Хувьсах хурдтай үйлдвэрийн тоног төхөөрөмжинд VFD хяналтын самбар ямар давуу талыг олгодог вэ?

Эрчим хүчний үр ашигтай байдал ба цахилгаан хэрэглээг бууруулах

Хувьсах давтамжийн хяналтын самбар нь хөдөлгүүрийн нарийн хурдыг хянах замаар эрчим хүчийг хэрхэн хэмнэх талаар

Хувьсах давтамжийн хөдөлгүүрүүд (VFD) ажлын шаардлагатай нийцэж хөдөлгүүрийн хурдыг тохируулдаг тул индустрийн хөдөлгүүр ажиллуулах үед эрчим хүчний ашиглалтыг ихээр сайжруулдаг. Тогтмол хурдтай системүүд байнга дүүрэн хүчээр ажилладаг бол хувьсах давтамжийн хөдөлгүүрүүд энергийн алдагдлыг хэмнэж өгдөг. Энэ нь кубын хуулийн зарчимд үндэслэгдсэн байдаг. Үндсэндээ, хөдөлгүүр 20%-иар удаан ажиллавал Америкийн энерги хадгаламжийн яам 2023 онд хийсэн судалгаагаар бараг тал нь цахилгаан хэрэглэдэггүй байна. Хөдөлгүүрүүд ачаалал багатай үед их хүчээр ажиллах шаардлагагүй болдог тул эрчим хүчний хэрэглээ нь зөвхөн шаардлагатай хэмжээгээр хэрэглэгдэж цахилгааныг хоосон алдагдуулдаггүй.

Пүүсний эхлэх үеийн эрчим хүчний хэрэгцээг бууруулах болон зөөлөн эхлүүлэх давуу талууд

Хэрэв таны хөдөлгүүрүүдийг өөрөөр нь эхлүүлбэл, эдгээр том цэнэгийн шахалт үүсээд аж ахуйн нэгжүүдэд сөрөг нөлөө үзүүлдэг. Хувьсах давтамжийн хөдөлгүүрийн (VFD) самбар энэ асуудлыг арилгахад тусламж үзүүлдэг бөгөөд энэ нь аажим эхлэх боломжийг олгодог. Энгийн шууд эхлүүлэгчтэй харьцуулахад эдгээр системүүд хөдөлгүүрийн хурдыг цаг хугацааны турш аажуу нэмэгдүүлдэг. Үр дүнд нь, орж ирэх гүйдэл нь хэвийн ажиллагааны түвшний 150% орчимд байлгагдаж байгаа бол энгийн шууд эхлүүлэгчтэй холбоотой 600% хүртэлх өсөлтөөс сэргийлж болно. Америкийн Их сургуулийн Инженерийн үнэлгээний төвөөс гаргасан мэдээллээр, VFD суурилуулсны дараа аж ахуйн нэгжүүд оройн ачааллыг 60% хүртэл бууруулж чадсан гэж мэдээлж байна. Түүнчлэн, хөдөлгүүрт холбогдсон бүх тоног төхөөрөмж дээр даралт багасах нь чухал давуу тал юм.

Туршлагын жишээ: Хувьсах хурдны хяналттай үйлдвэрийн насосны системд цахилгаан хэмнэлт

Нэг хотын ус цэвэрлэх байгууламж нь насосны хөдөлгүүрт VFD хяналтын самбар суурилуулсны дараа жилийн доторх энерги зарцуулалтаа 38%-иар багасгасан. Өдрийн турш хэрэгцээ өөрчлөгдөхөд насосны хурдны тохируулгыг хийснээр систем нь байнга дээд хурдтай ажиллахгүйгээр шаардлагатай даралтын түвшинд ажилласан. Үнэхээр ч логиктой юм - ажил хэцүү биш үед цахилгаан хэмнэх хүссэн хүн байхгүй шүү дээ. Мөн энэ нь тусгай тохиолдол ч биш юм. 2022 онд Усны судалгааны байгууллага гаргасан сүүлийн үеийн тайлангийн дагуу олон ус цэвэрлэх байгууламжинд ижил үр дүн гарсан байна. Тэдгээрийн судалгааны мэдээллээр хувьсах хурдтай насос руу шилжих нь одоо ихэнх ус цэвэрлэх байгууламжинд ашиглаж буй хуучин загварын тогтмол хурдтай насосуудтай харьцуулахад энерги хэрэглээгээ 25%-с 50%-иар багасгаж болохыг харуулсан.

