Отзывы по использованию частотно-регулируемых приводов для насосов

Вы, наверное, заметили, что существует несколько лагерей там, когда дело доходит до применения центробежных насосов с участием частотно-регулируемых приводов (VFD). Одна группа считает, что каждый насос должен быть один, а другой думает, что они должны быть запрещены в целом. И, конечно, есть золотую середину, которая говорит она зависит от насоса и приложения.
 
Когда мы думаем о VFD управления, первое, что приходит на ум, является энергосбережение. Есть, однако, и другие выгоды, которые могут часто оправдывают стоимость этой техники управления, независимо от того, есть ли экономия энергии.


Например, плавный старт и остановка снижает механическое и электрическое напряжение в то время как практически исключает гидроудар. В некоторых случаях, это само по себе может удвоить жизнь насоса и двигателя. Одноместный в три этапа преобразования и открытой дельта текущий баланс двух других популярных, не связанных с энергетикой приложений, и вы все равно получите плавный старт и остановка в качестве бонуса.


Но если энергосбережения является ключевой целью, это очень важно, что мы понимаем, как сравнить потребление энергии в одном приложении при постоянной и переменной скорости. Давайте рассмотрим простой (на водной основе), постоянное давление / переменного потока (Ф / Ф) приложение, которое использует тот же насос и двигатель, действующая в рамках как схемы управления.


Двигателя, насоса и общая эффективность Мы начнем с определения эффективности, так как эффективность, которая будет иметь большое влияние на количество энергии, потребляемой или приложения. Эффективность типичная машина просто выходной мощности деленной на мощность.

Если двигатель потребляет 1 кВт электрической мощности и производит 1 л.с. (0,746 кВт), его эффективность составляет 74,6 процента. То же самое справедливо и для насоса. С 1 л.с. равен 33000-фут-фунт / мин, следующее уравнение даст нам необходимый теоретический лошадиных сил (или генерируются) в любой точке на кривой производительности насоса:

л = (головой в поток х футов в гал х 8,33 фунта / галлон) / 33000 ft-lb/min

Если вы разделите теоретическую мощность по фактической мощности измеряются в ходе испытаний, в результате КПД насоса в этой точке. Тем не менее, эффективность не ограничивается отдельными эффективности. В любое время мы пару двигателя насоса, мы должны смотреть на эффективность и машин, работающих вместе (общая эффективность). Например, предположим, у нас есть электрический двигатель, который на 90 процентов эффективнее его номинальной скорости и непосредственно пару его к насосу, что на 80 процентов эффективнее своих НПД. Как рассчитать общую эффективность?


Один из подходов будет вычислить среднее из двух эффективности. Другой бы предположить, что система будет работать по наименьшей из двух. К сожалению, ни один из методов правильно - результат будет немного выше, чем фактическая общая эффективность. Оказывается, что общее, или системы, эффективность является результатом отдельного двигателя и насоса эффективности. В нашем примере, общая эффективность системы в BEP составляет 72 процентов (0,8 х 0,9). В любой точке на кривой производительности насоса, общая эффективность будет произведение двигателя и насоса эффективность в конкретной рабочей точке.


Другим фактором, который может повлиять как двигатель и полный КПД двигателя загрузки. Максимальной эффективности типичного трехфазного двигателя происходит на 75 процентов до 80 процентов от номинальной нагрузки, но она будет поддерживать довольно плоской кривой эффективности от 60 до 100 процентов при работе на номинальной скорости. Когда нагрузка падает ниже 60 процентов, эффективность начинает падать, и падать быстрее примерно на 40 процентов. Это не является проблемой в типичном, постоянное применение скорость насоса до тех пор, как лошадиная сила требуется на минимальный расход составляет не менее 60 процентов мощности двигателя номинальной.


Постоянная скорость ставит наше обсуждение пока в перспективе. Это показывает, 4 х 4 х 7 конце всасывания центробежного насоса с производителем утвержденного поток диапазоне 200 галлонов в минуту до 800 галлонов в минуту, работает в постоянном применение давления.
 
Редукционный клапан (PRV) используется для поддержания давления в 100 футов через поток от 200-галлонов в минуту до 700 галлонов в минуту. Система кривая (красная) игнорирует все ниже изменения, связанные с трением и принимает форму простого горизонтальной линии. Синие метки данных выше производительность кривая показывает фактическую мощность требуется на каждой крупной точке потока, и основаны на эффективность гидравлической системы (черный этикетках данных) на той же точке.


