Частотно-регулируемый привод (VFD), возможно, является одним из самых заметных инструментов управления энергопотреблением, когда-либо внедренных в Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ). За последние 30 лет или около того в целом ряде применений с переменной нагрузкой на двигатели вентиляторов и насосов были установлены ЧРП. Причиной этой тенденции является энергетика экономия в размере 50% или больше по сравнению с обычными решениями для привода с постоянной скоростью. В эпоху, когда затраты на электроэнергию стали серьезной проблемой как для бизнеса, так и для владельцев зданий, энергоэффективные решения для ОВКВ пользуются большим спросом.
Проще говоря, a ЧРП — это устройство, используемое для управления скоростью вращения электродвигателя переменного тока путем регулировки частоты электрической мощности, подаваемой на двигатель. В первые дни применения ЧРП мощность двигателя была ограничивающим фактором в системах ОВКВ, в то время как шум был еще одной проблемой. Однако сегодня эти препятствия на пути усыновления в значительной степени исчезли.
Современные ЧРП могут быть установлены практически в любом оборудовании ОВКВ, в то время как, что касается шума, новейшие приводы работают на частотах выше слышимого спектра, что позволяет избежать предыдущей проблемы с вибрирующими слоями двигателя, которые, в свою очередь, раздражающе передавались бы на крепления двигателя.
Преодоление подобных проблем позволило выпустить ЧРП для широкого внедрения в системах ОВКВ, способствуя экономии энергии и сокращение выбросов углекислого газа по всему миру. Просто сопоставляя мощность системы с фактической нагрузкой в течение года, можно добиться значительного снижения энергопотребления двигателя.
Большинство ЧРП, используемых в системах ОВКВ, представляют собой инверторы, использующие технологию широтно-импульсной модуляции с синусоидальным кодированием (ШИМ). Этот тип ЧРП функционирует путем преобразования поступающей мощности переменного тока в постоянный с помощью диодного мостового выпрямителя. Затем ЧРП передает отфильтрованное, сглаженное напряжение на инвертирующую секцию устройства, прежде чем управлять напряжением и частотой, подаваемыми на двигатель через биполярные транзисторы.
Тем, кто думает, что энергосбережение является единственным основным преимуществом ЧРП, следует подумать еще раз. Можно получить еще много преимуществ, таких как снижение износа двигателей. ЧРП подают на двигатели очень низкие частоты и напряжения, стабильно повышая оба параметра до нормального рабочего уровня и, следовательно, увеличивая ожидаемый срок службы двигателя. И наоборот, двигатель без ЧРП потребляет большой ток при запуске, создавая высокие температуры и повышенное напряжение в обмотках. Как следствие, преждевременные отказы становятся все более распространенным явлением.
Точность управления является еще одним преимуществом Технология VFD в системах ОВКВ, что является важным фактором, например, в многоэтажных зданиях. Такие сооружения, как правило, полагаются на бустерные насосы для поддержания давления в системе водоснабжения на всех этажах. Как правило, этого достаточно в определенном диапазоне, но это не идет ни в какое сравнение с возможностями новейших ЧРП, которые обеспечивают гораздо более точное управление в гораздо большем спектре скоростей потока.
Фактор точности также играет роль в вентиляторных системах переменного объема, обычно используемых для распределения кондиционированного воздуха в установках ОВКВ. Система регулируемых впускных лопаток в системе вентиляторов и коробок с регулируемым объемом воздуха является типичной конфигурацией управления, но она не так эффективна или точна, как система на основе ЧРП. Аналогичным образом, ЧРП, установленный в системе с переменным расходом хладагента, может использоваться для регулирования рабочей скорости компрессора в соответствии с нагрузкой, снижая энергозатраты в условиях частичной нагрузки.
Наиболее часто используемые двигатели в Применение в системах ОВКВ это асинхронные двигатели; трехфазные для коммерческих / промышленных помещений и однофазные для некоторых небольших установок. Они имеют основополагающее значение для основной операционной функции систем ОВКВ. Электродвигатели приводят в действие воздуходувки для перемещения воздуха; приводят в действие компрессоры для сжатия хладагента и силовые насосы для перемещения воды для охлаждения и горячего водоснабжения.
ЧРП можно применять как к трехфазным, так и к однофазным двигателям, обычно при соответствующем проценте от их номинальной частоты вращения (см. рекомендации производителя ЧРП), чтобы предотвратить любой возможный перегрев двигателя из-за недостаточного расхода воздуха. Следует также учитывать эксплуатационные факторы, такие как требования к качеству воздуха в помещении и требования к распределению воздуха.
Реальных недостатков использования немного, если таковые вообще имеются ЧРП в системах ОВКВ. Некоторые могут возразить, что использование ШИМ для управления скоростью двигателя создает электромагнитные помехи (EMI) из-за быстрого увеличения и уменьшения периодов сигнала. Любой вид вмешательства явно нежелателен, но для противодействия его последствиям можно применить простые меры.
Например, сведение к минимуму длины кабеля между VFD и двигателем обеспечит значительное преимущество. Длинные кабели обеспечивают больший потенциал для отраженного напряжения. Здесь рекомендуется использовать самую низкую несущую частоту VFD, поскольку более низкие частоты помогают максимизировать потенциальную длину кабеля между VFD и двигателем.
Бронированный кабель — еще одна очевидная тактика в борьбе с помехами, поскольку это защитит компоненты системы от высокочастотных электрических полей. Медь или алюминий являются предпочтительными защитными материалами; сталь менее эффективна. Дополнительные стратегии включают использование отдельных металлических трубопроводов для входной мощности, выходной мощности, проводов управления и проводов связи.
