Frekvenčni pretvornik za elektromotor

Tehnični vidiki uporabe frekvenčnih pretvornikov

Dandanes je indukcijski motor postal glavna naprava v večini električnih pogonov. Vse pogosteje se za krmiljenje uporablja frekvenčni pretvornik - inverter s PWM regulacijo. Tak nadzor daje številne prednosti, povzroča pa tudi nekaj težav pri izbiri določenih tehničnih rešitev. Poskusimo jih podrobneje razumeti.

Naprava frekvenčnih pretvornikov

Razvoj in proizvodnja široke palete zmogljivih visokonapetostnih tranzistorskih IGBT modulov je omogočila implementacijo večfaznih močnostnih stikal, krmiljenih neposredno z digitalnimi signali. Programabilne računalniške zmogljivosti so omogočile generiranje numeričnih zaporedij na vhodih stikal, ki so zagotavljala signale regulacija frekvence asinhronih elektromotorjev… Razvoj in množična proizvodnja enočipnih mikrokontrolerjev z velikimi računalniškimi viri sta omogočila prehod na servo pogone z digitalnimi krmilniki.

Pretvorniki močnostne frekvence so praviloma izvedeni po shemi, ki vsebuje usmernik na osnovi močnih diod ali močnostnih tranzistorjev in pretvornik (krmiljeno stikalo) na osnovi IGBT tranzistorjev, ki so šuntirani z diodami (slika 1).

riž. 1. Vezje frekvenčnega pretvornika

Vhodna stopnja popravlja dovedeno sinusno mrežno napetost, ki po izravnavi z induktivno-kapacitivnim filtrom služi kot vir napajanja krmiljenega razsmernika, ki generira signal z impulzna modulacija, ki ustvarja sinusne tokove v statorskih navitjih s parametri, ki zagotavljajo potreben način delovanja elektromotorja.

Digitalno krmiljenje močnostnega pretvornika se izvaja z mikroprocesorsko strojno in programsko opremo, ki ustreza zastavljenim nalogam. Računalniška enota v realnem času generira krmilne signale za 52 modulov ter obdeluje signale merilnih sistemov, ki krmilijo delovanje pogona.

Napajalniki in krmilni računalniki so združeni v strukturno oblikovan industrijski izdelek, imenovan frekvenčni pretvornik.

V industrijski opremi se uporabljata dve glavni vrsti frekvenčnih pretvornikov:

• lastniški pretvorniki za posebne vrste opreme.

• univerzalni frekvenčni pretvorniki so zasnovani za večnamensko krmiljenje delovanja AM v uporabniško določenih načinih.

Nastavitev in upravljanje načinov delovanja frekvenčnega pretvornika lahko izvedete s pomočjo nadzorne plošče, opremljene z zaslonom za prikaz vnesenih informacij.Za preprosto skalarno regulacijo frekvence lahko uporabite nabor preprostih logičnih funkcij, ki so na voljo v tovarniških nastavitvah regulatorja in vgrajeni PID regulator.

Za izvedbo bolj zapletenih načinov krmiljenja s povratnimi signali senzorjev je potrebno razviti strukturo ACS in algoritem, ki se programira s pomočjo povezanega zunanjega računalnika.

Večina proizvajalcev proizvaja vrsto frekvenčnih pretvornikov, ki se razlikujejo po vhodnih in izhodnih električnih značilnostih, moči, dizajnu in drugih parametrih. Za priključitev na zunanjo opremo (omrežje, motor) se lahko uporabijo dodatni zunanji elementi: magnetni zaganjalniki, transformatorji, dušilke.

Vrste krmilnih signalov

Treba je razlikovati med različnimi vrstami signalov in za vsakega uporabiti ločen kabel. Različne vrste signalov lahko vplivajo drug na drugega. V praksi je ta ločitev običajna, na primer kabel iz senzor tlaka lahko priključite neposredno na frekvenčni pretvornik.

