기술 솔루션 분석: 소프트 스타터, 가변 주파수 드라이브 또는 원심 펌프용 병렬 제어 회로. 펌프의 소프트 스타트가 필요한 이유는 무엇입니까? 우물 펌프의 원활한 시작
장치 소프트 스타트 - 비동기 전기 모터에 사용되는 전기 장치로, 시동 중에 모터 매개변수(전류, 전압 등)를 안전한 한계 내에서 유지할 수 있습니다. 이를 사용하면 시동 전류가 감소하고 모터 과열 가능성이 감소하며 기계식 드라이브의 저크가 제거되어 궁극적으로 전기 모터의 서비스 수명이 늘어납니다.
목적
전기 모터의 시동, 작동 및 정지 과정을 제어합니다. 비동기식 전기 모터의 주요 문제점은 다음과 같습니다.
- 엔진 토크와 부하 토크를 일치시킬 수 없음,
- 높은 시동 전류.
시동 중에 토크는 종종 순식간에 150-200%에 도달하며, 이로 인해 구동 운동학적 체인이 고장날 수 있습니다. 이 경우 기동전류가 정격전류보다 6~8배 높아져 전력 안정성에 문제가 발생할 수 있습니다. 소프트 스타터는 엔진의 가속 및 감속을 더 느리게 하여 이러한 문제를 방지합니다. 이를 통해 시동 전류를 줄이고 엔진을 시동 및 정지할 때 드라이브의 기계적 부분의 급격함이나 파이프 및 밸브의 유압 충격을 방지할 수 있습니다.
소프트스타터의 작동원리
비동기식 전기 모터의 주요 문제점은 전기 모터에 의해 발생된 토크가인가된 전압의 제곱에 비례한다는 것입니다. 이로 인해 모터를 시동 및 정지할 때 로터의 날카로운 저킹이 발생하여 결과적으로 큰 문제가 발생합니다. 유도 전류.
소프트 스타터는 기계식, 전기식 또는 이 둘의 조합일 수 있습니다.
기계 장치는 엔진 속도의 급격한 증가에 직접적으로 대응하여 토크를 제한합니다. 브레이크 패드, 유체 커플 링, 자기 잠금 장치, 샷 균형추 등이 될 수 있습니다.
데이터 전기 장치전기 모터를 원활하게 시동하고 정격 속도까지 가속하기 위해 전류 또는 전압을 초기 감소 레벨(기준 전압)에서 최대까지 점진적으로 증가시킬 수 있습니다. 이러한 소프트 스타터는 일반적으로 진폭 제어 방법을 사용하므로 유휴 모드 또는 경부하 모드에서 장비를 시동하는 데 대처합니다. 보다 현대적인 세대의 소프트 스타터(예: EnergySaver 장치)는 위상 제어 방법을 사용하므로 "정격 대 정격"의 가혹한 시동 모드를 특징으로 하는 전기 드라이브를 시동할 수 있습니다. 이러한 소프트 스타터를 사용하면 더 자주 시작할 수 있으며 에너지 절약 및 역률 보정 모드가 내장되어 있습니다.
소프트스타터 선택
비동기 모터를 켜면 짧은 시간 동안 회 전자에 단락 전류가 나타나고 속도가 증가한 후 강도는 소비 된 전류에 해당하는 공칭 값으로 감소합니다. 전기 기계힘. 이 현상은 가속 순간 샤프트의 토크가 갑자기 증가한다는 사실로 인해 더욱 악화됩니다. 결과적으로 보호 장치가 작동될 수 있습니다. 회로 차단기, 설치되지 않은 경우 동일한 라인에 연결된 다른 전기 장치의 고장입니다. 그리고 어쨌든 사고가 발생하지 않더라도 전기 모터를 시동하면 에너지 소비가 증가합니다. 이러한 현상을 보상하거나 완전히 제거하기 위해 소프트스타터(SFD)가 사용됩니다.
소프트 스타트는 어떻게 구현되나요?
전기 모터를 원활하게 시동하고 돌입 전류를 방지하기 위해 두 가지 방법이 사용됩니다.
- 회 전자 권선의 전류를 제한하십시오. 이를 위해 별 모양으로 연결된 세 개의 코일로 구성됩니다. 자유단은 샤프트 생크에 장착된 슬립 링(컬렉터)으로 이어집니다. 가변 저항은 시동 시 저항이 최대인 컬렉터에 연결됩니다. 감소함에 따라 회 전자 전류가 증가하고 모터가 회전합니다. 이러한 기계를 권선형 회전자 모터라고 합니다. 이 제품은 크레인 장비와 무궤도 전차 및 트램용 견인 전기 모터로 사용됩니다.
- 고정자에 공급되는 전압과 전류를 줄입니다. 이는 다음을 사용하여 구현됩니다.
a) 자동 변압기 또는 가변 저항기;
b) 사이리스터 또는 트라이액을 기반으로 한 주요 회로.
