Когда частотное регулирование снижает энергопотребление

Частотное регулирование позволяет уменьшать энергопотребление насосов и вентиляторов, когда требуемый расход изменяется, а скорость вращения оборудования можно согласовать с фактической потребностью системы. Наибольшее значение имеют продолжительность работы при частичной нагрузке, характеристика сети и доля потока, которую действительно можно регулировать.

Установка частотного преобразователя сама по себе не гарантирует экономию. Для оценки необходимо знать расход и напор насоса или вентилятора в характерных рабочих точках, определить влияние изменения скорости на потребляемую мощность и проверить, соответствует ли такой режим требованиям технологического процесса.

При каких условиях частотное регулирование полезно

Частотное управление имеет практический смысл прежде всего в системах с переменной потребностью в расходе. Если насос или вентилятор значительную часть времени работает при нагрузке ниже максимальной, изменение частоты вращения может уменьшить потребляемую мощность.

Однако значение имеет не только величина снижения расхода, но и способ его достижения. Энергетический результат зависит от характеристики сети: соотношения расхода и напора, необходимого для преодоления сопротивления системы.

Поэтому при оценке применимости регулирования проверяют три взаимосвязанных показателя:

• Долю потока, которую можно регулировать изменением скорости вращения оборудования.
• Характеристику сети и требуемый напор в рассматриваемых рабочих точках.
• Продолжительность работы оборудования при частичных нагрузках.

Если частичные режимы занимают незначительную часть времени, потенциальный эффект может быть ограниченным. Если же сниженный расход требуется регулярно и система допускает изменение скорости, появляются основания для расчёта энергетического эффекта.

Почему характеристика сети определяет результат

При уменьшении частоты вращения насоса или вентилятора изменяются его расход, создаваемый напор и потребляемая мощность. Но фактическая рабочая точка определяется совместно характеристиками механизма и подключённой сети.

В системе, где преобладает сопротивление движению потока, снижение скорости может сопровождаться существенным уменьшением потребляемой мощности. Именно с такими условиями связано применение кубической зависимости мощности от частоты вращения.

Иная ситуация возникает при значительном статическом напоре. Это составляющая напора, необходимая независимо от расхода, например для обеспечения требуемой разности уровней или давления. При снижении скорости механизм должен продолжать обеспечивать эту составляющую.

Закон куба нельзя безусловно переносить на сеть с высоким статическим напором. В такой системе уменьшение скорости не обязательно приводит к снижению мощности в пропорции, характерной для системы с преимущественно переменным сопротивлением.

Для обоснованного вывода необходимо сопоставить характеристики насоса или вентилятора с характеристикой сети и определить фактические рабочие точки при предполагаемом регулировании.

Какие исходные данные необходимы для оценки

Основные показатели — расход и напор насоса или вентилятора по характерным рабочим точкам. Они позволяют определить, как меняется режим оборудования при изменении потребности системы.

Для проверки используют характеристики механизма, сети и частотного преобразователя. Характеристики механизма показывают его рабочие возможности, характеристика сети определяет необходимые условия движения потока, а данные преобразователя позволяют оценить применимость выбранного способа управления.

Полученные показатели необходимо соотнести с продолжительностью работы в отдельных режимах. Даже если снижение мощности в определённой рабочей точке возможно, величина сокращения энергопотребления за период зависит от времени эксплуатации в этом режиме.

Измерения и расчётные характеристики должны относиться к согласованным условиям. Если расход и напор взяты для разных рабочих точек, их совместное использование не позволяет достоверно определить результат регулирования.

Как отличить эффект регулирования от изменения технологического графика

Снижение энергопотребления после изменения режима работы оборудования не всегда связано непосредственно с частотным преобразователем. Потребление может уменьшиться вследствие изменения технологического графика или сокращения продолжительности работы.

Поэтому при оценке необходимо разделить влияние изменения скорости вращения и изменение времени эксплуатации. Для этого рассматривают сопоставимые условия работы, расход и напор, а также продолжительность соответствующих режимов.

Если оборудование стало работать меньше часов, сокращение общего потребления нельзя полностью приписывать частотному регулированию. Аналогично уменьшение технологической потребности в потоке само по себе не устанавливает величину энергетического эффекта преобразователя.

Такое разграничение необходимо для правильной интерпретации расчёта и последующей проверки результата.

Какой результат должен дать анализ

Итогом является определение условий применимости частотного управления с оценкой работы оборудования при частичной нагрузке. Результат должен показывать, при каких характеристиках сети и режимах эксплуатации снижение частоты вращения может уменьшить энергопотребление.

Полученные данные используют для выбора режима эксплуатации, уточнения необходимых измерений и подготовки последующего расчёта энергетического эффекта.

Если отсутствуют сведения о расходе и напоре в рабочих точках, характеристика сети неизвестна или не определена продолжительность частичных режимов, количественная оценка экономии остаётся неподтверждённой.

Главный критерий применимости частотного регулирования — соответствие характеристик механизма и сети фактической переменной потребности в расходе. Возможность снижения мощности устанавливают по рабочим точкам, а экономию энергии за период определяют с учётом продолжительности режимов и отдельно проверяют после изменения управления.