Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika in merila za njegovo izbiro za uporabnika

Kratek opis namena, principa delovanja in kriterijev za izbiro frekvenčnega pretvornika kot krmilne naprave za asinhronski elektromotor.

Indukcijski motor s kletko danes je najbolj množična in zanesljiva naprava za krmiljenje različnih strojev in mehanizmov. A vsaka medalja ima tudi drugo stran.

Dve glavni pomanjkljivosti indukcijskega motorja sta nezmožnost preprostega nadzor hitrosti rotorja, zelo velik začetni tok - pet, sedemkrat večji od nazivnega. Če se uporabljajo samo mehanske krmilne naprave, te pomanjkljivosti povzročijo velike izgube energije in udarne mehanske obremenitve. To izjemno negativno vpliva na življenjsko dobo opreme.

Frekvenčni pretvornik

Kot rezultat raziskav v tej smeri se je rodil nov razred naprav, ki omogoča reševanje teh težav ne mehansko, ampak elektronsko.

Frekvenčni pretvornik s krmiljenjem širine impulza (PE s PWM) zmanjša zagonske tokove za 4-5 krat. Zagotavlja nemoten zagon indukcijskega motorja in krmili pogon glede na dano razmerje med napetostjo in frekvenco.

Frekvenčni pretvornik omogoča prihranek energije do 50%. Postane mogoče omogočiti povratne informacije med sosednjimi napravami, tj. samoprilagajanje opreme za nalogo in spreminjanje pogojev delovanja celotnega sistema.

Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika

Frekvenčni pretvornik PWM je inverter z dvojno pretvorbo… Najprej se omrežna napetost 220 ali 380 V popravi z vhodnim diodnim mostičkom, nato se zgladi in filtrira s kondenzatorji.

To je prva stopnja preobrazbe. Na drugi stopnji, iz konstantne napetosti, z uporabo krmilnih mikrovezij in izhodnega mostu IGBT stikalase oblikuje zaporedje PWM z določeno frekvenco in delovnim ciklom. Na izhodu frekvenčnega pretvornika se izdajo paketi pravokotnih impulzov, ki pa se zaradi induktivnosti statorskih navitij indukcijskega motorja integrirajo in končno spremenijo v napetost blizu sinusoide.

Mehanske značilnosti asinhronega elektromotorja s frekvenčno regulacijo hitrosti: a — povezovalna shema; b - značilnosti za obremenitev s konstantnim statičnim momentom upora; c — značilnosti obremenitve ventilatorja; d - značilnosti navora statične obremenitve, obratno sorazmerne s kotno hitrostjo vrtenja.

Tipično vezje za vklop frekvenčnega pretvornika Primer povezovanja daljnovodov (kablov) v vezju frekvenčnega pretvornika

Merila za izbiro frekvenčnih pretvornikov

Izbira lastnosti Vsak proizvajalec poskuša pridobiti konkurenčno prednost na trgu. Prvo pravilo za povečanje prodaje je nizka cena. Zato si proizvajalec prizadeva vključiti le potrebne funkcije v svoj izdelek. In ostali so na voljo kot možnosti. Preden kupite frekvenčni pretvornik, se odločite, katere funkcije potrebujete. Vredno je izbrati napravo, ki ima večino potrebnih funkcij v osnovni različici.

Po metodi nadzora

Tiste pretvornike, ki niso primerni glede na moč, vrsto zmogljivosti, preobremenitveno zmogljivost itd., takoj zavrzite. Glede na vrsto upravljanja se morate odločiti, kaj izbrati, skalarno ali vektorsko krmiljenje.

Večina sodobnih frekvenčnih pretvornikov izvaja vektorsko krmiljenje, vendar so takšni frekvenčni pretvorniki dražji od skalarnih frekvenčnih pretvornikov.

Vektorsko krmiljenje omogoča natančnejši nadzor z zmanjšanjem statične napake. Skalarni način podpira le konstantno razmerje med izhodno napetostjo in izhodno frekvenco, a za ventilatorje na primer to povsem zadostuje.

Od svojega začetka je vektorsko krmiljenje postalo izjemno priljubljena krmilna strategija za indukcijske motorje. Trenutno večina frekvenčnih pretvornikov izvaja vektorsko krmiljenje ali celo brezsenzorsko vektorsko krmiljenje (ta trend najdemo pri frekvenčnih pretvornikih, ki izvirno izvajajo skalarno krmiljenje in nimajo sponk za priključitev senzorja hitrosti).

