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Vorteile und mögliche Nachteile von VSDs

Vorteile und mögliche Nachteile von VSDs

Vorteile und mögliche Nachteile von VSDs (Bildnachweis: hahnelec.com.au)

Frequenzumrichter (VSDs)

VSDs (Variable Speed ​​Drives) bieten mehrere vorteileEinige von ihnen sind relativ leicht zu quantifizieren und andere sind weniger greifbar, aber es gibt einige mögliche Nachteile, das muss vermieden werden.


Vorteile, die wir von VSDs erhalten

1. Energieeinsparungen

Mit Rotodynamische PumpenanlagenEinsparungen von zwischen 30% und 70% wurde in vielen Installationen durch die Installation von VSDs erreicht. Wenn PD-Pumpen verwendet werden, ist der Energieverbrauch tendenziell direkt proportional zu der gepumpten Menge, und die Einsparungen werden leicht quantifiziert.

Ein Frequenzumrichter kann den Energieverbrauch um bis zu 70% reduzieren.

Ein Frequenzumrichter kann den Energieverbrauch um bis zu 70% reduzieren.

2. Verbesserte Prozesskontrolle

Durch zusammenbringen Pumpenausgangsstrom oder Druck direkt auf die Prozessanforderungen, können kleine Abweichungen durch einen VSD schneller als durch andere Steuerungsformen korrigiert werden, wodurch die Prozessleistung verbessert wird.

Es ist weniger wahrscheinlich, dass Strömungs- oder Druckstöße auftreten, wenn die Steuervorrichtung Änderungsraten bereitstellt, die praktisch unendlich variabel sind.


3. Verbesserte Systemzuverlässigkeit

Irgendein Verringerung der Geschwindigkeit erreicht durch die Verwendung eines FUs hat große Vorteile in Verringerung des Pumpenverschleißesinsbesondere in Lagern und Dichtungen. Durch Verwendung von Zuverlässigkeitsindizes können außerdem die zusätzlichen Zeiträume zwischen Wartung oder Ausfällen genau berechnet werden.


Mögliche Nachteile von VSDs

VSDs haben auch einige potenzielle Nachteile, die mit vermieden werden können entsprechendes Design und Anwendung.


1. Strukturresonanz

Resonanzbedingungen können übermäßige Vibrationspegel verursachen, die wiederum die Ausrüstung und die Umgebung schädigen können.

Pumpen, ihre Stützstruktur und Rohrleitungen unterliegen einer Vielzahl von mögliche strukturelle Schwingungsprobleme (Resonanzbedingungen).

Anwendungen mit fester Geschwindigkeit Diese möglichen Resonanzsituationen werden oft übersehenda die üblichen Oberwellen der Erregung aufgrund der Laufgeschwindigkeit, der Flügeldurchgangsfrequenz, der Kolbenfrequenz usw. nicht mit den strukturellen Eigenfrequenzen übereinstimmen.

Für VSD-Anwendungen ist die Anregungsfrequenzen variabel werden und die Wahrscheinlichkeit vonDas Auftreten einer Resonanzbedingung innerhalb des kontinuierlichen Betriebsgeschwindigkeitsbereichs wird stark erhöht. Probleme mit Pumpenvibrationen treten typischerweise bei Lagergehäusen und der Tragstruktur auf (Grundplatte für horizontale Anwendungen, Motor und Hocker für vertikale Anwendungen).

Druckpulsationen sind der übliche Erregungsmechanismus. Diese Druckpulsationen können durch akustische Resonanz in der Pumpe oder den benachbarten Rohrleitungen weiter verstärkt werden.

Es gibt eine Reihe von Analysen, die zur Vorhersage und Vermeidung potenzieller Resonanzsituationen durchgeführt werden können, darunter:

  1. Einfache hydraulische Resonanzberechnungen
  2. Pass-Frequenzanalyse
  3. Strukturelle Resonanz zum Beispiel nutzen Finite Elemente Analyse
  4. Modalprüfung der tatsächlichen Maschine.

