přijímací test. Zaznamenejte tři reprezentativní provozní body místo jediného snímku při plné rychlosti. V každém bodě zaznamenejte napětí, proud, kW, kVAr, kVA, skutečný účiník, celkovou výšku harmonických složek proudu (THD), otáčky ventilátoru a stav procesu. Porovnejte ekvivalentní podmínky průtoku vzduchu nebo tlaku a poté data zkontrolujte společně s inženýrem zodpovědným za kvalitu elektrické energie v továrně.

U mezinárodních projektů je třeba ověřit třídy účinnosti a zkušební metody v souladu s požadavky daného trhu. Technická specifikace IEC TS 60034-30-2 poskytuje relevantní kontext pro třídy účinnosti střídavých motorů s proměnnou rychlostí, avšak nep nahrazuje elektrickou studii specifickou pro dané místo. Podobně vysoká třída účinnosti nezaručuje, že vstupní parametry měniče splňují konkrétní požadavky distribuční soustavy na účiník nebo harmonické složky.

Když není PMSM jedinou odpovědí

PMSM pro průmyslové ventilátory není automaticky správnou modernizací pro každý ventilátor. Pokud ventilátor běží nepřetržitě při stabilním provozním bodu, může být vhodně dimenzovaný indukční motor s vysokou účinností jednodušší ekonomickou volbou. Pokud je hlavním problémem distribučního systému harmonické zkreslení způsobené mnoha stávajícími měniči, zlepšení chování na výstupní straně jednoho motoru samo o sobě nepřekoná problém na úrovni celého zařízení.

Pokud posuzujete komerční trvalé magnetické motory k prodeji a potřebujete technicky navržené řídicí řešení, které zaručuje účinnost a dlouhou životnost, je ENNENG vaším důvěryhodným partnerem. Kontaktujte ENNENG ještě dnes .Promluvte si s naším technickým inženýrským týmem, abyste obdrželi přizpůsobený návrh řídicího systému.

• WhatsApp:+86 18562780228
• E-mail: [email protected]
• Telefon:  +86 532 66000559