Přidání měniče s proměnným kmitočtem značně zvyšuje možnosti pro zlepšení energetické účinnosti u mnoha systémů výkonových pohonů.
Přídavné náklady na měniče (typicky větší než na motory s vyšší účinností) a některé přídavné ztráty (které závisí na velikosti a konstrukci; typicky 2 % ... 5 % při normativním jmenovitém točivém momentu a otáčkách a 10 %...30 % při 25 % točivém momentu a otáčkách) vyžadují pečlivou analýzu aplikace.
První skupinou aplikací jsou čerpadla, ventilátory a podobná zařízení s měnícími se zatíženími, u nichž se točivý moment zvyšuje téměř s kvadrátem otáček motoru. Elektrický příkon motoru se bude zvyšovat s třetí mocninou otáček tehdy, když bude průtokový objem v uzavřených kanálech a potrubích regulován pouze klapkami a škrticími ventily. Pohon s proměnnými otáčkami (VSD) může hladce a plynule přizpůsobit elektrický příkon požadovanému průtokovému objemu a ztráty jsou podle toho sníženy. U tradičního řízení zatížení u víceotáčkových motorů nebo paralelně provozované soustavy více motorů se musí zvažovat, jestli mohou pracovat s nižšími náklady a menšími ztrátami. Ekonomický přínos VSD je vysoký, protože je možné větší zvýšení energetické účinnosti.
Druhou skupinou aplikací jsou pásové dopravníky, eskalátory, zdviže a podobná zařízení, u nichž je točivý moment víceméně nezávislý na otáčkách. Pohon s proměnnými otáčkami (VSD) může plynule měnit otáčky téměř z klidového stavu do plných otáček bez skoků a může tak minimalizovat potřebnou energii. Ve srovnání s první skupinou aplikací je přínos z hlediska nákladů a účinnosti menší, protože změna příkonu v závislosti na otáčkách je lineární.
Třetí skupina aplikací zahrnuje ty aplikace, které mají minimální změny zatížení a otáček, ale mohou mít prospěch z VSD v jiných ohledech, jako je měkký rozběh a zastavení, nebo požadavek na vysoký rozběhový moment. Hlavní výhodou není zvýšení energetické účinnosti, ale menší opotřebení dotyčných strojů. Pro měkký rozběh jsou k dispozici i jiná technická řešení, která vyžadují nižší náklady. Ve srovnání s měkkým rozběhem u pohonů s proměnnými otáčkami však tyto metody energii neuspoří.
U některých aplikací jsou motory předimenzovány a trvale pracují při dílčím zatížení (například 50 % nebo nižším). I když měnič s proměnným kmitočtem může zlepšit energetickou účinnost snížením vstupního napětí motoru, lepší dimenzování motoru pro nutné zatížení by bylo ekonomicky efektivnější a uspořilo by i více energie.
Pokud se nepoužijí přídavné sinusové filtry, budou motory provozované v pohonech s proměnnými otáčkami vystaveny špičkovým napěťovým impulzům, které jsou významně vyšší v porovnání s provozem ze sítě. Většina nových průmyslových elektrických motorů pro napájecí napětí až do 500 V má v dnešní době izolační systém, který si bez problémů s těmito napětími poradí. U vyšších napájecích napětí se má tento způsob napájení motorů posoudit podle normy ČSN CLC/TS 60034-25.
Když se modernizují stávající aplikace se staršími motory pomocí měničů s proměnným kmitočtem, má být kontaktován výrobce. Je také důležité stanovit maximální bezpečné provozní otáčky motoru pro případ, že síťový kmitočet (50 Hz nebo 60 Hz) musí být u VSD významně překročen. Takové informace jsou běžně dostupné v katalozích nebo výrobních dokumentacích (manuálech).
Pohon s proměnnými otáčkami se musí vybrat a nakonfigurovat na základě přesné znalosti typických provozních podmínek:
- točivé momenty a otáčky požadované hnaným strojem;
- snížení výkonu motoru v důsledku metody chlazení vzduchem (s vlastní nebo nucenou ventilací)
Důležité je, aby vlastnosti pohonu s proměnnými otáčkami co nejlépe odpovídaly požadovanému zatěžovacímu profilu a elektrickým vlastnostem motoru za účelem dosažení maxima výhod.
Účinnost měniče s proměnným kmitočtem
Měniče kmitočtu obvykle mají vysokou úroveň energetické účinnosti. Jako v případě motorů, jejich účinnost klesá při dílčím zatížení.
Tab. 1 udává složky ztrát měniče kmitočtu pro nejběžnější druhy průmyslových měničů (nízkonapěťové nepřímé napěťové měniče kmitočtu s neřízenými trojfázovými diodovými usměrňovači jako měničem na straně sítě) v rozsahu výkonu od 1 kW do 100 kW.
Pokles účinnosti měniče může vést ke snížení výstupního napětí pro motor. To může zabránit motoru v dosažení maximálních otáček a/nebo vyžadovat provoz v oblasti odbuzení, což sníží účinnost
motoru.
Účiník měniče kmitočtu
Účiník měničů se stejnosměrnými meziobvody je závislý pouze na konstrukci vstupního usměrňovače měniče. Konstrukcí motoru nebo zatěžováním motoru se účiník měniče neovlivní.
V důsledku obsahu harmonických vstupních proudů měničů kmitočtu musí být analyzován celkový účiník λ: Účiník λ = |Činný výkon P| / Zdánlivý výkon S
Účiník může být upraven téměř na hodnotu rovnou jedné pomocí měniče s aktivním usměrňovačem na straně sítě (aktivní vstupní část).
Protože měniče kmitočtu zlepšují účiník pouze na straně sítě, je energeticky nejúčinnější instalovat měnič tak blízko motoru, jak je to vhodné (decentralizovaná instalace).