Na sl. 2 prikazuje priporočeni način priključitve frekvenčnega pretvornika v prisotnosti različnih tokokrogov in krmilnih signalov.

riž. 2. Primer povezave napajalnih in krmilnih vezij frekvenčnega pretvornika

Razlikujemo lahko naslednje vrste signalov:

• analogni - napetostni ali tokovni signali (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), katerih vrednost se spreminja počasi ali redko, običajno so to krmilni ali merilni signali;

• diskretni napetostni ali tokovni signali (0 ... 10 V, 0/4 ... 20 mA), ki lahko sprejmejo samo dve redko spreminjajoči se vrednosti (visoki ali nizki);

• digitalni (podatkovni) — napetostni signali (0 … 5 V, 0 … 10 V), ki se spreminjajo hitro in z visoko frekvenco, običajno so to signali iz vrat RS232, RS485 itd.;

• rele — kontakti releja (0 … 220 V AC) lahko vključujejo induktivne tokove, odvisno od priključenega bremena (zunanji releji, svetilke, ventili, zavore itd.).

Izbira moči frekvenčnega pretvornika

Pri izbiri moči frekvenčnega pretvornika se je treba zanašati ne le na moč elektromotorja, temveč tudi na nazivne tokove in napetosti pretvornika in motorja. Dejstvo je, da se navedena moč frekvenčnega pretvornika nanaša samo na njegovo delovanje s standardnim 4-polnim asinhronim motorjem v standardnih aplikacijah.

Prave naprave imajo številne vidike, ki lahko povzročijo povečanje trenutne obremenitve naprave, na primer med zagonom. Načeloma uporaba frekvenčnega pogona omogoča zmanjšanje tokovnih in mehanskih obremenitev zaradi mehkega zagona. Na primer, začetni tok se zmanjša s 600% na 100-150% nazivnega toka.

Vozite z zmanjšano hitrostjo

Ne smemo pozabiti, da čeprav frekvenčni pretvornik zlahka zagotavlja regulacijo hitrosti 10: 1, ko motor deluje pri nizkih vrtljajih, moč lastnega ventilatorja morda ne bo zadostovala. Spremljajte temperaturo motorja in zagotovite prisilno prezračevanje.

Elektromagnetna združljivost

Ker je frekvenčni pretvornik močan vir visokofrekvenčnih harmonikov, je treba za povezavo motorjev uporabiti oklopljen kabel minimalne dolžine. Tak kabel mora biti položen na razdalji najmanj 100 mm od ostalih kablov.To zmanjša navzkrižno zaslišanje. Če se kabli križajo, se križanje izvede pod kotom 90 stopinj.

Napaja ga zasilni generator

Mehki zagon, ki ga zagotavlja frekvenčni pretvornik, omogoča zmanjšanje potrebne moči generatorja. Ker se s takim zagonom tok zmanjša za 4-6 krat, se lahko moč generatorja zmanjša za podobno število krat. Vendar mora biti med generatorjem in pretvornikom še vedno nameščen kontaktor, ki ga krmili relejni izhod frekvenčnega pretvornika. To ščiti frekvenčni pretvornik pred nevarnimi prenapetostmi.

Dobava trifaznega pretvornika iz enofaznega omrežja

Trifazni frekvenčni pretvorniki se lahko napajajo iz enofaznega omrežja, vendar njihov izhodni tok ne sme presegati 50% nazivnega.

Prihranite energijo in denar

Varčevanje izvira iz več razlogov, najprej zaradi rasti kosinus phi na vrednosti 0,98, tj. največja moč se porabi za koristno delo, najmanjša pa se izgubi. Drugič, koeficient, ki je blizu tega, dobimo v vseh načinih delovanja motorja.

Brez frekvenčnega pretvornika imajo asinhroni motorji pri nizki obremenitvi kosinus phi 0,3-0,4. Tretjič, dodatne mehanske nastavitve (blažilniki, plini, ventili, zavore itd.) niso potrebne, vse poteka elektronsko. S tako krmilno napravo so lahko prihranki tudi do 50 %.