Хэмнэлт ихтэй хэрэглээнд VFD хяналтын самбарын хөрөнгө оруулалтын үр ашгийн шинжилгээ ба хөрөнгө буцах хугацааны тооцоо

VFD систем нь анхны үнээрээ илүү үнэтэй байдаг бөгөөд хэдэн киловаттын хөдөлгүүр ашиглаж байгаагаас хамааран 4000-15000 ам.долларын хооронд байдаг. Гэсэн хэдий ч HVAC систем эсвэл үйлдвэрт тасралтгүй ажиллуулагчид ихэнхдээ 18-36 сарын дотор цахилгааны зардлаа багасгаснаар анхны хөрөнгө оруулалтаа буцааж авдаг гэж тайлагьд байдаг. Өнгөрсөн жил Цахилгаан аюулгүй байдлын сангаас хэвлүүлсэн судалгаагаар тасралтгүй ажилладаг компанийн VFD системийн анхны үнийн 3 дахин хэмнэлт гардаг байна. Тиймээс эхний үзэлд илүү зардал гарах мэт боловч урт хугацаанд хэмнэлттэй гэдгээрээ VFD систем санхүүгийн хувьд ашигтай сонголт юм.

Хүчилтийг бууруулах замаар тоног төхөөрөмжийн ажиллах хугацааг уртасгах

Механик элэгдлийг багасгахын тулд зөөлөн эхлэх/зогсох функц

VFD хяналтын самбар нь эргэлтийн моментийн хүчээр ажиллах эд ангиудад гарах хэт ачааллыг 70%-иар бууруулж, цахилгаан хөдөлгүүрийг эхлүүлэхдээ тэлж байгаа хурдны горимыг ашигладаг. Энэхүү мягмар эхлэх боломж нь насос, конвейр зэрэг тоног төхөөрөмжинд механик гэнэтийн хүч үүсэхээс сэргийлж, эд ангиудын ажиллах хугацааг нэмэгдүүлдэг.

Дулааны цикл болон хэлбэлзлийн хэмжээг бууруулснаар урт хугацаат бат бөх байдлыг сайжруулна

Оновчтой ажиллах хурдны горимыг барих замаар VFD нь цахилгаан хөдөлгүүрийн шүүлтүүр, ороомогт хортой нөлөө үзүүлдэг дулааны хэлбэлзлийг багасгадаг. 2025 оны механик уялдуулгын зааварчилгааны мэдээлснээр, хувьсах давтамжийн хөдөлгүүрт суурилсан тоног төхөөрөмж нь тогтмол хурдтай системтэй харьцуулахад дулааны холбоотой гэмтлийг 28%-иар багасгасан байдаг. Хэлбэлзлийн түвшин 42%-иар буурч, үүндээс үүдэн хөртөгчдийн нас хугацаа уртассан, бат бөх байдлыг сайжруулсан.

Хөдөлгүүрийн эд ангиудыг хамгаалахын тулд хурдатгах болон гүйдлийн хязгаарыг удирдах

VFD хяналтын самбарууд нь ачааллын шаардлагын дагуу хурдатгалын хурдыг динамик аргаар тохируулдаг бөгөөд эхлүүлэгч болон хүрэлцэхүүн дээрх хэт гүйдлийн үзэгдлийг саатуулдаг. Интегралт гүйдэл хязгаарлах хэлхээ нь ачааллын эвдэрхий өөрчлөлт үед хөдөлгүүрийг хамгаалдаг бөгөөд техникийн тайлангийн дүнгээс VFD-ийн шинэчлэлтийн дараа конвейер системд аварийн зогсолтыг 55% бууруулсаныг харуулж байна.

