Verbessern Frequenzumrichter den Wirkungsgrad?

Im Allgemeinen werden Energieverbrauch und Effizienz synonym mit Pumpen bezeichnet, insbesondere wenn ein Frequenzumrichter (VFD) hinzugefügt wird, um die Drehzahl von Motor und Pumpe zu variieren. Tatsächlich ändert sich der Pumpenwirkungsgrad (η) nicht, wenn ein VFD hinzugefügt wird, während alles andere konstant bleibt, sondern verringert sich tatsächlich der Gesamtwirkungsgrad (ηOA).

Der in Bild 1 und Gleichung 1 dargestellte Pumpenwirkungsgrad ist das Verhältnis von Pumpenausgangsleistung (Pw – Funktion von Durchflussrate und Förderhöhe) und Pumpeneingangsleistung (P), die vom VFD nicht beeinflusst werden, es sei denn, die Drehzahl wird erhöht oder verringert.

Wenn wir nun den Gesamtwirkungsgrad betrachten, der in Bild 1 das Verhältnis der Pumpenausgangsleistung (Pw – kleiner roter Pfeil) und der Steuereingangsleistung (VFD) (PDrive – großer roter Pfeil) ist, können wir sehen, dass der Gesamtwirkungsgrad dadurch sinkt zu Verlusten im VFD, was dazu führt, dass dem VFD mehr Leistung zugeführt wird als dem Motor. Außerdem wird es aufgrund der VFD-Leistung zu einem schrittweisen Anstieg der Motorverluste kommen, die im Allgemeinen geringfügig sind und nicht dargestellt werden.

Der Wirkungsgrad von VFDs ist hoch, daher sind die Verluste oft gering (~3 %), was durch die Effizienz der Systemsteuerung bei weitem ausgeglichen werden kann. Die vorangegangene Diskussion über die verringerte Gesamteffizienz beim Hinzufügen eines VFD bedeutet jedoch nicht, dass der Stromverbrauch steigt, da der Zweck eines VFD darin besteht, die Geschwindigkeit der Pumpe zu steuern und den Betriebspunkt (Förderhöhe und Durchflussrate) zu ändern, wodurch sich die Leistung ändert Pumpenausgangsleistung und Eingangsleistungen.

Die Betrachtung von Bild 2 zeigt, wie sich die Pumpenleistung (Förderhöhe und Leistung im Verhältnis zum Durchfluss) mit der Geschwindigkeit ändert und warum der Einsatz von VFDs zur Reduzierung der Geschwindigkeit häufig den Stromverbrauch senkt, selbst wenn die Pumpeneffizienz und die Gesamteffizienz sinken.

Bild 2 zeigt ein Pumpensystem mit variabler Geschwindigkeit, das für eine maximale Durchflussrate von 19,1 Millionen Litern pro Tag (ML/Tag) und 95 Meter (m) Förderhöhe bei 100 % Geschwindigkeit und eine minimale Durchflussrate von 10,4 ML/Tag und 66 ausgelegt ist m Förderhöhe bei 80 % Geschwindigkeit. Tatsächlich sinkt der Pumpenwirkungsgrad vom besten Effizienzpunkt (BEP) von 84,5 % bei der maximalen Auslegungsdurchflussrate auf 80 % bei der minimalen Auslegungsdurchflussrate.

Allerdings sinkt die Pumpeneingangsleistung in Kilowatt (kW) von etwa 245 kW auf 100 kW. Wenn sich der Anlageneigentümer dagegen dazu entschließen würde, ein Steuerventil (anstelle eines VFD zur Geschwindigkeitsreduzierung) zu verwenden, um die Durchflussrate zu reduzieren, würde das System im Vergleich zum 100 %-Geschwindigkeitshöhenpunkt von 108 m (Leistung = 175 kW) arbeiten bis 66 m (Leistung = 100 kW) bei 80 % Geschwindigkeit. Dieses Beispiel zeigt, dass es beim Stromverbrauch um mehr geht als um die Pumpeneffizienz.

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