Zastosowanie przetwornicy częstotliwości w urządzeniach sprężarkowych

Artykuł jest poświęcony przetwornicy częstotliwości silników elektrycznych sprężarek oraz kryteriom ich doboru.

W wielu sprężarkach moc silników elektrycznych dobierana jest z uwzględnieniem maksymalnej wydajności urządzenia, chociaż czas odpowiadający pracy urządzenia z maksymalną wydajnością wynosi zwykle 15-20% całkowitego czasu pracy. W związku z tym silniki pracujące ze stałą prędkością zużywają znacznie (nawet do 60%) więcej energii elektrycznej, niż jest to wymagane do pracy urządzeń w optymalnym trybie pracy, biorąc pod uwagę osiągi.

Obecnie jednym z najbardziej obiecujących sposobów na optymalizację pracy urządzeń jest przejście na sterowanie częstotliwością prędkości obrotowej napędowych silników elektrycznych... Wydajność urządzenia do kontroli częstotliwości silników elektrycznych (dalej w skrócie FC — przetwornica częstotliwości) pozwala uzyskać następujące korzyści:

• płynne (kontrolowane) uruchamianie i zatrzymywanie silnika, zapewniające oszczędny tryb pracy zarówno samego sprzętu, jak i elementów przełączających obwodu mocy, co pomaga kilkakrotnie wydłużyć ich żywotność i obniżyć koszty operacyjne napraw;

• eksploatacyjna kontrola pracy urządzeń (sprężarek) w pracy ciągłej w zależności od ich obciążenia, z zachowaniem wymaganego ciśnienia wyjściowego. W takim przypadku uzyskuje się maksymalny efekt oszczędności energii (zmniejszenie zużycia energii elektrycznej o 40-50%). Efekt ten uzyskuje się dzięki ostrej zależności zużywanej energii elektrycznej od wartości wydajności sprzętu. Na przykład, gdy wydajność sprężarki jest zmniejszona o połowę, zużycie energii elektrycznej przez silnik elektryczny zmniejsza się ośmiokrotnie.

Do niedawna głównymi przeszkodami uniemożliwiającymi powszechne przyjęcie przetwornic częstotliwości (FC) były stosunkowo wysokie koszty przetwornicy częstotliwości oraz brak przedstawicieli producentów zapewniających wsparcie techniczne przy wdrożeniu przetwornicy, serwis gwarancyjny i pogwarancyjny . Obecnie w krajach WNP powstała sieć wyspecjalizowanych firm rozwojowych, które zajmują się zarówno sprzedażą, jak i wsparciem technicznym produktów niemal wszystkich wiodących producentów przetwornic częstotliwości.

Jeśli chodzi o koszt falowników, ustalona praktyka wdrażania sprzętu pokazuje, że najbardziej akceptowalny okres zwrotu na zakup falowników nie powinien przekraczać dwóch lat, co należy wziąć pod uwagę przy podejmowaniu decyzji o ekonomicznej celowości wprowadzenia falowników.

Główne charakterystyki techniczne falowników różnych producentów są dość zbliżone pod względem zasad budowy sekcji mocy przekształtników oraz podstawy elementu. Główne różnice pomiędzy urządzeniami oferowanymi przez firmy zagraniczne dotyczą zastosowanego interfejsu użytkownika, procedur programowania oraz zestawu zaimplementowanych funkcji zarządzających i kontrolnych. Ze względu na te cechy przedział cenowy falowników o tej samej mocy ma dość szeroki rozkład, co wymaga dokładnej znajomości charakterystyki zastosowania falownika w celu wykluczenia sprzętu, który jest redundantny pod względem funkcjonalności (i ceny), jak np. z Mitsubishi Electric.

W celu zapewnienia optymalnego doboru sprzętu należy najpierw dokonać oględzin obiektu wykonania przetwornicy częstotliwości, gdyż najważniejszym warunkiem osiągnięcia maksymalnej efektywności realizacji przetwornicy częstotliwości jest prawidłowe (optymalne) ustawienie przetwornicy częstotliwości, biorąc pod uwagę następujące cechy:

• charakter obciążenia silnika napędowego, sposób chłodzenia, chłodzenia i smarowania sprężarki;

• funkcje programowania przetwornic częstotliwości, w tym możliwość identyfikacji parametrów silnika (pobór mocy, obroty, itp.);

• przeprowadzanie wewnętrznej diagnostyki stanu głównych przetwornic częstotliwości;

• odpowiednia reakcja na krótkotrwałe przerwy w dostawie prądu;

• śledzenie trybów zatrzymania mechanizmu w przypadku awarii;

• wdrożenie możliwości monitorowania i przełączania zewnętrznych urządzeń przełączających.

Zgodnie z wynikami analizy wskaźników technicznych i cenowych, obecnie najbardziej akceptowalnymi produktami są produkty firm Danfoss i Schneider Electric, które posiadają również rozwiniętą sieć wsparcia technicznego dla sprzedawanych produktów.