vFD ауа құбырларында қалай жұмыс істейді?

Негізгі жұмыс істеу принципі: VFD-лердің жиілікпен басқарылатын қозғалтқыш басқаруы арқылы АҚБ-да жұмыс істеуі

Жылдамдықты басқарудың физикасы: Синхронды жылдамдықтың ток жиілігіне тәуелділігі (Nₛ = 120f/P)

Айнымалы жиілікті жетектер, немесе қысқаша айтқанда, АЖЖ — бұл ауа қондырғысының (АҚ) электр қозғалтқышының айналу жылдамдығын оған берілетін электр энергиясын реттеу арқылы өзгертуге негізделген. Осы принциптің негізі — синхронды айналу жылдамдығы формуласы деп аталатын нәрсе. Егер біз осы формулаға Ns = 120 × f / P қараған болсақ, мұнда қозғалтқыштың айналу жылдамдығы электрлік жиілік пен магниттік полюстермен қалай байланысқанын көреміз. Мысалы, 4 полюсті қозғалтқыш 60 Гц желілік токта жұмыс істегенде, ол минутына шамамен 1800 айналым жасайды. Ал егер жиілікті 30 Гц-ке дейін төмендетсеңіз, онда қозғалтқыш айналу жылдамдығы шамамен 900 айналым/минутқа дейін төмендейді. АЖЖ-тердің қазіргі заманғы қолданыстағы механикалық әдістерге — мысалы, шаблондарды пайдалануға — қарағандағы артықшылығы неде? Бұл механикалық жүйелер энергияны жылу ретінде шығындарға ұшыратады және керек емес қысым жоғалтуын туғызады. Ал АЖЖ-терде жылдамдықты төмендету электрондық түрде жүзеге асады, бұл айналдырушы моменттің тұрақты деңгейін сақтайды және жалпы жүйе өнімділігін дәстүрлі әдістерге қарағанда әлдеқайда жақсартады.

PWM инверсиялық процесі: Тұрақты жиілікті айнымалы токты айнымалы жиілікті/айнымалы кернеу шығысына түрлендіру

ЖИС-тар (жылдамдықты реттейтін құрылғылар) үш интеграцияланған кезең арқылы желілік деңгейдегі айнымалы токты дәл реттелетін электр қозғалтқышының шығысына түрлендіреді:

1. Түзету : Диодтар немесе IGBT-тар арқылы тұрақты жиілікті айнымалы ток (50/60 Гц) тұрақты токқа түрлендіріледі
2. Тұрақты ток шинасының стабилизациясы : Конденсаторлар кернеу тербелістерін салыстырады
3. PWM инверсиясы : IGBT-тар тұрақты токты жылдам қосып-өшіру арқылы айнымалы жиілікті, айнымалы кернеулі айнымалы токты (әдетте 0–120 Гц) синтездейді

PWM технологиясы жүйелерге жиілікті және кернеуді бір уақытта реттеуге мүмкіндік береді, бұл өте маңызды, өйткені кернеуді жоғары ұстап тұрып, жиілікті төмендету магниттік қанығу мен жабдықтың қызуы сияқты проблемаларға әкелуі мүмкін. Мысалы, 30 Гц жиілігінде жүйе құрылғыларға зиян келтірмей, қалыпты жұмыс істеу үшін шығыс кернеуін қалыпты мәннің шамамен жартысына дейін төмендетуі керек. Бұл тепе-теңдікті дәл сақтау ауа өңдеу қондырғыларының (АӨҚ) ағындың нақты қажеттілігіне қарай желдеткіштің айналу жиілігін дәл реттеуіне мүмкіндік береді, олар әрдайым тиімсіз жұмыс істемейді.

АӨҚ-ға арналған айнымалы жиілікті инверторлардың қолданылуы: желдеткіштің жиілігін реттеуден бастап, біріктірілген жүйені басқаруға дейін

АӨҚ-да желдеткіштің айналу жиілігін тікелей реттеу — желдеткіштің ағынын дәл реттеу үшін клапандар мен айналымдық қосылыстардың орнына қолданылуы

