Frekvencijski pretvarač za elektromotor

Tehnički aspekti korištenja frekvencijskih pretvarača

Danas je asinkroni motor postao glavni uređaj u većini električnih pogona. Za upravljanje se sve više koristi frekvencijski pretvarač - pretvarač s PWM regulacijom. Ovakva kontrola daje brojne prednosti, ali stvara i probleme pri izboru pojedinih tehničkih rješenja. Pokušajmo ih detaljnije razumjeti.

Uređaj pretvarača frekvencije

Razvoj i proizvodnja širokog spektra snažnih visokonaponskih tranzistorskih IGBT modula omogućili su implementaciju višefaznih sklopki napajanja upravljanih izravno digitalnim signalima. Programabilni računalni uređaji omogućili su generiranje numeričkih nizova na ulazima prekidača koji su davali signale regulacija frekvencije asinkronih elektromotora… Razvoj i masovna proizvodnja mikrokontrolera s jednim čipom s velikim računalnim resursima omogućili su prijelaz na servo pogone s digitalnim kontrolerima.

Pretvarači frekvencije snage u pravilu se izvode prema shemi koja sadrži ispravljač na bazi snažnih dioda ili tranzistora snage i pretvarač (upravljanu sklopku) na temelju IGBT tranzistora šuntiranih diodama (slika 1).

Riža. 1. Strujni krug pretvarača frekvencije

Ulazni stupanj ispravlja dovedeni sinusoidalni mrežni napon, koji nakon izglađivanja induktivno-kapacitivnim filtrom služi kao izvor napajanja za upravljani pretvarač koji generira signal s impulsna modulacija, koji generira sinusne struje u namotima statora s parametrima koji osiguravaju potreban način rada elektromotora.

Digitalno upravljanje pretvaračem snage provodi se pomoću mikroprocesorskog hardvera i softvera koji odgovara zadacima. Računalna jedinica generira upravljačke signale za 52 modula u stvarnom vremenu te također obrađuje signale iz mjernih sustava koji upravljaju radom pogona.

Napajanje i upravljačka računala kombinirani su u strukturno dizajniranom industrijskom proizvodu koji se naziva frekvencijski pretvarač.

Postoje dvije glavne vrste pretvarača frekvencije koji se koriste u industrijskoj opremi:

• vlasnički pretvarači za određene vrste opreme.

• univerzalni frekvencijski pretvarači dizajnirani su za višenamjensko upravljanje AM radom u korisnički definiranim načinima rada.

Postavljanje i upravljanje načinima rada frekvencijskog pretvarača može se izvršiti pomoću upravljačke ploče opremljene zaslonom za prikaz unesenih informacija.Za jednostavno upravljanje skalarnom frekvencijom možete koristiti skup jednostavnih logičkih funkcija dostupnih u tvorničkim postavkama regulatora i ugrađeni PID regulator.

Za implementaciju složenijih načina upravljanja korištenjem povratnih signala senzora, potrebno je razviti ACS strukturu i algoritam koji će se programirati pomoću povezanog vanjskog računala.

Većina proizvođača proizvodi niz frekvencijskih pretvarača koji se razlikuju po ulaznim i izlaznim električnim karakteristikama, snazi, dizajnu i drugim parametrima. Dodatni vanjski elementi mogu se koristiti za spajanje na vanjsku opremu (mreža, motor): magnetski pokretači, transformatori, prigušnice.

Vrste upravljačkih signala

Potrebno je razlikovati različite vrste signala i za svaki koristiti poseban kabel. Različite vrste signala mogu utjecati jedni na druge. U praksi je ovo odvajanje uobičajeno, na primjer kabel od senzor tlaka može se spojiti izravno na pretvarač frekvencije.

Na sl. Slika 2 prikazuje preporučeni način spajanja pretvarača frekvencije u prisutnosti različitih krugova i upravljačkih signala.

Riža. 2. Primjer spajanja strujnih krugova i upravljačkih krugova frekvencijskog pretvarača

Mogu se razlikovati sljedeće vrste signala:

• analogni - naponski ili strujni signali (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), čija se vrijednost sporo ili rijetko mijenja, obično su to kontrolni ili mjerni signali;

• diskretni naponski ili strujni signali (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), koji mogu uzeti samo dvije rijetko promjenjive vrijednosti (visoke ili niske);

• digitalni (podatci) — naponski signali (0 … 5 V, 0 … 10 V) koji se mijenjaju brzo i s visokom frekvencijom, obično su to signali s portova RS232, RS485 itd.;

• relej — kontakti releja (0 … 220 V AC) mogu uključivati ​​induktivne struje ovisno o priključenom opterećenju (vanjski releji, svjetiljke, ventili, kočnice itd.).

Izbor snage pretvarača frekvencije

Pri izboru snage frekvencijskog pretvarača potrebno je osloniti se ne samo na snagu elektromotora, već i na nazivne struje i napone pretvarača i motora. Činjenica je da se navedena snaga frekvencijskog pretvarača odnosi samo na njegov rad sa standardnim 4-polnim asinkronim motorom u standardnim primjenama.

Pravi uređaji imaju mnogo aspekata koji mogu uzrokovati povećanje trenutnog opterećenja uređaja, na primjer tijekom pokretanja. U principu, korištenje frekvencijskog pogona omogućuje vam smanjenje strujnih i mehaničkih opterećenja zbog mekog pokretanja. Na primjer, početna struja se smanjuje sa 600% na 100-150% nazivne struje.

Vozite smanjenom brzinom

Treba imati na umu da iako frekventni pretvarač lako omogućuje regulaciju brzine 10:1 kada motor radi pri malim brzinama, snaga vlastitog ventilatora možda neće biti dovoljna. Pratite temperaturu motora i osigurajte prisilnu ventilaciju.

