Frekvencijski pretvarač - vrste, princip rada, sheme spajanja

Rotor bilo kojeg elektromotora pokreću sile uzrokovane rotirajućim elektromagnetskim poljem unutar namota statora. Njegovu brzinu obično određuje industrijska frekvencija električne mreže.

Njegova standardna vrijednost od 50 herca podrazumijeva pedeset perioda titranja u jednoj sekundi. U jednoj minuti njihov se broj poveća 60 puta i iznosi 50×60 = 3000 okretaja. Rotor se okrene isti broj puta pod utjecajem primijenjenog elektromagnetskog polja.

Ako promijenite vrijednost mrežne frekvencije koja se primjenjuje na stator, možete prilagoditi brzinu vrtnje rotora i pogona spojenog na njega. Ovaj princip je osnova upravljanja elektromotora.

Vrste frekvencijskih pretvarača

Po dizajnu, pretvarači frekvencije su:

1. indukcijski tip;

2. elektronički.

Proizvedeni asinkroni motori prema shemi s faznim rotorom i pokrenuti u generatorskom načinu rada, predstavnici su prvog tipa. Tijekom rada imaju nisku učinkovitost i karakterizira ih niska učinkovitost.Stoga nisu pronašli široku primjenu u proizvodnji i koriste se izuzetno rijetko.

Elektronička metoda pretvorbe frekvencije omogućuje glatku regulaciju brzine i asinkronih i sinkronih strojeva. U ovom slučaju može se primijeniti jedno od dva načela upravljanja:

1. Prema unaprijed određenoj karakteristici ovisnosti brzine vrtnje o frekvenciji (V / f);

2. vektorska metoda kontrole.

Prva metoda je najjednostavnija i manje savršena, a druga se koristi za precizno upravljanje brzinama vrtnje kritične industrijske opreme.

Značajke vektorskog upravljanja frekvencijskom pretvorbom

Razlika između ove metode je interakcija, utjecaj uređaja za upravljanje pretvaračem na «prostorni vektor» magnetskog toka koji se okreće s frekvencijom polja rotora.

Algoritmi za rad pretvarača na ovom principu kreiraju se na dva načina:

1. kontrola bez senzora;

2. regulacija protoka.

Prva metoda temelji se na određivanju određene ovisnosti o izmjeni nizova modulacija širine impulsa (PWM) pretvarač za unaprijed postavljene algoritme. U ovom slučaju, amplituda i frekvencija izlaznog napona pretvarača kontroliraju se strujom klizanja i opterećenjem, ali bez korištenja povratne veze brzine rotora.

Ova metoda se koristi kada se upravlja s nekoliko elektromotora spojenih paralelno s pretvaračem frekvencije.Kontrola toka uključuje praćenje radnih struja unutar motora s njihovom razgradnjom na aktivne i reaktivne komponente i prilagođavanje rada pretvarača radi postavljanja amplitude, frekvencije i kuta za vektore izlaznog napona.

Time se poboljšava točnost motora i povećavaju granice njegove prilagodbe. Korištenje kontrole protoka proširuje mogućnosti pogona koji rade pri malim brzinama s velikim dinamičkim opterećenjima, kao što su dizalice za dizalice ili industrijski strojevi za namatanje.

Korištenje vektorske tehnologije omogućuje implementaciju dinamičke kontrole momenta trofazni asinkroni motori. 

Ekvivalentni sklop

Osnovni pojednostavljeni električni krug asinkronog motora može se prikazati na sljedeći način.

Na namote statora, koji imaju aktivni otpor R1 i induktivni otpor X1, dovodi se napon u1. On se, svladavajući otpor zračnog raspora Xv, pretvara u namot rotora, izazivajući u njemu struju koja svladava njegov otpor.

Ekvivalentni sklop vektorskog sklopa

Njegova konstrukcija pomaže u razumijevanju procesa koji se odvijaju u asinkronom motoru.

Energija struje statora podijeljena je na dva dijela:

• iµ — pregrada koja stvara protok;

• iw — komponenta koja stvara moment.

U ovom slučaju, rotor ima aktivni otpor ovisan o klizanju R2 / s.

Za upravljanje bez senzora mjeri se sljedeće:

• napon u1;

• struja i1.

Prema njihovim vrijednostima izračunavaju:

• iµ — komponenta toka koja tvori tok;

• iw — moment koji stvara vrijednost.

Algoritam proračuna sada uključuje elektronički ekvivalentni krug asinkronog motora s strujnim regulatorima, koji uzima u obzir uvjete zasićenja elektromagnetskog polja i gubitke magnetske energije u čeliku.

Obje komponente vektora struje, različite po kutu i amplitudi, rotiraju zajedno s koordinatnim sustavom rotora i postaju stacionarni orijentacijski sustav statora.

Prema ovom principu, parametri frekvencijskog pretvarača se podešavaju prema opterećenju asinkronog motora.