Айнымалы жиілікті жетектер (АЖЖ) ауа ағысын реттеу үшін шабыртқы немесе айналмалы жүйелерде байқалатын осындай тиімсіздіктерді жояды, себебі олар іс жүзінде желдеткіштің электр қозғалтқыштарының айналу жиілігін өзгертеді. Адамдар ауа ағысын шектейтін әдістерді қолданған кезде, олар жүйеге қосымша кедергі туғызады – бұл автомобильде бір уақытта газ бен тежегішті басуға ұқсас. Бұл әртүрлі қосымша статикалық қысымдарды туғызады және энергияны жалпы алғанда пайдаланбайды. Ал АЖЖ-мен басқарылатын желдеткіштерде желдеткіштің ұқсастығы туралы кубтық заң әрекет етеді. Егер операторлар желдеткіштің айналу жиілігін шамамен 20%–ға төмендетсе, энергия тұтынуы бастапқы деңгейдің шамамен жартысына дейін түседі, яғни энергия үнемдеу шамамен 50% құрайды. ASHRAE техникалық комитеті 7.6 жүргізген зерттеулерге сәйкес, ауа өңдеу қондырғыларында АЖЖ орнатылған ғимараттар қолданыстағы шабыртқылармен басқарылатын жүйелерге қарағанда 30–60% аз энергия тұтынады. Осы үнемдеудің көпшілігі ауаның жабық шабыртқыларға қарсы күресуі кезінде пайда болатын қысым жоғалтуларын жоюдан туындайды.

Синхрондалған ЖИЖ–АЖА интеграциясы: Статикалық қысымды қалпына келтіру, каскадты басқару және сұранысқа негізделген орнатылған мәндерді оптимизациялау

Айнымалы жиілікті инверторларды (АЖИ) айнымалы ауа көлемі (ААК) жүйелерімен біріктіру энергияны пайдаланудың тиімділігін бірнеше деңгейде арттырады. Тұрақты қысымды қайта орнату — ААК қораптарының сұранысы төмендеген кезде ауа құбырындағы қысымды төмендету арқылы жүзеге асады. Бұл АЖИ-дің желдеткіштерді әлсіретуіне мүмкіндік береді, бірақ әрбір аймақта қажетті ауа ағысын сақтайды. Каскадты басқару барлық ААК шабыртқыларының орнын негізгі желдеткіш басқаруына байланыстырады, осылайша жүйе өзінің қозғалысын үнемі қайталап, жоғары-төмен қозғалып отырған сияқты циклдануын болдырмаған. Мысалы, көптеген уақытта ААК шабыртқыларының кемінде 70%-ы 80%-дан төмен ашылу деңгейінде тұрса, онда АЖИ желдеткіштің айналу жылдамдығын біртіндеп төмендетеді, докер қысымы қажетті деңгейге дейін тұрақтанғанша. Қазіргі заманғы ғимараттарды автоматтандыру бұл идеяны одан әрі дамытып, нақты тұрғындар санының өзгерісін, көміртегі диоксидінің концентрациясын және тіпті ауа райы болжамдарын қарастырады, сондықтан жүктеменің өзгеруін алдын ала болжап, параметрлерді уақытылы реттейді. АҚШ Энергетикалық Департаментінің зерттеулеріне сәйкес, қазіргі заманғы ЖІС басқару жүйелерінде қолданылатын осындай ықпалдастырылған тәсілдер АЖИ-ді жеке қолданғанға қарағанда энергияны 25%–40% артық үнемдейді, сонымен қатар тұрғындар үшін ыңғайлы температура мен жақсы ішкі ауа сапасын қамтамасыз етеді.

АВЖ-дағы ЖИЖ-дың энергиялық әсері: Ұтымдылықтың сандық бағалануы және кең таралған қателерден айналып өту

Кубтық заңның артықшылығы: 20% жылдамдықты төмендету желдеткіштің қуатын шамамен 50% қысқартады, ал желдеткіштің ағысын реттеу арқылы — жоғары

Желдеткіштердің ұқсастық заңдары арқылы ЖИЖ-дар ауа өңдеу қондырғыларында (АВЖ) өте көп энергия үнемдейді. Негізгі мәселе — қуаттың жылдамдықтың кубына қалай байланысты екендігі. Желдеткіштің жылдамдығын 20%-ға төмендетсеңіз, қуат 0,8³ ≈ 0,51 болғандықтан, бастапқы мәннің шамамен жартысына дейін төмендейді. Басқаша айтқанда, жылдамдықты біршама төмендету арқылы энергия тұтынуын шамамен екі есе азайтуға болады. Ал адамдар ағыс көлемін шаблондарды жабу арқылы реттеуге тырысқан кезде жағдай тағы да нашарлайды. Ағыс 80%-дан төмендеген кезде жүйе кедергінің өсуі мен статикалық қысымның көтерілуіне қарсы қосымша жұмыс істеуге мәжбүр болады. Көптеген орнатуларда осы жағдайларда желдеткіштің қуаты 15%-дан 25%-ға дейін артады. Сондықтан ғимараттардың инженерлері электр энергиясының шығынын азайту үшін ЖИЖ-ды алдыңғы орынға қояды. Олар соңғы ASHRAE стандарттарында да негізгі (Tier 1) шаралар ретінде көрсетілген.