일반적으로 소프트스타터 또는 소프트스타터라고 불리는 전기 장치 구성의 기초가 되는 핵심 회로입니다. 주파수 변환기를 사용하면 전기 모터를 원활하게 시작할 수도 있지만 시동 전류를 제한하지 않고 토크의 급격한 증가만 보상할 뿐입니다.
키 회로의 작동 원리는 정현파가 0을 통과하는 순간 특정 시간 동안 사이리스터가 잠금 해제된다는 사실에 기초합니다. 일반적으로 전압이 상승하는 단계의 해당 부분에 있습니다. 덜 자주 - 떨어질 때. 결과적으로 소프트 스타터의 출력에 맥동 전압이 기록되며 그 모양은 정현파와 거의 비슷합니다. 이 곡선의 진폭은 사이리스터가 잠금 해제되는 시간 간격이 증가함에 따라 증가합니다.
소프트스타터 선택 기준
중요도가 감소하는 순서대로 장치 선택 기준은 다음 순서로 배열됩니다.
- 힘.
- 제어된 단계의 수.
- 피드백.
- 기능성.
- 제어 방법.
- 추가 기능.
힘
소프트 스타터의 주요 매개변수는 사이리스터가 설계된 현재 강도인 I nom 값입니다. 여러번 해야지 더 큰 가치정격 속도에 도달한 모터 권선을 통과하는 전류. 빈도는 출시의 심각도에 따라 다릅니다. 가벼운 금속 절단기, 팬, 펌프인 경우 시동 전류는 정격 전류보다 3배 더 높습니다. 하드 스타트는 관성 모멘트가 큰 드라이브의 경우 일반적입니다. 예를 들어 수직 컨베이어, 제재소, 프레스 등이 있습니다. 전류는 정격 전류보다 5배 높습니다. 또한 피스톤 펌프, 원심 분리기의 작동에 수반되는 특히 어려운 시동이 있습니다. 띠톱... 그렇다면 소프트스타터의 I 수치는 8~10배 더 커야 합니다.
시작의 심각도는 완료하는 데 걸리는 시간에도 영향을 미칩니다. 10초에서 40초까지 지속될 수 있습니다. 이 시간 동안 사이리스터는 전력의 일부를 소모하므로 매우 뜨거워집니다. 반복하려면 냉각이 필요하며 이는 작업 주기와 동일한 시간이 걸립니다. 따라서 기술 프로세스에서 자주 켜고 끄는 것이 필요한 경우 무거운 시동을 위해 소프트 스타터를 선택하십시오. 장치가 로드되지 않은 경우에도 쉽게 속도를 높일 수 있습니다.
단계 수
1개, 2개 또는 3개의 위상을 제어할 수 있습니다. 첫 번째 경우, 장치는 전류보다 시동 토크의 증가를 더 크게 완화합니다. 가장 일반적으로 사용되는 것은 2상 스타터입니다. 무겁고 특히 어려운 시동의 경우 - 3상.
피드백
SCP주어진 프로그램에 따라 작동할 수 있습니다. - 지정된 시간 내에 전압을 공칭 값으로 높입니다. 이것이 가장 간단하고 가장 일반적인 솔루션입니다. 유효성 피드백관리 프로세스를 더욱 유연하게 만듭니다. 이에 대한 매개변수는 전압과 토크의 비교 또는 회전자와 고정자 전류 사이의 위상 변이입니다.
기능성
가속 또는 제동 작업 능력. 주요 회로를 우회하여 냉각을 허용하고 정현파 모양 위반으로 인한 위상 비대칭을 제거하여 권선 과열로 이어지는 추가 접촉기가 존재합니다.
제어방식
패널의 전위차계를 회전하여 아날로그일 수도 있고 디지털 마이크로컨트롤러를 사용하여 디지털일 수도 있습니다.
추가 기능
모든 유형의 보호, 에너지 절약 모드, 갑자기 시작하는 기능, 감소된 속도로 작동(의사 주파수 조절).
올바르게 선택된 소프트 스타터는 전기 모터의 수명을 두 배로 늘립니다. 저장최대 30%전기.
왜 소프트스타터가 필요한가요?
펌프와 팬의 전기 구동을 시작할 때 소프트 스타트 장치(소프트 스타터)가 사용되는 경우가 점점 늘어나고 있습니다. 이것은 무엇과 관련이 있습니까? 우리 기사에서는 이 문제를 강조하려고 노력할 것입니다.
유도 전동기는 100년 넘게 사용되어 왔으며 그 기간 동안 그 기능에는 거의 변화가 없었습니다. 이러한 장치의 시작 및 이와 관련된 문제는 소유자에게 잘 알려져 있습니다. 돌입 전류로 인해 전압 강하 및 배선 과부하가 발생하여 다음과 같은 결과가 발생합니다.
일부 전기 장비는 저절로 꺼질 수 있습니다.
장비 고장 등
적시에 설치, 구매 및 연결된 소프트스타터를 사용하면 불필요한 비용 낭비와 골치 아픈 일을 피할 수 있습니다.