Osnovni princip vektorske regulacije je ločena neodvisna regulacija toka magnetiziranja motorja in kvadratnega toka, kateremu je sorazmeren mehanski navor gredi. Tok magnetiziranja določa vrednost povezave ničelnega toka rotorja in se ohranja konstanten.

Ko se hitrost stabilizira, se nastavljena vrednost kvadraturnega toka generira z ločenim krmilnikom PI, katerega vhod je neskladje med želeno in izmerjeno hitrostjo motorja. Tako je kvadraturni tok vedno nastavljen na najmanjšo raven, da se zagotovi zadosten mehanski navor za vzdrževanje nastavljene hitrosti. Zato ima vektorski nadzor visoko energetsko učinkovitost.

Skozi moč

Če je moč opreme približno enaka, izberite pretvornike istega podjetja z zmogljivostjo glede na moč največje obremenitve. To bo zagotovilo medsebojno zamenljivost in poenostavilo vzdrževanje opreme. Priporočljivo je, da je servis izbranega frekvenčnega pretvornika v vašem mestu.

Preko omrežne napetosti

Vedno izberite pretvornik z najširšim možnim razponom napetosti, tako navzdol kot navzgor. Dejstvo je, da lahko za lokalna omrežja že beseda standard privabi le smeh skozi solze. Če bo nizka napetost najverjetneje povzročila zaustavitev frekvenčnega pretvornika, potem lahko povečana napetost povzroči eksplozijo omrežnih elektrolitskih kondenzatorjev in odpoved vhoda naprave.

Po območju nastavitve frekvence

Zgornja meja za regulacijo frekvence je pomembna pri uporabi motorjev z visokimi nazivnimi delovnimi frekvencami, kot so brusilniki (1000 Hz ali več).Prepričajte se, da frekvenčno območje ustreza vašim potrebam. Spodnja meja določa območje krmiljenja pogonske hitrosti. Standard je 1:10. Če potrebujete širši razpon, izberite samo vektorsko krmiljenje, vprašajte proizvajalca za parametre pogona. Tudi navedena omejitev 0 Hz ne zagotavlja stabilnega delovanja pogona.

Po številu kontrolnih vhodov

Za vnos krmilnih ukazov (zagon, ustavitev, vzvratna vožnja, ustavitev itd.) so potrebni ločeni vhodi. Analogni vhodi so potrebni za povratne signale (nastavitev in nastavitev pogona med delovanjem). Digitalni vhodi so potrebni za vnos visokofrekvenčnih signalov iz digitalnih senzorjev hitrosti in položaja (kodirniki). Število vhodov nikoli ne more biti preveliko, a več kot je vhodov, bolj zapleten sistem je mogoče zgraditi in dražji je.

Po številu izhodnih signalov

Diskretni izhodi se uporabljajo za oddajanje signalov za različne dogodke (alarm, pregrevanje, vhodna napetost nad ali pod nivojem, signal napake itd.). Analogni izhodi se uporabljajo za izgradnjo kompleksnih povratnih sistemov. Priporočila za izbiro so podobna prejšnjemu odstavku.

Nadzorni avtobus

Oprema, s katero boste krmilili frekvenčni pretvornik, mora imeti enako vodilo in število vhodov/izhodov kot izbrani frekvenčni pretvornik. Pustite nekaj prostora za vhode in izhode za prihodnje nadgradnje.

Pod garancijo

Garancijska doba vam posredno omogoča oceno zanesljivosti frekvenčnega pretvornika. Seveda morate izbrati frekvenčni pretvornik z dolgoročnim načrtom.Nekateri proizvajalci posebej predvidevajo primere poškodb, ki jih garancija ne krije. Vedno natančno preberite dokumentacijo in na spletu poiščite ocene modelov opreme in proizvajalcev. To vam bo pomagalo narediti pravo izbiro. Ne varčujte z denarjem za kakovostne storitve in izobraževanje osebja.

Frekvenčni pretvornik na stojalu

Preobremenitvena zmogljivost

Kot prvi približek je treba moč frekvenčnega pretvornika izbrati 10-15% več kot moč motorja. Tok pretvornika mora biti višji od nazivnega toka motorja in nekoliko višji od toka možnih preobremenitev.

V opisu določenega mehanizma so običajno navedeni preobremenitveni tokovi in ​​trajanje njihovega toka. Preberite dokumentacijo! Tako se boste zabavali in morda preprečili poškodbe opreme v prihodnosti. Če so za pogon značilne tudi udarne (vršne) obremenitve (obremenitve 2-3 sekunde), potem je treba izbrati pretvornik za vršni tok. Ponovno vzemite 10% marže.
Glej tudi na to temo: Frekvenčni pretvorniki VLT AQUA Drive za črpalne enote