Varvtalsreglering behöver bedömas från två håll

Energisidan har sina egna villkor

Att varvtalsreglering kan sänka energianvändningen vid varierande behov är utgångspunkten för ingreppet. I fläktsystem anger underlaget varvtalsstyrning som ett alternativ till spjäll eller ledskenor. I pumpsystem beskriver underlaget motsvarande grundval: att anpassa varvtalet till ett varierande behov i stället för att strypa eller leda förbi flödet.

Men villkoren är skarpare än den principen ensam antyder. I system där friktionsförlusten dominerar följer driftpunkten en linje av i stort konstant verkningsgrad när varvtalet sänks, och pumpen arbetar kvar i sitt gynnsamma område. I system med en betydande statisk uppfordringshöjd ser det annorlunda ut. Systemkurvan utgår då inte från noll, flödet minskar inte längre proportionellt mot varvtalet, och en måttlig varvtalssänkning kan minska både flödet och pumpens verkningsgrad kraftigt.

Källan bakom det resonemanget säger också något mer direkt: varvtalsjustering är inte lämplig för alla pumpsystem, och källan pekar ut användningen av de enkla proportionalitetssambanden i system med statisk uppfordringshöjd som ett misstag. Är flödesbehovet i praktiken konstant kan ett ändrat pumphjul eller ett pumpbyte ge en bättre livstidsekonomi.

Energisidan är alltså inte en garanti som följer av ingreppet. Den är ett utfall som beror på hur systemet är byggt och hur behovet varierar.

Omriktaren förändrar både nätsidan och motorsidan

Den andra sidan börjar i omriktaren. På nätsidan omvandlas nätets växelspänning till likspänning. Hur den omvandlingen sker påverkar strömmen mot nätet. På motorsidan skapar den typ av pulsbreddsmodulerad omriktare som underlagen behandlar en pulsad spänning med branta flanker i stället för nätets sinusformade spänning.

Fyra elektriska frågor blir då relevanta. De uppträder inte på samma sätt i varje installation, och var och en har sina egna villkor.

Övertoner: omriktaren, belastningen och nätet samverkar

På nätsidan kan omriktarens strömuttag ge övertonsströmmar mot nätet.

Strömövertonernas storlek beror först på omriktarens uppbyggnad. Likriktarens pulstal spelar in, en tillräckligt stor drossel på nätsidan eller i mellanledet kan minska övertonerna väsentligt, och en aktiv nätdel ger en nätström som ligger nära sinusform.

Spänningsförvrängningen beror därefter på nätet. Samma övertonsström ger olika mycket spänningsförvrängning beroende på nätets impedans i anslutningspunkten, och en lägre transformatorimpedans ger lägre spänningsövertoner. Belastningen spelar också in, eftersom en högre motorbelastning ger högre strömövertoner.

En sak i det underlaget är värd att notera: verkningarna av övertoner visar sig sannolikt i den egna anläggningen innan de visar sig hos nätföretaget. Frågan är alltså inte enbart en anslutningsfråga.

Spänningsreflektion: flank, kabel och impedans samverkar

Den branta spänningsflanken färdas som en våg genom motorkabeln. Vid motorns anslutning möter den en annan impedans än kabelns, och en del av vågen reflekteras tillbaka.

Om tiden för pulsen att nå motorn överstiger halva pulsens stigtid hinner den reflekterade vågen lägga sig till den inkommande, och spänningen vid motorns anslutning blir högre än den som lämnade omriktaren. Det ger en kritisk kabellängd som följer av stigtiden och av utbredningshastigheten i kabeln. Ju kortare stigtid, desto kortare blir den kritiska kabellängden.

Motorns egenskaper ingår i samma villkor. Kabelns karakteristiska impedans är i regel lägre än motorns, och stötimpedansen är i stort omvänt proportionell mot motorns effekt. En mindre motor ger därför en större impedansskillnad och en kraftigare reflektion.

Isolationen: pulsen behöver ställas mot motorns tålighet

En spänningsreflektion innebär inte i sig att isolation skadas. Frågan är vilken puls som når motoranslutningen och vad isolationssystemet är konstruerat att tåla. Underlaget skiljer motorer avsedda för omriktardrift från allmänmotorer, vars tålighet mot snabba pulser varierar.

En utgångsreaktor eller ett avstämt filter förlänger stigtiden och flyttar därmed den kritiska längden, medan en anpassad terminering vid motorn minskar reflektionen. Underlaget anger också att installationer fungerar tillförlitligt utan sådana tillägg när motorn tål de pulser som uppstår. Villkoret är alltså inte att ett tillägg krävs i varje installation, utan att pulsen vid motoranslutningen behöver ställas mot vad motorn är konstruerad att tåla.

Lagerströmmar: motorstorlek, jordning och returväg påverkar mekanismen

Den pulsbreddsmodulerade matning som underlaget behandlar ger också en spänning mellan motorns nollpunkt och jord. Den varierar med kopplingsfrekvensen och står i proportion till mellanledets spänning, och både spänningens ändringshastighet och mellanledets nivå påverkar hur stora strömmarna blir.

Härifrån delar sig villkoren. Kablaget och jordningen påverkar vilken väg strömmen tar tillbaka: symmetriska flerledarkablar med symmetriskt anordnad skyddsjord, genomgående skärm och anslutning runt om anges för att hålla strömmen i den avsedda vägen, medan hög impedans i den vägen leder till att strömmen söker sig någon annanstans, exempelvis genom ett lager.

Motorns storlek och hur stativ och axel är jordade påverkar vilken mekanism som blir framträdande. Guiden beskriver cirkulerande ström i större motorer, ström via axeln och jordad driven utrustning när returvägen går den vägen, samt kapacitiva urladdningar genom lagret i mindre motorer. En isolerad lagerkonstruktion kan bryta en lagerströmsväg, medan rätt åtgärd i övrigt beror på vilken mekanism som är aktuell.

Nätets förutsättningar ingår inte bland de villkor som den här guiden behandlar. Här ligger villkoren i omriktaren, kablaget, jordningen och motorn.

Varför de två sidorna hör till samma beslut

Det finns en gemensam nämnare i allt ovanstående, och den är enkel att formulera.

Omriktarens nätsida påverkar strömövertonerna, medan motorsidans utgångspulser påverkar spänningsreflektionen och de högfrekventa strömmarna. Kabelns längd påverkar reflektionen vid motorn, medan kabelns utförande påverkar både reflektionen och strömmarnas returväg. Motorns storlek och elektriska egenskaper påverkar reflektionen, medan storleken och jordningen påverkar vilken lagerströmsmekanism som blir framträdande. Pumpsystemets karaktär påverkar hur mycket energi som går att spara.

Om energisidan bedöms utan de elektriska villkoren kan ett ingrepp väljas utan att hela installationen är utredd. Om de elektriska villkoren bedöms utan energisidan saknas underlaget för att avgöra om ingreppet är motiverat. De hör därför ihop: energibesparingen och de elektriska följderna uppstår i samma system, men beror på olika delar av det.

Vad som behöver vara känt innan beslutet fattas

Fem saker återkommer i villkoren ovan, och de går att ta reda på i förväg.

Om utfallet sedan blev det förväntade är en egen fråga, med egna krav på hur jämförelsen läggs upp. Den frågan behandlas i serien Det som händer mellan mätvärdena.