Шынайы әлемдегі тиімсіздік: орнатылған АЖЖ ЖЖИ-лердің 30–50%-ы жаман іске қосу немесе жүктеме профилін құрмау салдарынан тиімсіз жұмыс істейді (<25 Гц)

Олардың дәлелденген потенциалына қарамастан, ЖЖИ-лер көбінесе практикада төмен өнімділік көрсетеді. 2023 жылғы Ponemon Institute есебінде аталғандай, өрісте жүргізілген бағалаулар Коммерциялық ғимараттардағы ЖЖЖ тиімділігіндегі айырымдар — АЖЖ ЖЖИ-лерінің 30–50%-ы тұрақты түрде 25 Гц-тен төмен жиілікте жұмыс істейді, мұнда электрқозғалтқыш пен жетектің тиімділігі қатты төмендейді (пиктік мәннен 12–18% төмен). Екі негізгі себеп басымдыққа ие:

1. Жеткіліксіз іске қосу : Жабдықтау орнатылымдарының шамамен 40%-ы қысымды қайта орнату логикасы үшін дұрыс PID реттеуін қамтамасыз етпейді, нәтижесінде жауап беру баяу болады және төмен жиілікте ұзақ уақыт жұмыс істеу пайда болады
2. Жүктеме профилінің болмауы : Аз ғана кәсіпорындар жыл мезгілдеріне байланысты сұраныс талдауын жүргізеді, ол ЖЖИ-лердің бағдарламасын көптеген жұмыс сағаттарында кездесетін жеке жүктеме жағдайларын ескермейтіндей өте үлкен етіп орнатуға әкеледі

Қаржылық әсері өте зор: типтік 50 а.ғ. ауа қондырғысы (АҚ) желдеткішінің оптималды 35–45 Гц ауқымы орнына 22 Гц жиілікте жұмыс істеуі он жыл ішінде болмаған энергия шығындарына байланысты шамамен 740 000 долларға тұрады — бұл пуск-баптаудың қаталдығы мен үнемі жүретін өнімділік тексерілуінің маңыздылығын көрсетеді.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Айнымалы жиілікті реттегіш (АЖР) дегеніміз не және ол қалай жұмыс істейді?

Айнымалы жиілікті реттегіш (АЖР) — электр қозғалтқышының айналу жиілігін қоректендіру кернеуі мен жиілігін өзгерту арқылы оның айналу жылдамдығын реттейтін құрылғы. Ол қозғалтқышқа берілетін электр энергиясын реттеу арқылы қозғалтқыштың айналу жылдамдығын дәл бақылауға мүмкіндік береді.

Неге АЖР-лер ауа қондырғыларындағы дәстүрлі шабақтардан гөрі тиімдірек?

АЖР-лер желдеткіш қозғалтқыштарының айналу жылдамдығын тікелей реттеп, артық статикалық қысым мен энергия шығынын азайтады, ал шабақтар кедергі туғызады. Бұл энергияны тиімді пайдалануға әкеледі.

АЖР-лер ауа қондырғыларында энергия үнемдеуге қалай үлес қосады?

Сыртқы желдеткіштің айналу жиілігін төмендету арқылы ЖИҚ-тар қуаттың айналу жиілігіне кубтық тәуелділігі салдарынан қуаттың пайдаланылуын қатты төмендетеді. Бұл дәстүрлі әдістерге қарағанда қуатты үлкен мөлшерде үнемдеуге мүмкіндік береді.

ЖИҚ-тардың жеткілікті жұмыс істеуіне қандай кеңінен таралған қателер себепші болады?

Дұрыс іске қосу жеткіліксіздігі — мысалы, дұрыс ПИД реттеуінің жоғылығы мен жүктеме профилінің жоқтығы — жиі жеткіліксіз жұмыс істеуге алып келеді. Бұл ЖИҚ-тардың оптималды тиімділіктен төмен жұмыс істеуіне, энергияның шығындалуына және шығындардың артуына әкеледі.