Przeprowadziliśmy badania dotyczące deklarowanej przez producentów mocy strat cieplnych przemienników częstotliwości, Jak się ma to do rzeczywistości?
Zastosowanie wysokosprawnych silników pozwala na znaczne obniżenie zużycia energii, co w konsekwencji przekłada się na redukcję kosztów eksploatacyjnych. Nowoczesne silniki klasy charakteryzują się mniejszą emisją ciepła, co wpływa na poprawę warunków pracy i zwiększenie niezawodności urządzeń. Wprowadzenie nowych silników stanowi więc korzystny krok w osiągnięciu celów zrównoważonego rozwoju i ekologicznej działalności przemysłowej. W połączeniu z energooszczędnym przemiennikiem częstotliwości pozwala na znaczne oszczędności. Efektywność energetyczną układu napędowego musimy zatem rozpatrywać łącznie, zarówno przekształtnika jak i silnika.
Dyrektywa
"W celu określenia klasy IE należy ustalić straty mocy w układach bezstopniowej regulacji obrotów przy 100 % znamionowego prądu wytwarzającego moment obrotowy i 90 % znamionowej częstotliwości stojana silnika.
Straty określa się zgodnie z jedną z następujących metod:
— metoda wejście-wyjście, lub
— metoda kalorymetrii.
Częstotliwość załączania próby wynosi 4 kHz do poziomu 111kVA (90 kW), a powyżej tego poziomu wynosi 2 kHz albo jest zgodna z domyślnymi ustawieniami fabrycznymi określonymi przez producenta.
Dopuszczalne jest mierzenie strat układu bezstopniowej regulacji obrotów przy częstotliwości do 12 Hz zamiast zera. Producenci lub ich upoważnieni przedstawiciele mogą również stosować metodę określania pojedynczej straty. Obliczenia należy wykonać w odniesieniu do danych producenta komponentu o typowych wartościach w zakresie półprzewodników mocy w rzeczywistej temperaturze roboczej układu bezstopniowej regulacji obrotów lub przy maksymalnej temperaturze roboczej określonej w arkuszu danych. W przypadku braku danych producenta komponentu, straty wyznacza się przy pomocy pomiarów. Dopuszczalne są kombinacje strat wyliczonych i zmierzonych. Różne indywidualne straty oblicza się lub mierzy oddzielnie, a straty ogółem oblicza się jako sumę wszystkich strat indywidualnych.
Poziomy referencyjne
W przypadku układów bezstopniowej regulacji obrotów najlepsza technologia dostępna na rynku odpowiada 20 % referencyjnych strat mocy, o których mowa w tabeli 6. Wykorzystując technologie węglika krzemu (SiC MOFET), straty półprzewodników można zmniejszyć dodatkowo o około 50 % w porównaniu z rozwiązaniem konwencjonalnym."
Tyle Dyrektywa, jak ma się to w rzeczywistości?
Zbadaliśmy kilka urządzeń o tym samym prądzie wyjściowym i z tym samym obciążeniem w postaci popularnego silnika klasy IE2. Niestety nie wszyscy producenci w dokumentacji przemiennika częstotliwości umieścili informacj o sprawności i mocy strat. W testach wykorzystaliśmy trzy urządzenia różnej klasy, trzech firm w dokumentacji, których znaleźliśmy "moc strat cieplnych".
W układzie pomiarowym mierzyliśmy prąd wejściowy, prąd wyjściowy, moment, temperaturę przemienika częstotliwości i silnika. Wszystkie przemienniki pracowały z częstotliwością taktowania 4 kHz i zgodnie z zalecaniami pomiarowymi Dyrektywy.
Wyniki
W jednym badanym przemienniku straty cieplne odbiegały od deklarowanych przez producenta w granicy + 3% w pozostałych straty te były większe o około 22% i o tyle więcej energi przemiennik generował w postaci ciepła.