Princip rada frekventnog pretvarača

Ovaj uređaj, koji se također naziva inverter, temelji se na dvostrukoj promjeni valnog oblika mrežnog napajanja.

U početku se industrijski napon dovodi do ispravljača sa snažnim diodama koje uklanjaju sinusne harmonike, ali ostavljaju valovitost signala. Za njihovo uklanjanje predviđena je kondenzatorska baterija s induktivitetom (LC-filter), koja daje stabilan, izglađen oblik ispravljenom naponu.

Signal zatim ide na ulaz frekvencijskog pretvarača, koji je trofazni premosni krug od šest tranzistori snage Serije IGBT ili MOSFET sa zaštitnim diodama napona obrnutog polariteta. Prethodno korišteni tiristori za ove svrhe nemaju dovoljnu brzinu i rade s velikim poremećajima.

Da biste uključili "kočni" način rada motora, u krug se može ugraditi kontrolirani tranzistor sa snažnim otpornikom koji raspršuje energiju. Ova tehnika omogućuje uklanjanje napona koji stvara motor kako bi se kondenzatori filtera zaštitili od prekomjernog punjenja i oštećenja.

Metoda vektorske kontrole frekvencije pretvarača omogućuje vam stvaranje sklopova koji obavljaju automatsku kontrolu signala iz ACS sustava. Za to se koristi sustav upravljanja:

1. amplituda;

2. PWM (simulacija širine impulsa).

Metoda upravljanja amplitudom temelji se na promjeni ulaznog napona, a PWM na algoritmu za prebacivanje tranzistora snage pri konstantnom ulaznom naponu.

S PWM regulacijom stvara se razdoblje modulacije signala kada je namot statora spojen u strogom redoslijedu na pozitivne i negativne priključke ispravljača.

Budući da je taktna frekvencija generatora prilično visoka, tada se u namotu elektromotora, koji ima induktivni otpor, izglađuju na normalni sinusni val.

Metode PWM kontrole maksimiziraju eliminaciju gubitaka energije i pružaju visoku učinkovitost pretvorbe zbog istodobne kontrole frekvencije i amplitude. Postali su dostupni zahvaljujući razvoju tehnologija kontrole tiristora s zaključanim napajanjem serije GTO ili bipolarnih marki IGBT tranzistora s izoliranim vratima.

Načela njihovog uključivanja za upravljanje trofaznim motorom prikazana su na fotografiji.

Svaki od šest IGBT spojen je u antiparalelnom krugu na vlastitu diodu za povratnu struju. U ovom slučaju, aktivna struja asinkronog motora prolazi kroz strujni krug svakog tranzistora, a njegova reaktivna komponenta je usmjerena kroz diode.

Kako bi se eliminirao utjecaj vanjske električne buke na rad pretvarača i motora, strujni krug pretvarača frekvencije može uključivati filter za smanjenje bukelikvidacija:

• radio smetnje;

• električna pražnjenja uzrokovana radnom opremom.

Njih signalizira kontroler, a oklopljeno ožičenje se koristi između motora i izlaznih priključaka pretvarača kako bi se smanjio udar.

Kako bi se poboljšala točnost rada asinkronih motora, upravljački krug pretvarača frekvencije uključuje:

• komunikacijski ulaz s naprednim mogućnostima sučelja;

• ugrađeni kontroler;

• memorijska kartica;

• softver;

• informativni LED zaslon koji prikazuje glavne izlazne parametre;

• kočioni čoper i ugrađeni EMC filter;

• sustav hlađenja kruga koji se temelji na puhanju s ventilatorima povećanog resursa;

• funkcija grijanja motora istosmjernom strujom i neke druge mogućnosti.

Radni dijagrami ožičenja

Frekvencijski pretvarači dizajnirani su za rad s jednofaznim ili trofaznim mrežama. Međutim, ako postoje industrijski izvori istosmjerne struje s naponom od 220 volti, pretvarači se mogu napajati iz njih.

Trofazni modeli dizajnirani su za mrežni napon od 380 volti i napajaju ga električnim motorom. Jednofazni pretvarači napajaju se s 220 volti i proizvode tri faze raspoređene u vremenu.

Shema spajanja frekvencijskog pretvarača na motor može se izvesti prema shemama:

• zvijezde;

• trokut.

Namoti motora sastavljeni su u "zvijezdu" za pretvarač, napajan trofaznom mrežom od 380 volti.

Prema "delta" shemi, namoti motora se sastavljaju kada je pretvarač struje spojen na jednofaznu mrežu od 220 volti.

Prilikom odabira načina povezivanja elektromotora s pretvaračem frekvencije morate obratiti pozornost na omjer snage koji motor koji radi može stvoriti u svim načinima rada, uključujući sporo, opterećeno pokretanje, s mogućnostima pretvarača.

Nemoguće je stalno preopteretiti pretvarač frekvencije, a mala rezerva njegove izlazne snage osigurat će njegov dugotrajan i nesmetan rad.