현재 시작은 무엇입니까
작동 원리를 기반으로 비동기 모터전자기 유도 현상이 나타난다. 역빌드업 기전력(e.m. s)는 변경 사항을 적용하여 생성됩니다. 자기장엔진 시동 중에 전기 시스템에 일시적인 프로세스가 발생합니다. 이러한 과도 현상은 전원 시스템 및 이에 연결된 기타 장비에 영향을 미칠 수 있습니다.
시동 중에는 전기 모터가 최고 속도로 가속됩니다. 초기 과도 상태의 지속 시간은 장치 설계와 부하 특성에 따라 달라집니다. 시동 토크는 가장 커야 하고 시동 전류는 가장 작아야 합니다. 후자는 장치 자체, 전원 공급 시스템 및 연결된 장비에 해로운 결과를 초래합니다.
초기 기간 동안 돌입 전류는 최대 부하 전류의 5~8배에 도달할 수 있습니다. 전기 모터를 시동할 때 케이블이 강제로 통과해야 합니다. 더 최신정상상태 기간보다 시스템의 전압 강하는 안정적인 작동 중보다 시동 시 훨씬 더 커집니다. 이는 강력한 장치를 시동하거나 시동할 때 특히 분명해집니다. 큰 수동시에 전기 모터.
모터 보호 방법
전기 모터의 사용이 널리 보급됨에 따라 이를 시동하는 데 따른 문제를 극복하는 것이 하나의 과제가 되었습니다. 수년에 걸쳐 이러한 문제를 해결하기 위해 여러 가지 방법이 개발되었으며 각 방법에는 고유한 장점과 한계가 있습니다.
최근에는 모터의 전력 제어에 전자 장치를 사용하는 데 상당한 발전이 이루어졌습니다. 펌프와 팬의 전기 구동을 시작할 때 소프트스타터가 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 문제는 장치에 여러 가지 기능이 있다는 것입니다.
스타터의 특징은 모터 권선에 전압을 0부터 정격 값까지 원활하게 공급하여 모터가 최대 속도까지 원활하게 가속할 수 있도록 하는 것입니다. 전기 모터에 의해 발생된 기계적 토크는 모터에 적용된 전압의 제곱에 비례합니다.
시동 과정에서 소프트 스타터는 공급 전압을 점차적으로 증가시키고 전기 모터는 작동하지 않고 정격 회전 속도까지 가속됩니다. 큰 순간피크 전류 서지.
소프트스타터의 종류
오늘날 장비의 원활한 시동을 위해 1단계, 2단계 및 모든 제어 단계의 세 가지 유형의 소프트 스타터가 사용됩니다.
첫 번째 유형은 다음에 사용됩니다. 단상 모터과부하, 과열로부터 안정적인 보호를 제공하고 전자기 간섭의 영향을 줄입니다.
일반적으로 두 번째 유형의 회로에는 반도체 제어 보드 외에 바이패스 접촉기가 포함됩니다. 모터가 정격 속도에 도달하면 바이패스 접촉기가 활성화되어 모터에 직접 전압을 제공합니다.
3상 유형은 가장 최적이고 기술적으로 진보된 솔루션입니다. 이는 위상 불균형 없이 전류 및 자기장 강도를 제한합니다.
왜 소프트스타터가 필요한가요?
상대적으로 저렴한 가격으로 인해 소프트스타터의 인기는 현대 산업 및 산업 시장에서 탄력을 받고 있습니다. 가전제품. 비동기 전기 모터용 소프트 스타터는 서비스 수명을 연장하는 데 필요합니다. 소프트스타터의 가장 큰 장점은 급작스러운 현상 없이 부드러운 가속으로 시동이 이루어진다는 점이다.
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일반적으로 수중 펌프 또는 표면 펌프는 전기 기계 또는 전자 릴레이, 자동화 장치 또는 자기 스타터를 통해 연결됩니다. 전체적으로 나열된 사례주전원 전압은 접점을 닫음으로써, 즉 직접 연결을 통해 펌프에 공급됩니다. 이는 전기 모터의 고정자 권선에 전체 주 전압을 공급하고 현재 회전자는 아직 회전하지 않음을 의미합니다. 이로 인해 펌프 모터 로터에 순간적으로 강력한 토크가 나타납니다.
이 연결 다이어그램은 펌프 시동 시 다음과 같은 현상이 특징입니다.
회전자가 단락되었기 때문에 전류는 고정자를 통해(따라서 공급선을 통해) 급증합니다.
단순화된 이해에서 변압기의 2차 권선에 단락이 발생했습니다. 경험상 펌프, 제조업체 및 샤프트 부하에 따라 펄스 시동 전류는 작동 전류를 4~8배, 경우에 따라 최대 12배를 초과할 수 있습니다.
샤프트에 토크가 갑자기 나타납니다.
이는 시동 및 작동 고정자 권선, 베어링, 세라믹 및 고무 씰에 부정적인 영향을 미치며 마모가 크게 증가하고 서비스 수명이 단축됩니다.
샤프트에 날카로운 토크가 나타나면 파이프라인 시스템을 기준으로 우물 펌프 하우징이 급격히 회전합니다.