Elektromagnetska kompatibilnost

Budući da je pretvarač frekvencije snažan izvor visokofrekventnih harmonika, za spajanje motora treba koristiti oklopljeni kabel minimalne duljine. Takav kabel mora biti položen na udaljenosti od najmanje 100 mm od ostalih kabela.Ovo minimalizira unakrsno ispitivanje. Ako se kabeli križaju, križanje se vrši pod kutom od 90 stupnjeva.

Napaja se generatorom za hitne slučajeve

Meki start koji omogućuje pretvarač frekvencije omogućuje smanjenje potrebne snage generatora. Budući da se s takvim početkom struja smanjuje za 4-6 puta, tada se snaga generatora može smanjiti za sličan broj puta. Ali između generatora i pretvarača ipak mora biti instaliran sklopnik, kojim upravlja relejni izlaz frekvencijskog pretvarača. To štiti frekvencijski pretvarač od opasnih prenapona.

Napajanje trofaznog pretvarača iz jednofazne mreže

Trofazni pretvarači frekvencije mogu se napajati iz jednofazne mreže, ali njihova izlazna struja ne smije biti veća od 50% nazivne.

Uštedite energiju i novac

Uštede dolaze iz više razloga, prvo zbog rasta kosinus phi na vrijednosti od 0,98, tj. maksimalna snaga se koristi za obavljanje korisnog rada, minimalna se troši uzalud. Drugo, koeficijent blizak ovome dobiva se u svim režimima rada motora.

Bez frekvencijskog pretvarača, asinkroni motori pri malom opterećenju imaju kosinus phi od 0,3-0,4. Treće, nema potrebe za dodatnim mehaničkim podešavanjima (amortizeri, prigušnice, ventili, kočnice itd.), sve se radi elektronički. S takvim regulacijskim uređajem ušteda može biti i do 50%.

Sinkronizirajte više uređaja

Zbog dodatnih ulaza za upravljanje frekventnim pogonom, moguće je sinkronizirati procese transportera ili postaviti omjere promjena nekih vrijednosti, ovisno o drugima.Na primjer, kako bi brzina vretena stroja ovisila o brzini napredovanja rezača. Proces će biti optimiziran jer kako se opterećenje rezača povećava, posmak će se smanjivati ​​i obrnuto.

Zaštita mreže od viših harmonika

Za dodatnu zaštitu, osim kratkih oklopljenih kabela, koriste se mrežne prigušnice i premosni kondenzatori. gasosim toga, ograničava udarnu struju kada je uključen.

Odabir odgovarajuće klase zaštite

Pouzdano odvođenje topline ključno je za besprijekoran rad frekventnog pretvarača. Ako se koriste visoke klase zaštite, na primjer IP 54 i više, teško je ili skupo postići takvo odvođenje topline. Dakle, moguće je koristiti zasebni ormar s visokim stupnjem zaštite, gdje se mogu ugraditi moduli niže klase i provesti opća ventilacija i hlađenje.

Paralelni spoj elektromotora na jedan frekvencijski pretvarač

Kako bi se smanjili troškovi, jedan pretvarač frekvencije može se koristiti za upravljanje nekoliko elektromotora. Njegovu snagu treba odabrati s marginom od 10-15% ukupne snage svih elektromotora. Pri tome je potrebno minimalizirati duljinu kabela motora i vrlo je poželjno ugraditi motornu prigušnicu.

Većina pretvarača frekvencije ne dopušta isključivanje motora ili spajanje preko kontaktora dok frekventni pretvarač radi. To se radi samo putem naredbe stop na uređaju.

Postavka kontrolne funkcije

Da bi se postigla maksimalna učinkovitost elektromotornog pogona, kao što su: faktor snage, učinkovitost, sposobnost preopterećenja, glatkoća regulacije, trajnost, potrebno je pravilno odabrati omjer između promjene radne frekvencije i izlaznog napona frekvencije. konverter.

Funkcija promjene napona ovisi o karakteru momenta opterećenja. Kod konstantnog zakretnog momenta, napon statora motora mora se kontrolirati proporcionalno frekvenciji (skalarno upravljanje U / F = const). Za ventilator, na primjer, drugi omjer je U / F * F = const. Ako povećamo frekvenciju za 2 puta, tada bi napon trebao porasti za 4 (vektorsko upravljanje). Postoje uređaji sa složenijim funkcijama upravljanja.

Prednosti korištenja pogona promjenjive brzine s frekvencijskim pretvaračem

Osim povećanja učinkovitosti i uštede energije, takav električni pogon omogućuje vam nove vozne kvalitete. To se ogleda u odbacivanju dodatnih mehaničkih uređaja koji stvaraju gubitke i smanjuju pouzdanost sustava: kočnice, amortizeri, prigušnice, ventili, regulacijski ventili itd. Kočenje se, na primjer, može izvesti preokretom elektromagnetskog polja u statoru motora. Promjenom samo funkcionalnog odnosa između frekvencije i napona dobivamo drugačiji pogon, a da ništa ne mijenjamo u mehanici.

Čitanje dokumentacije

Treba napomenuti da iako su frekvencijski pretvarači slični jedni drugima, a nakon što ste svladali jedan, lako je nositi se s drugim, međutim, potrebno je pažljivo pročitati dokumentaciju. Neki proizvođači nameću ograničenja u korištenju svojih proizvoda i ako se ona prekrše, uklanjaju proizvod iz jamstva.

Možda će vas zanimati: Varijabilni električni pogon kao sredstvo uštede energije