Процессын хяналтыг сайжруулах болон үйл ажиллагааны уян хатан байдлыг нэмэгдүүлэх

VFD хяналтын самбар нь аж үйлдвэрийн орчинд урсгалын хурд, даралт, ачаалал өөрчлөгдөх үед хөдөлгүүрийн хурдыг нарийн тохируулах боломжийг олгодог. Хөдөлгүүрүүд тогтмол хурдны оронд хувьсах хурдтайгаар ажиллах үед систем үйл ажиллагаа эмзэг өөрчлөлт орж ирсэн ч сайн ажиллаж чадна. Automation Trends Report-ын судалгаа энэ талаарх мэдээллийг баталж, хуучин тогтмол хурдтай системтэй харьцуулахад VFD нь насосны хувьд энерги хэмнэлтийг дунджаар 30% бууруулдаг байна. Мөн энэ нарийн хяналт нь технологийн процесс дахь хэлбэлзлийг багасгадог тул бүтээгдэхүүн бүр нэгэн ижил чанартай, чанарын тогтвортой байдлыг хангана.

Үйлдвэрлэлийн шугамуудын хувьд өөрчлөлт хийх боломжийг олгох нь үйл ажиллагааны гагнуу чөлөөг нэмэгдүүлдэг. Жишээлбэл, VFD хяналтын самбар бүхий тээвэрлэгч бүсүүд нь материалын эзлэхүүн өөр өөр байх үед хурдаа өөрчилж чаддаг тул саад бөглөө үүсэхээс сэргийлдэг. Өнгөрсөн жил ил гэгдсэн судалгаагаар үйлдвэрийн тохируулгын хувьд хувьсах хурдны хяналтыг нэвтрүүлсэн үйлдвэрүүд нийт хүрээгүй зогсолтуудын тоогоороо 22% -иар буурч байна гэж заасан байдаг. Энэ нь хэрэглэгчийн эрэлт өсөх эсвэл буурах үед тогтолцоо нь илүү сайн урвал үзүүлж чаддагтай холбоотой юм. Үнэн хэлбэл, хурдан хариу өгөх чадвар нь урт хугацаанд цаг хэмнэхээс идэвхтэй мөнгө хэмнэдэг.

Үндсэн инженерийн хэрэглээ нь дараах байдлаар багтана:

• Бомбоо : Савлалтын хурдыг системийн шаардлагатай тохируулж, хөвөлзөхийг сэргийлэх
• Шувууд : Температурын эсвэл даралтын мэдээллийг үндэслэн агаарын урсгалыг тохируулах
• Сэргийлгээний ажилтанууд : Оролтын өөрчлөлттэй байршлын даралтыг тогтвортой байлгах

Энэ нарийвчлалын түвшин нь механик хүчдэлийг бууруулж, автомжуулалтын системтэй тасралтгүй интеграцлах боломжийг олгох бөгөөд VFD хяналтын самбаруудыг орчин үеийн аж үйлдвэрийн үр ашигтай ажиллагаанд чухал хэрэгслийг хангаж байна.

Интеграцлагдсан хамгаалалт болон цахилгаан системийн тогтвортой байдал

VFD хяналтын самбаруудад моторыг хамгаалах, бодит цагийн диагностика хийх боломжийг бүрдүүлсэн