Modaltests können den regulären Vibrationstest ergänzen. Häufig wird eine Pumpe, die für den Betrieb mit variabler Geschwindigkeit vorgesehen ist, nur mit einer einzigen Geschwindigkeit getestet.</ p>

2. Rotordynamik

Hydraulikpresse

Hydraulische Presse mit motorischer Höhenverstellung und einstellbaren seitlichen Führungen.

Die Gefahr, dass das rotierende Element trifft a die kritische Seitengeschwindigkeit nimmt zu mit der Anwendung eines FUs. Laterale kritische Drehzahlen treten auf, wenn die Erregung der Fahrgeschwindigkeit mit einer der lateralen Eigenfrequenzen des Rotors zusammenfällt.

Die resultierende Rotorvibration kann akzeptabel seinoder übermäßig hoch, abhängig von der mit dem entsprechenden Modus verbundenen modalen Dämpfung. Zusätzlich können antriebsbedingte Drehmomentoberwellen Resonanzzustände mit dynamischen Rotationsmodi des Drehmotors verursachen. Solche Bedingungen sind jedoch normalerweise korrekt oder vermeidbar.

Vertikale Pumpen mit variabler Geschwindigkeit sind wahrscheinlicherals horizontale Maschinen, um Betriebszonen mit übermäßigen Vibrationen aufzuweisen. Dies liegt daran, dass die niedrigeren Eigenfrequenzen solcher Pumpen eher mit der Laufgeschwindigkeit übereinstimmen. Kleine, vertikal geschlossene und mehrstufige Pumpen stellen diese Art von Problem normalerweise nicht dar.


3. Zusätzliche Hinweise für VFDs

Die Einführung von VFDs erfordert zusätzliches Design und Überlegungen zur Anwendung.

VFDs können an die meisten vorhandenen Motoren in montiert werdenEuropa und anderen Gebieten, die ein 400-Volt-Netz (V) verwenden. In den USA und in anderen Bereichen, in denen die Netzspannungen über 440 V liegen, ist dies jedoch in der Regel nicht der Fall. Daher sind häufig verstärkte Isolationsmotoren erforderlich.

Die hohe Umschaltgeschwindigkeit in der PWM-Wellenform kann gelegentlich zu Problemen führen.

Zum Beispiel:

  • Die Rate des Wellenfrontanstiegs kann elektromagnetische Störungen verursachen, die eine angemessene elektrische Abschirmung erfordern (abgeschirmte Ausgangskabel). Filter im Umrichterausgang können dieses Problem beheben.
  • Ältere Motorisolationssysteme können sich aufgrund der schnellen Spannungsänderung schneller verschlechtern. Wiederum lösen Filter dieses Problem.
  • Lange Kabelwege können "Übertragungsleitungseffekte" und erhöhte Spannungen an den Motorklemmen verursachen.


In den Wellen größerer Motoren können Spannungen induziert werden, die zu Wellen führen können Zirkulationsströme, die Lager zerstören können.</ p>

Folgende Korrekturmaßnahmen sind erforderlich:

  • Empfohlen werden isolierte Lager ohne Antrieb alle Motoren über 100 Kilowatt (kW) Leistung.
  • Bei höheren Leistungen und Spannungen können zusätzlich Gleichtaktfilter erforderlich sein.

Der Konverter hat Verluste und BelüftungAnforderungen an die Elektronik können ein wichtiges Thema sein. Die Lebenserwartung des Umrichters hängt im Allgemeinen direkt von der Temperatur der internen Komponenten ab, insbesondere von Kondensatoren. Der Umrichter muss möglicherweise in einer weniger belastenden Umgebung installiert werden als das Motorsteuergerät, das er ersetzt.

Speziell:

  1. Elektronik kann korrosiven und feuchten Orten weniger standhalten als herkömmliche Starter.
  2. Der Betrieb eines VFD in einer explosionsgefährdeten Atmosphäre ist normalerweise nicht möglich.

Wie Frequenzumrichter Energie sparen (VIDEO)


Ressource: Pumpen mit variabler Geschwindigkeit - ein Leitfaden für erfolgreiche Anwendungen

Bemerkungen:
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