우리는 이로 인해 우물 펌프가 파이프라인에서 분리되어 우물에 떨어지는 것을 반복해서 목격했습니다. 유압 어큐뮬레이터 플랫폼에 설치된 표면 펌프를 기반으로 하는 펌핑 스테이션의 경우, 이로 인해 고정 너트가 풀리고 유압 어큐뮬레이터의 용접 지점과 이음새가 파손됩니다. 또한 펌프를 직접 켜면 급수의 수명과 차단 밸브, 특히 교차점에서.
일반적으로 유압 어큐뮬레이터는 급수 시스템의 수격 현상을 제거하는 것으로 알려져 있습니다.
이는 사실이지만 유압 어큐뮬레이터가 연결된 지점부터 시작하는 파이프라인에서만 수격 현상이 사라집니다. 펌프와 어큐뮬레이터 사이의 틈에 펌프를 직접 연결하면 유압 충격이 남아 있습니다. 결과적으로 펌프에서 어큐뮬레이터까지의 간격에서 펌프의 모든 부분과 파이프라인 시스템에 수격 현상이 발생합니다.
정수 시스템에서는 펌프를 직접 연결할 때 발생하는 수격 현상이 필터 요소의 수명을 크게 단축시킵니다.
지역 전력망인 경우 약한, 그러면 펌프가 켜지는 순간 네트워크의 전압이 급격히 떨어지면서 직접 연결하면 1kW 이상의 전력을 가진 펌프가 작동하고 있다는 것을 이웃 사람들도 알 수 있습니다.
로컬 네트워크인 경우 매우 약함, 이웃도 이용 가능한 모든 것을 연결하여 삶을 즐깁니다. 가전제품, 그러면 깊은 깊이에 잠긴 우물 펌프가 시동되지 않을 수 있습니다. 이러한 전압 서지는 네트워크에 연결된 전자 장치를 손상시킬 수 있습니다. 펌프가 시작될 때 전자 제품으로 채워진 값 비싼 냉장고가 고장난 경우가 알려져 있습니다.
펌프를 자주 켜면 작동 수명이 짧아집니다.
직접 연결을 통한 빈번한 시동으로 인해 플라스틱 커플링 고장 발생 우물 펌프펌프 부분에 전기 모터를 연결합니다.
펌프를 시동하지 않고 시동할 때 발생하는 문제에 대해 살펴보았습니다. 소프트 스타트 장치(SPD) .
주의할 점은 펌프를 끄지 않은 상태에서도 SCP직접 연결 다이어그램에는 몇 가지 부정적인 측면이 있습니다.
펌프가 꺼지면 시스템에 수격 현상도 발생하지만 이제는 펌프 샤프트의 토크가 급격히 감소하여 즉각적인 진공이 생성되는 것과 같습니다.
펌프 샤프트의 토크가 급격히 감소하면 펌프 하우징도 반대 방향으로 회전하게 됩니다.
펌프의 파이프라인과 나사산 연결에 대해 생각해 봅시다.
기존 가정용 펌프에서 전기 모터는 비동기식이며 뚜렷한 유도 특성을 가지고 있습니다.
전류의 흐름을 갑자기 중단하면 유도 부하, 그러면 전류의 연속성으로 인해 이 부하 전체에 걸쳐 전압이 급격히 상승합니다. 예, 접점을 열면 모든 고전압이 펌프 측에 남아 있어야 합니다. 그러나 접점이 기계적으로 열리면 소위 "접점 바운스"가 발생하고 고전압 펄스가 네트워크로 들어가므로 당시 네트워크에 연결된 장치에도 들어갑니다.
따라서 펌프를 직접 연결하면 기계 및 부품의 마모가 증가합니다. 전기 부품펌프(시작 및 종료 중 모두). 동일한 네트워크에 포함된 장치에도 문제가 발생하고 여과 시스템 및 배관 설비의 서비스 수명이 단축됩니다.
용법 소프트 스타트 장치(“Aquacontrol UPP-2.2S”)위에서 설명한 대부분의 단점을 완화할 수 있습니다. 기기 내 UPP-2.2S펌프에 특별히 계산된 전압 상승 곡선이 구현되어 있어 가장 불리한 작동 조건에서도 펌프를 안정적으로 시동하는 동시에 샤프트 회전 속도를 원활하게 높일 수 있습니다. 또한 이 장치에는 저전압 및 고전압 주전원에 대한 보호 기능이 내장되어 있어 극한의 작동 조건과 전원 켜짐으로부터 펌프를 보호합니다.
안에 UPP-2.2S위상 트라이악 제어가 사용됩니다. 시동과 동시에 부품이 펌프에 공급됩니다. 주전원 전압, 이는 펌프의 시동을 보장하기에 충분한 토크를 생성합니다. 로터가 회전함에 따라 펌프의 전압은 전압이 완전히 적용될 때까지 점차 증가합니다. 그 후 릴레이가 켜지고 트라이악이 꺼집니다. 결과적으로 사용시에는 UPP-2.2S펌프는 릴레이 접점을 통해 네트워크에 연결됩니다. 즉, 직접 연결과 동일합니다. 그러나 3.2초(소프트 스타트 시간) 동안 릴레이 접점에서 스파크가 발생하지 않고 "소프트 스타트"를 보장하는 트라이악을 통해 펌프에 전압이 공급됩니다.