Sinhronizirajte več naprav

Zaradi dodatnih vhodov za krmiljenje frekvenčnega pretvornika je možno sinhronizirati transportne procese ali nastaviti razmerja sprememb nekaterih vrednosti glede na druge.Na primer, da je hitrost vretena stroja odvisna od podajalne hitrosti rezkarja. Postopek bo optimiziran, ker se bo z večanjem obremenitve rezalnika pomik zmanjšal in obratno.

Zaščita omrežja pred višjimi harmoniki

Za dodatno zaščito se poleg kratkih oklopljenih kablov uporabljajo tudi omrežne dušilke in obvodni kondenzatorji. Plinpoleg tega omejuje zagonski tok, ko je vklopljen.

Izbira pravega razreda zaščite

Za nemoteno delovanje frekvenčnega pretvornika je bistvenega pomena zanesljivo odvajanje toplote. Če se uporabljajo visoki zaščitni razredi, na primer IP 54 in višje, je takšno odvajanje toplote težko ali drago doseči. Zato je možna uporaba ločene omare z visoko stopnjo zaščite, kamor lahko vgradimo module nižjega razreda ter izvedemo splošno prezračevanje in hlajenje.

Vzporedna vezava elektromotorjev na en frekvenčni pretvornik

Za znižanje stroškov lahko en frekvenčni pretvornik uporabimo za krmiljenje več elektromotorjev. Njegovo moč je treba izbrati z rezervo 10-15% skupne moči vseh elektromotorjev. Pri tem je potrebno minimalizirati dolžino kablov motorja in zelo zaželena je vgradnja motorne dušilke.

Večina frekvenčnih pretvornikov ne dovoljuje izklopa ali priklopa motorjev prek kontaktorjev med delovanjem frekvenčnega pretvornika. To se izvede samo prek ukaza za zaustavitev na napravi.

Nastavitev nadzorne funkcije

Za doseganje maksimalne zmogljivosti električnega pogona, kot so: faktor moči, izkoristek, preobremenitvena sposobnost, gladkost regulacije, vzdržljivost, je potrebno pravilno izbrati razmerje med spremembo delovne frekvence in izhodno napetostjo frekvence. pretvornik.

Funkcija spremembe napetosti je odvisna od navora bremena. Pri konstantnem vrtilnem momentu je treba napetost statorja motorja krmiliti sorazmerno s frekvenco (skalarno krmiljenje U / F = const). Za ventilator je na primer drugo razmerje U / F * F = const. Če povečamo frekvenco za 2-krat, se mora napetost povečati za 4 (vektorsko krmiljenje). Obstajajo naprave z bolj zapletenimi krmilnimi funkcijami.

Prednosti uporabe pogona s spremenljivo hitrostjo s frekvenčnim pretvornikom

Poleg povečanja učinkovitosti in varčevanja z energijo vam takšen električni pogon omogoča pridobitev novih voznih lastnosti. To se odraža v zavračanju dodatnih mehanskih naprav, ki ustvarjajo izgube in zmanjšujejo zanesljivost sistemov: zavore, amortizerji, dušilke, ventili, krmilni ventili itd. Zaviranje, na primer, se lahko izvede z obračanjem elektromagnetnega polja v statorju motorja. S spremembo samo funkcionalnega razmerja med frekvenco in napetostjo dobimo drugačen pogon, ne da bi spremenili karkoli v mehaniki.

Branje dokumentacije

Treba je opozoriti, da čeprav so frekvenčni pretvorniki podobni drug drugemu in ko obvladate enega, je enostavno obravnavati drugega, vendar je treba natančno prebrati dokumentacijo. Nekateri proizvajalci uvedejo omejitve pri uporabi svojih izdelkov in če te kršijo, izločijo izdelek iz garancije.

Morda vas zanima: Variabilni električni pogon kot način varčevanja z energijo