Как видите, система требует около 22,1 л.с. на 700 галлонов в минуту и ​​падает до около 17,7 л.с. на 200 галлонов в минуту. Это снижение мощности именно то, что мы ожидали увидеть, когда центробежный насос дросселируется на выходе с помощью клапана. С минимальной мощности нагрузки (17.7), что значительно выше 60 процентов, мы можем предположить, что КПД двигателя (90 процентов) остается относительно постоянным во всем диапазоне расхода.


То, что мы обсуждали до сих пор является лошадиных сил требуется на каждую точку - не власть, необходимых для производства, что лошадиных сил. Фиолетовый этикетках данных ниже система кривая показывает общую эффективность на каждом потоке точку и считать КПД двигателя на 90 процентов.


Для того чтобы получить фактическую кВт потребления, мы могли бы пересчитать мощность зависит от общей эффективности и умножить на 746, или просто использовать следующую формулу: [кВт = (л х 0,746) / КПД двигателя]. Это уравнение используется оригинальный измерения лошадиных сил, а также учитывает эффективность двигателя. Красные метки данные показывают, мощность, кВт, потребляемая на каждой крупной точке потока. Как вы можете видеть, они варьируются от 18,3 кВт при 700 галлонов в минуту до 14,7 кВт при 200 галлонов в минуту.


Регулировка скорости В этой версии программы, регулирующий клапан снимается и VFD используется для управления скоростью насоса и система давления на тех же пределах потока. Когда мы вводим VFD в систему мы, по сути добавить другую машину к уравнению, поэтому мы должны взглянуть на его влияние на остальную часть системы.


VFD влияет на Система по-разному. Во-первых, свою эффективность - насколько хорошо он преобразует переменный ток в постоянный, а затем импульсы постоянного тока для подражания форме AC волны. Потери энергии в основном в виде тепла, и если вы посмотрите номинальный КПД несколько дисков высокой качество вы увидите, что они варьируются от примерно 97 процентов до 99 процентов. Для нашего сравнения мы возьмем середину и считать, что диск в нашем примере это 98 процентов эффективности.


Второе воздействие связано с несинусоидальных (импульсный) характер тока, подаваемого на привод. Это может привести к гармоническому потерь в двигателе и может привести к общему снижению КПД двигателя около 1 процента. Поскольку мы будем использовать тот же двигатель (90 процентов эффективности) в этом примере, будем считать, что гармонические потери снизит его эффективность при номинальной скорости и нагрузки до 89 процентов.


Наконец, снижение загрузки двигателя за счет снижения скорости также может влиять на КПД двигателя, хотя и снижается, может быть значительно меньше, чем те, при фиксированной скорости. Эта величина немного сложнее определить, поскольку она зависит от размера двигателя. Например, типичный 100-сильным мотором будет наблюдаться падение КПД около 2,5 процента, при работе на 30 Гц (1/2 скорость). Меньшие двигатели, особенно в возрасте до 10 л.с., будет испытывать большие капли.


Из информации, мне удалось получить от нескольких производителей двигателей, двигателей 10 л.с. и выше под контроль VFD будет испытывать ни капли эффективности до 50 процентов нагрузки, и только небольшое снижение (1 процент) около 40 процентов загрузки. В нашем примере мы будем считать дополнительно 1 процент падения КПД двигателя (88 процентов) на двух нижних точках нагрузки. (Это тема, которую следует рассматривать в более подробно двигателя и привода промышленности).


На рисунке 2 мы видим оригинальные фиксированной скоростью, частотой 60 Гц кривая плюс производительность кривые скорости производится при 55 Гц и 50 Гц. Цветные этикетки данных лошадиных сил требуется, в то время как эффективность гидравлической системы, на полной скорости, снова черным цветом.


Точке, где пересекаются кривые частоты системы кривой поток точкой для данной частоты на 100 футов головы. Это может быть более значимым, если бы мы каждый кривой частоты. Но, так как типичный VFD имеет разрешение 1/100 от 1 Гц, число кривых (1200) сделали бы график чтения. Вы должны четко представлять себе те дополнительные кривые по своему усмотрению.


В таблицах ниже кривой системы показывают разные результаты скорости для каждого из основных точки потока. Они включают в себя частоту до ближайшего целого Гц, мощность необходимо, эффективность гидравлической системы, В.Ф. / ССО эффективности (в том числе оба диска и потери в двигателе), общая эффективность и мощность в кВт. В точках, где поток двигателя нагрузка больше чем на 50 процентов, В.Ф. / ССО эффективность равна управлять эффективностью х КПД двигателя (0,98 х 0,89 = 87 процентов). В точках, где поток двигателя нагрузка составляет менее 50 процентов (200 галлонов в минуту и ​​300 галлонов в минуту), КПД двигателя снижается до 88 процентов.