이러한 시작으로 최대 시작 전류는 작동 전류를 5-8배가 아닌 2.0-2.5배 이하로 초과합니다. 사용 UPP-2.2S, 우리는 펌프의 시동 부하를 2.5-3 배 줄이고 펌프의 수명을 같은 양만큼 연장하여 더 많은 것을 제공합니다. 편안한 일전기 네트워크에 연결된 장치. UPP-2.2S자원절약형 기술이 적용된 기기라고 할 수 있습니다.
적용 범위 및 기능
가정용 펌프를 시동 및 정지하기 위해 EXTRA Aquacontrol UPP-2.2S 220V 소프트 스타터가 진동 및 원심 전기 펌프에 널리 사용됩니다. 또한 이 장치는 비동기식 및 정류자 전기 모터와 함께 작동하는 것으로 입증되었습니다. 지침에 지정된 최대 전력을 초과하지 않는 한 조명 및 난방 장치를 제어할 수도 있습니다.
UPP-2.2S의 주요 기능은 펌프 시동 중에 발생할 수 있는 유압 및 기계적 충격을 제거하는 것입니다. 이 장치는 또한 전력 서지로 인한 펌프 고장을 방지합니다.
작동 원리
EXTRA Aquacontrol UPP-2.2S는 신호 케이블을 통해 제어됩니다. 개발자는 저전압 및 고전압에 대한 보호 기능을 장치에 장착했습니다. 전압이 252V를 초과하면 펌프가 자동으로 꺼집니다. 전압이 245V로 안정화되면 펌프가 다시 켜집니다. 하한 압력 임계값인 160V에 도달하면 펌프도 꺼집니다. 전압이 160V 이상으로 올라가면 펌프가 자동으로 시작됩니다. 소프트 스타트 기간은 펌프 유형에 따라 다릅니다. 진동 – 2초; 원심분리 – 3-7초
작동 요구 사항
EXTRA Aquacontrol 장치는 인공적인 실내 온도 조절 장치가 없는 밀폐된 공간에 설치해야 합니다. 제조업체에서는 신호 케이블에 전압을 인가하는 것을 금지하고 있습니다. UPP-2.2S는 유압 어큐뮬레이터 없이 펌핑 스테이션의 작동을 제어하는 데 사용할 수 없습니다. 60초 이내에 펌프를 켜고 끄면 장치가 손상될 수 있다는 점을 기억하십시오.
하우징이 손상되었거나 커버가 제거된 경우 장치를 작동하는 것은 엄격히 금지되어 있습니다. UPP-2.2S는 사용자가 직접 수리하거나 분해할 수 없습니다. 지침에 명시된 모든 규칙을 준수할 경우 EXTRA Aquacontrol UPP-2.2S의 서비스 수명은 5년입니다. 장치 하우징은 매년 하우징 손상 여부를 검사해야 합니다.
원심 펌프를 사용하여 유압 시스템에서 최적의 에너지 절감을 달성하는 방법은 무엇입니까? 오늘날 이 질문은 전문가와 비즈니스 관리자 사이에서 점점 더 많이 제기되고 있습니다. 그렇다면 소프트 스타터, 가변 주파수 드라이브 또는 병렬 펌프 제어 사용 등 어떤 장치가 투자 회수 기간을 단축하고 에너지 효율성을 높일 수 있습니까? 이 기사의 저자는 생산, 다이어그램 및 표의 구현 예를 통해 다양한 기술 솔루션에 대한 신중하게 수행된 분석을 제공합니다.
ABB LLC, 모스크바
에너지 효율성을 보장하는 것은 현재 가장 시급하고 동시에 복잡한 작업 중 하나입니다. 에너지 소비 비용을 줄이는 것은 생산 수익성을 높이고 생산 라인을 효율적으로 운영하기 위한 방법 중 하나입니다. 일반 분석다양한 응용 분야의 기업에서는 장비 구매와 관련된 비용과 새로운 장비의 유지 관리 및 시운전으로 인한 생산 중단 시간이 에너지 소비 절감을 통해 부분적으로 상쇄될 수 있음을 보여줍니다.
에너지 효율적인 기술은 ABB의 우선순위 중 하나입니다. 가장 현대적인 방법가장 효율적인 작동을 보장하기 위한 개발은 드라이브 메커니즘을 제어하는 데 널리 사용되는 주파수 변환기 및 소프트 스타터*와 같은 최신 ABB 장비에 적용되었습니다. 펌핑 장치수처리 및 폐수처리 시설의 에너지 소비를 대폭 절감할 수 있습니다.