Сүүлийн үеийн VFD хяналтын самбарууд нь моторын налсны эртний шинж тэмдгийг илрүүлж, цахилгаан изоляцийн чанар муудаж байгааг тогтоох ухаалаг хяналтын системээр тоноглогдсон байдаг. Эдгээр диагностикийн багажууд нь 2%-ийн орчим цахилгаан хүчдэлийн хэлбэлзлийг илрүүлэх чадвартай бөгөөд гүйдлийн тэнцвэр алдагдах 5%-ийг давах үед мэдээж мэдэгдэж, системийг автоматаар засварлах эсвэл ямар нэгэн эвдрэл учрахын өмнө бүрэн зогсоох боломжийг олгодог. Ийм хяналтын систем рүү шилжүүлсэн компаниуд нь мотор солих зардлаа эртний реле системтэй харьцуулахад дунджаар 40%-иар бууруулдаг байна. Зөвхөн эдгээр хэмнэлтүүд нь ихэнх аж үйлдвэрийн үйл ажиллагааны хувьд хөрөнгө оруулалтыг байранд нь байрлуулдаг.

Цахилгаан хөдөлгүүрийн эхний ажиллгалтын үеийн саатлыг бууруулах

VFD удирдлагын самбарууд нь шууд эхлэх төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад ихэвчлэн 600-аас 800 хувьд хүрэх гүйдлийн сарнилтыг хяналттай эхлүүлэх дарааллаар бууруулдаг. Эдгээр самбарууд нь эхлэх гүйдлийг бүрэн ачаалалтай үеийн хэрэгцээний 150 хувьд хязгаарлах замаар мэдрэг төхөөрөмжүүдэд саатал учруулах хүчдэлийн уналыг зогсоодог. SCADA систем дээр тулгуурласан эсвэл олон тооны IoT сенсортой байгууламжуудад энэ тогтвортой байдал маш чухал бөгөөд эдгээр төхөөрөмжүүд ихэвчлэн хүчдэл нь нарийн +/-10 хувийн мужаас гарч тогтворгүй болоход зөв ажиллахгүй байдаг. Процессийн зогсолт боломжгүй байх үйл ажиллагаануудад тогтмол цахилгаан хангамж нь маш чухал байдаг.

Сарнилт, фазын тэнцвэр алдагдах, давхац ачааллыг урьдчилан сэргийлэх

VFD хяналтын самбаруудад ашиглагдаж буй дэвшилтэт IEC 61800-7-201 стандартын дагуу хийгдсэн хамгаалалтын алгоритмууд нь цахилгааны хэвийн бус үзэгдлийг 3 милисекундын дотор хариуцдаг бөгөөд энэ нь уламжлалт хэлхээний таслагчийнхаас 20 дахин хурдан юм. Эдгээр системүүд нэгэн зэрэг дараахь хамгаалалтыг хангах гурван давхаргатай хамгаалалтын архитектурыг ашигладаг:

1. Хүчдлийн урсгал (130В хүртэлх импульсыг шингээх)
2. Фазын гүйдлийн хазайлт (>8%-ийн тэнцвэргүй байдал засах)
3. Дулааны давтамж (95°C автоматаар бууруулах)
   2023 оны цахилгаан механик системийн найдвартай байдал эрдэм шинжилгээнд дүгнэж буйгаар энэ олон хамгаалалтын систем нь цахилгааны моторт гарч болох 92% гэмтлийг урьдчилан сэргийлдэг.

Эхний хөрөнгө оруулалт өндөр байсан ч урт хугацааны хэмнэлт

Бага зэрэг хэсгийн элэгдэл багасдаг учраас үйлчилгээний зардал бага байна

VFD хяналтын самбарууд нь хөдөлгүүрийн механик ачааллыг ойролцоогоор 60% бууруулдаг бөгөөд энэ нь зөөлөн эхлэх боломжийг олгодог, мөн дүүргэх моментийн хязгаарыг тогтоодог. Үйлдвэрлэлийн конвейерийн бүсэнд хэрэглэхэд эдгээр хяналт нь үе шат бүрийн үеийн хөдөлгүүр ба бүсний гэмтлийг эрс бууруулдаг. Энэ нь байгууламжийн тослох болон хэсгүүдийг солих шаардлагыг багасгадог. 2023 оны Industrial Drives Survey-аас гаргасан сүүлийн үеийн мэдээллээр VFD-ээр хяналт шилжсэн үйлдвэрүүд нь жилдээ засвар үйлчилгээний зардлыг хуучин шууд залгах байгууламжтай харьцуулахад 18%-32% хүртэл бууруулсан байна. Одоо ихэнх үйлдвэрийн менежерууд энэ технологийг ажил үйлдвэрлэлийг гүнзгийтэй ажиллуулах, урт хугацаанд зардлыг бууруулахад чухал хэрэгсэл гэж үздэг.