Если сравнить мощность, необходимая на 700 галлонов в минуту, вы заметите, что переменная скорость приложение использует около 3,5 процента больше, чем фиксированной например скорость, хотя лошадиных сил требуется, это же - не совсем то, что мы могли бы ожидать от энергосберегающих приложений . К счастью, это единственная точка на кривой системе, где возникает такая ситуация, и она является функцией нижних В.Ф. / ССО эффективность (87 процентов по сравнению с 90 процентов при фиксированной скорости), а также тот факт, что руководитель такой же, как для приложений.


Но интересная тенденция начинает чуть ниже полного потока. Хотя В.Ф. / ССО эффективность остается ниже, в каждом потоке момент, мощность, быстро уменьшается. На 600-гал он сократился на 9,5 процента, по сравнению с фиксированной скоростью. На 500 галлонов в минуту и ​​400 галлонов в минуту, он сократился на 21 процентов и 31 процентов, а на 300-галлонов в минуту и ​​200 галлонов в минуту, он сократился на 36 процентов и 41 процентов соответственно. 


Это довольно большое снижение мощности объясняется небольшое изменение уравнения мы использовали ранее. КВт требуется в любой точке на кривой системы равна 0,746 х ((Q х В) / (3960 х малыш EFF)). Расход (Q) изменения в равной степени как в приложениях, но, в отличие от ПРВ управления, снижение скорости насоса также влияет на двух других переменных.


Во-первых, голова уменьшена с соответствующим снижением скорости, а кВт прямо пропорциональна как голова и поток в любой момент. Например, в 300 галлонов в минуту операционной головы снижается на 46 футов, и даже на 600 галлонов в минуту она сократилась на 14 футов. Во-вторых, эффективность гидравлической системы движется влево с потоком, скорость уменьшается, а кВт требуется обратно пропорциональна эффективности насоса в тех же точках. На 300-гал гидравлический КПД составляет 59 процентов по PRV контролем, но под контролем VFD она возрастает до 66 процентов. (См. мою ноября 2006 колонке «Сохранение эффективности»). Взятые вместе, эти две переменные имеют значительное влияние на мощность, необходимая в любой точке потока.


Очень важный результат этого сравнения заключается в том, что относительно небольшое изменение скорости может привести к гораздо большей снижение мощности. За весь диапазон расхода, скорости варьируется в зависимости от максимально 641 оборотов в минуту (18 процентов), а максимальное снижение мощности на этот диапазон составляет 6 кВт (41 процентов) по сравнению с контролем PRV. Даже на 500 галлонов в минуту, снижение скорости всего 291 оборотов в минуту (8 процентов), приводит к экономии электроэнергии в 3,7 кВт (21 процентов).


Потенциальной экономии энергии через регулятор скорости зависит, в значительной степени, на насос выбран для конкретного приложения. BEP эффективности является важным, но "диапазон", что эффективность не менее важно.


В нашем примере эффективность НПД является здоровым 80 процентов, а в середине на кривой системы (350 галлонов в минуту), это еще 64 процентов в номинальном режиме и около 70 процентов в его переменной скоростью. Помните, что эффективность движется влево с Сокращение потока, и это движение приведет к увеличению эффективности при меньших потоках. Еще одно соображение, во время работы насоса выбор формы кривой. Наш пример показывает рост в голову около 50 футов от максимальной до минимальной потока и позволяет диапазон регулирования 12 Гц.


Хотя плоские кривые может быть идеальным для распространения приложений (VP / VF), где голова, прежде всего, функцию трения, они не могут предлагать диапазон регулирования необходимы для приложений, которым требуется более высокое статическое головы. Существуют альтернативные методы контроля VFD, которые могут решать эти плоские кривые, но с сотнями насосов моделей от десятков производителей, скорее всего, вы можете найти нужную форму кривой практически для любого приложения.

Наконец, насос должен быть согласован с "фактического" условий применения. К сожалению, во многих системах, как правило, негабаритных и иметь запас прочности, который часто равны ожидаемым потоком!


Насос, используемый в нашем примере рассчитана на максимальный расход 700 галлонов в минуту и ​​прогнозам «типичного» потока 400 галлонов в минуту до 600 галлонов в минуту. Если максимальный поток остается прежним, но прогнозируемый типичный поток уменьшается до 200 галлонов в минуту до 400 галлонов в минуту, то дуплексной системы (состоящей из двух небольших насосов) будет лучшим выбором. Схема управления может использовать два ППЧ для регулируемой скоростью каждого насоса и PLC контролировать их работу. Другим вариантом было бы использовать один диск, который будет заниматься по-пускатель и приносят постоянную скорость насоса на линии, когда расход превышает 400 галлонов в минуту.