펌프 유량을 제어하기 위해 자주 사용되는 기계적 방법이나 조절 방법은 에너지 절약 측면에서 매우 비효율적입니다. 이는 질문을 제기합니다. 두 가지 기술 솔루션(가변 주파수 드라이브 또는 순환 제어(그림 1)) 중 에너지 소비를 줄이는 가장 경제적인 방법은 무엇입니까? 기본적으로 원심 펌프가 사용되는 유압 시스템의 특성은 하나의 제어 방법을 선택하는 결정 요인입니다.
쌀. 1.스로틀링, 순환 및 주파수 제어를 통한 시스템 흐름 조절
가공분야에서는 폐수원심 펌프를 켜고 끄는 것은 일반적으로 공정 제어 시스템의 제어 하에 수행됩니다. 잔여 물(즉, 주거용 또는 상업용 건물에서 나오는 물)은 일반적으로 도시 정수장으로 펌핑될 때까지 정화조나 폐수 탱크에 수집됩니다. 일부 빈도를 고려하면 소프트 스타터를 사용하면 물에 포함된 폐기물로 인해 펌프가 막힐 위험이 크게 줄어듭니다.
순환 제어는 흐름 제어의 유연성 손실에도 불구하고 가변 주파수 드라이브에 대한 흥미로운 대안입니다. 즉, 소프트스타터는 전기적 과부하, 시동 시 기계적 충격 및 진동, 펌프 정지 시 발생하는 배관계통의 수격현상 등으로부터 유도전동기를 보호하는데 적합하고 경쟁력 있는 기술로 평가받고 있다. 또한 전기 모터는 최적의 작동 지점에서 작동되고 나머지 시간 동안은 꺼집니다.
다음 섹션에서는 두 개의 원심 펌프(90kW 및 350kW)에 대한 가변 주파수 제어 및 순환 제어 솔루션의 에너지 절약 및 ROI에 대한 분석을 제공합니다.
일반적인 펌핑 시스템
펌핑 시스템을 설계할 때 주요 조건은 필요한 유량 Qop[m3/h]를 보장하는 것입니다. 이상적인 시스템에서 선택된 펌프는 특성 Qop [m3/h]와 일치하는 특성 Qbep [m3/h]를 갖습니다. 실제로는 일반적으로 더 큰 펌프가 선택됩니다(그림 2). 결과적으로 펌프는 대부분의 성능 범위에서 감소된 유압 효율로 작동합니다. 위의 내용은 그림 1에 예시되어 있습니다. 정격 출력이 90kW 및 350kW인 두 개의 Aurora 원심 펌프의 경우 3입니다.
표 1.두 펌프 매개변수의 비교 특성
쌀. 2.산업용 설치를 위한 펌프 선택
쌀. 3.시스템 구성 요소 매개변수의 변경으로 인해 90kW 및 350kW 펌프의 유압 효율이 15% 감소합니다.
이러한 펌프의 에너지 절약 가능성을 분석하기 위해 마찰을 극복하기 위한 압력의 우세, 즉 최대 유압 높이 Hmax에 대한 정압 Hst [m]의 비율(?)과 함께 세 가지 다른 유압 시스템이 고려되었습니다. m]은 5%이고; 정압이 우세함(τ는 50%); 결합된 압력(τ는 25%)(그림 4).
쌀. 4.잠재적인 에너지 절감을 분석하기 위해 선택된 유압 시스템
주파수 변환기, 소프트 스타터 및 모터의 성능 특성
주파수 변환기에는 고효율(θconv)는 출력 전력이 감소하면 자연스럽게 감소합니다. 명목 가치. 소프트스타터가 정상상태에서 작동할 때, 즉 바이패스가 활성화되면 소프트스타터의 효율은 거의 100%에 가깝다. 시간당 시동 횟수가 증가하고 작동 시간 간격이 감소함에 따라 소프트 스타터의 효율이 눈에 띄게 감소한다는 점에 유의해야 합니다. 이는 전기 모터를 시동 및 정지할 때 추가 줄 손실과 작동으로 인해 발생합니다. 사이리스터의 (그림 5).
쌀. 5.펌핑 부하에 따른 소프트 스타터 및 주파수 변환기의 전기 효율 변화(%)
최근 채택된 보다 엄격한 표준(IE 클래스)은 부하가 걸린 상태에서 작동할 때 전기 모터의 향상된 효율성을 보장합니다(그림 6 및 7). 전기 모터의 효율(클래스에 따라 엄격히 다름)은 주파수 변환기 또는 소프트 스타터의 사용에 의해 영향을 받습니다. 고속 출력 인버터로 구동할 때 전류 및 고조파 왜곡으로 인해 효율이 감소합니다. 전압은 장치 출력의 정현파 전압 파형으로 인해 과도 프로세스 가속이 끝난 후 소프트 스타터로 전원을 공급할 때 변경되지 않습니다.
쌀. 6. 전기 모터의 에너지 효율 등급이 펌프 효율에 미치는 영향
쌀. 7.유압 부하로 전기 모터의 효율 변경
시스템 구성 요소의 특성 변경, 전기 모터의 에너지 효율 등급 및 실제 시스템의 고조파 손실이 표에 나와 있습니다. 2.