Чухал үйлдвэрлэлийн системүүдэд төлөвлөгөөгүй зогсолтыг бууруулсан

Хувьсах давтамжтай хөдөлгүүрийн удирдлагын самбар нь давтамжийн гэнэтийн эхлэлтэй холбоотой даацын алдааг урьдчилан сэргийлж, компрессор станцуудад чухал үйл явцыг хүртэл зогсоохгүй байлгана. Хувьсах хурдны автоматжуулалтыг ашигладаг үйлдвэрлэлийн газрууд жилд дунджаар 41% бага үйлдвэрлэлийн саатлыг перцэвэл, цаг тутамд $260,000-ийн дундаж зардал хэмнэнэ.

Зардлын парадоксыг шийдвэрлэх: Эхний өндөр зардал vs. Нийт ашиглалтын хугацааны хэмнэлт

2024 оны нийт ашиглалтын зардлын шинжилгээ нь хувьсах давтамжийн удирдлагын самбарын суурилуулалт нийт энергийн хэмнэлт (35–55%) ба засварын зардлыг бууруулах замаар 2–3 жилийн дотор хөрөнгө оруулалтын буцаалтыг хангаж байгааг харуулжээ. Дараагийн жилүүдэд эрчим хүчний кВт тутамд $18–$27 хэмнэлттэй болох бөгөөд эхний 20% өндөр зардлыг их хэмжээний ашигтай хэрэглээнд 6:1 урт хугацаат олз болгон хувиргадаг.

Түгээмэл асуулт

VFD удирдлагын самбар гэж юу вэ?

VFD (хувьсах давтамжийн хөдөлгүүр) удирдлагын самбар нь цахилгаан хөдөлгүүрт өгөгдөх давтамж болон хүчдэлийг өөрчлөх замаар хөдөлгүүрийн хурдыг нарийн удирдах боломжийг олгож, энерги хэмнэлт болон процессын удирдлагыг сайжруулдаг систем юм.

VFD нь энерги хэмнэхэд яаж тусалдаг вэ?

VFD нь процессын бодит шаардлагатай тааруулан хөдөлгүүрийн хурдыг тохируулдагаараа энерги хэмнэнэ. Энэ нь хөдөлгүүрүүдийг байнга дээд хурдтайгаар ажиллуулахгүйгээр энерги алдахгүй болгодог бөгөөд кубын хуулийн зарчим ёсоор энерги хэмнэнэ.

VFD-д эрчимтэй эхлэх боломжийн давуу талууд юу вэ?

VFD-д эрчимтэй эхлэх боломж нь эхлэх үед хөдөлгүүрийн хурдыг аажим нэмэгдүүлэх замаар томоохон цахилгааны сарнилт болон механик элэгдлийг урьдчилан сэргийлдэг. Энэ нь орж ирэх гүйдлийг болон механик даардлыг бууруулж, тоног төхөөрөмжийн нас хугацааг уртасгаж, энерги зарцуулалтыг бууруулдаг.

VFD системийг ашигласнаар урт хугацаанд хэмнэлт гардаг уу?

Тийм ээ, VFD систем нь анхны зардал өндөр боловч ихэвчлэн 18-36 сарын дотор эрчим хүчний хэмнэлт ба засварын зардлыг бууруулах замаар хөрөнгө оруулалтаа буцаадаг. Эдэлгээний хугацааг уртасгах, үйл ажиллагааны зогсолтыг багасгах замаар урт хугацаанд хэмнэлт нь анхны хөрөнгө оруулалтаас хэд дахин их байж болно.