표 2.더 큰 시스템 크기, 모터 등급 및 고조파 손실의 영향
전력 소비용(Pn =90kW – 스위칭 주파수 4kHz)
에너지 절약
90kW 및 350kW 펌핑 시스템에서 주파수 및 순환 제어를 사용하여 달성한 에너지 절약은 그림 1에 나와 있습니다. 8 및 9. 마찰을 극복하기 위한 압력이 우세한 시스템(τ = 5%)에서 주파수 제어는 두 펌핑 시스템 모두에 대해 거의 전체 작동 범위(7~98%)에 걸쳐 더 높은 에너지 절감 효과를 제공합니다. 90kW 펌프와 주요 정적 수두(τ = 50%)가 있는 시스템의 경우 모든 작동 지점에 대해 주파수 변환기를 사용하는 것보다 순환 제어가 더 나은 기술 솔루션입니다. 주파수 변환기는 350kW 펌프에 대해 약간 더 높은 에너지 절감 효과를 제공하지만 펌프 용량의 75~92% 범위에서만 가능합니다. 결합된 유압 시스템(τ = 25%)을 고려할 때 VFD 제어는 용량이 28%(90kW 시스템의 경우) 및 24%(350kW 시스템의 경우)를 초과하는 펌프에 대해서만 더 높은 에너지 절약을 허용합니다. 실제로 주파수 제어를 사용한 가장 높은 에너지 절감 효과는 15~20% 펌프 용량 범위에서 관찰됩니다.
쌀. 8.
펌프 90kW용
쌀. 9.주파수 및 순환 제어를 통한 에너지 절감[%]
펌프 350kW용
공칭 작동 중에 반도체 부품에 손실이 발생하는 주파수 변환기와 달리 이 경우 소프트 스타터는 바이패스 접촉기를 통해 작동하므로 사이리스터가 포함되지 않습니다(그림 10). 따라서 추가적인 열 손실이 없습니다. 펌프 성능을 조절하기 위해 하나 또는 다른 제어 방법을 선택하는 것이 바람직한 작동 및 시스템 특성이 그림 1에 나와 있습니다. 11**.
쌀. 10.소프트 스타터를 통해 바이패스될 때 90kW 펌프의 최적 효율
고하중(설계 용량의 90~100%)
쌀. 11.순환 제어를 사용할 때 절감 효과가 높아지는 기준점은 다음과 같습니다.
가변 주파수 드라이브 솔루션을 사용하는 것보다
투자 수익
고객에게 가장 중요한 요소 중 하나는 투자 수익을 계산하는 것입니다. 여기에는 소프트스타터 설치 및 시운전 중 장비 가동 중단으로 인한 추가 비용이 포함됩니다.
주파수 변환기의 비용은 정격 출력이 최대 25kW인 펌프 및 350kW의 펌프용 소프트 스타터 비용보다 3배 더 높습니다(5배). 주파수 조정 또는 순환 제어에 대한 총 초기 투자는 주파수 변환기 또는 소프트 스타터 비용과 전체 과정에 걸쳐 지출된 비용 대비 장비 가동 중지 시간 비용의 비율을 합산하여 계산됩니다. 수명주기생산라인 가동.
을 위한 주파수 변환기소프트스타터의 경우 이 비율은 7.5%입니다.
개별 구성 요소의 비용은 여러 가지 이유로 달라질 수 있습니다. 우선, 저전압 주파수 변환기는 시작/정지 모드보다는 전기 모터의 연속 작동에 더 자주 사용되며 보다 정밀한 제어를 제공한다는 점에 유의해야 합니다. 그러나 주파수 변환기에 사용되는 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT)는 특정 수준을 유지해야 합니다. 온도 체계냉각으로 인해 요소 비용이 상당히 비싸므로 동일한 정격 출력의 소프트 스타터에 비해 주파수 변환기 비용이 증가합니다. 소프트 스타터에서 반도체 전력 요소인 사이리스터는 시작 및 중지 모드에서만 작동하며 각 모드의 평균 시간은 약 15초입니다. 저렴하고 안정적인 사이리스터에는 지속적인 강제 냉각이 필요하지 않다는 점은 주목할 가치가 있습니다.
주파수 변환기 및 순환 흐름 제어에 대한 투자 회수 기간은 그림 1에 나와 있습니다. 12 및 13은 전기 모터 90kW 및 350kW의 세 가지 유압 시스템용: ? = 5%, 25%, 50%.
쌀. 12.주파수 및 순환 제어(소프트 스타터)를 갖춘 솔루션의 투자 회수 기간
펌프 90kW용
쌀. 13.주파수 및 순환 제어(소프트 스타터)를 갖춘 솔루션의 투자 회수 기간
펌프 350kW용
병렬 펌프 제어 솔루션
많은 유압 시스템에서는 가변 속도 드라이브와 소프트 스타터를 모두 사용하는 병렬 펌프 제어 시스템***을 사용하여 우수한 투자 수익과 함께 최적의 에너지 절약을 달성할 수 있습니다.
쌀. 14. 4개의 병렬 펌프가 있는 시스템을 위한 솔루션
(마찰을 극복하기 위해 압력이 우세한 유압 시스템)
표 3. 4개의 병렬 펌프가 있는 시스템의 제어 다이어그램
마찰(? = 5%)을 극복하기 위한 압력이 우세하고 4개의 병렬 펌프(각 펌프의 정격 출력이 350kW(2500m3/h))가 있는 유압 시스템에서는 2개의 주파수 변환기와 2개의 소프트 펌프를 사용하는 것이 최적입니다. 스타터(그림 14). 투자 회수 및 제어 유연성 측면에서 최상의 솔루션을 제공하는 방식에서는 2개의 펌프 1과 2가 소프트 스타터로 제어되고, 펌프 3과 4가 주파수 변환기로 제어됩니다(표 3 참조). 소프트스타터가 장착된 펌프는 최대 성능으로 작동합니다. 주파수 변환기에 의해 제어되는 펌프의 회전 속도를 공칭 속도로 높이면 최대 시스템 성능이 보장됩니다. 혼합 유압 시스템(정압/마찰 지배적 유압 시스템)(? = 25%)에서 투자 수익 및 제어 유연성 측면에서 최적의 솔루션을 제공하는 설계는 3개의 펌프이며, 그 중 처음 2개는 제어되는 소프트 스타터입니다. , 세 번째 펌프 - 주파수 변환기(그림 15 및 표 5 참조).
쌀. 15. 3개의 병렬 펌프가 있는 시스템을 위한 솔루션
(마찰을 극복하기 위해 정압/주압을 갖춘 유압 시스템)
표 4. 3개의 병렬 펌프가 있는 시스템의 흐름 제어 다이어그램
(복합유압시스템)
두 시스템 모두 소프트 스타터와 주파수 변환기 구매에 대한 초기 투자는 규제된 흐름이 전체 성능의 80% 미만인 경우 1.5년 이내에 경제적 이익으로 전환됩니다(그림 16).
표 5.옵션
쌀. 16. 2개 설치에 대한 예상 투자 회수 기간,
주파수 변환기 및 소프트 스타터의 펌프 병렬 제어 포함
최고의 솔루션?
최대 1000V의 모터를 갖춘 2개의 원심 펌프(90kW 및 350kW)에 대해 주파수 및 순환 흐름 제어 시스템의 효율성에 대한 분석이 수행되었습니다. 얻은 결과는 주파수 제어를 통한 제어가 다음과 같은 유압 시스템에서 최상의 솔루션임을 나타냅니다. 마찰 손실을 극복하기 위한 압력의 우세(사용하는 경우 높이 차이 없이 액체를 운반함) 순환 펌프). 정압이 지배적인 시스템에서는 순환 제어를 사용하는 것이 좋습니다. 불안정성과 고장의 위험이 있으므로 펌프 및 부하 특성이 플랫한 시스템에서는 주파수 변환기를 사용하지 않아야 합니다.
소프트 스타트 장치는 수처리 및 폐수 처리장을 위한 가장 유망한 기술 솔루션으로, 집수기에서 액체를 펌핑하기 위해 펌프를 켜고 끄고 이어서 폐수를 처리 시설로 이동시키는 데 필요한 기술 솔루션입니다. 소프트 스타터는 신뢰성이 높으며 시스템을 시동하고 정지할 때 수격 현상을 제거하는 기능이 내장되어 있습니다. 그러나 주파수 변환기와 소프트 스타터의 조합을 사용하는 병렬 펌프 제어 회로를 사용하면 광범위한 유압 시스템에 대한 최대 에너지 절약 및 최소 투자 회수 기간을 달성할 수 있습니다. 자동화 노하우와 광범위한 저전압 자동화 장비를 기반으로 ABB는 다양한 응용 분야에서 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 다른 솔루션을 제공합니다.
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* 소프트 스타터는 전기 모터에 공급되는 전압 레벨을 조절하여 부드러운 시작그리고 운전 정지.
** 에너지 절약을 백분율(고정 속도 및 조절용)로 변환할 때 경제적 효율성펌프는 전기 kWh당 $0.065의 비용으로 연간 8,760시간(330 x 24)을 작동하는 것으로 가정됩니다.
*** 최적의 유량 제어를 위해 병렬 회로는 최대 유량에 도달할 때까지 하나의 펌프를 작동한 후 유압 부하가 동시에 작동하는 두 개의 펌프로 나누어집니다. 두 번째 설정점에 도달하면 3개의 펌프가 활성화됩니다.
문학
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2. 오로라 펌프(Pentair Pump Group) 1994년 6월, 미국.
3. IEC 60034-31:2009. 회전하는 전기 기계. 31부: 가변 속도 응용 분야를 포함한 에너지 효율적인 모터의 선택 및 적용에 대한 지침입니다.
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6. Sagarduy, J. (2010년 1월). 감소된 전압 시동 방법의 경제성 평가. SECRC/PT-RM10/017.
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9. Vogelesang, H. (2009년 4월). 에너지 효율성. 용량 제어에 대한 두 가지 접근 방식. 월드 펌프 매거진.