Frekvenčný menič pre elektromotor
Technické aspekty používania frekvenčných meničov
V súčasnosti sa indukčný motor stal hlavným zariadením väčšiny elektrických pohonov. Čoraz častejšie sa na riadenie používa frekvenčný menič - menič s PWM reguláciou. Takáto kontrola poskytuje mnoho výhod, ale tiež vytvára určité problémy pri výbere určitých technických riešení. Skúsme im porozumieť podrobnejšie.
Zariadenie frekvenčných meničov
Vývoj a výroba širokej škály výkonných vysokonapäťových tranzistorových IGBT modulov umožnili realizovať viacfázové výkonové spínače riadené priamo digitálnymi signálmi. Programovateľné výpočtové zariadenia umožnili generovať numerické sekvencie na vstupoch spínačov, ktoré poskytovali signály frekvenčné riadenie asynchrónnych elektromotorov… Vývoj a hromadná výroba jednočipových mikrokontrolérov s veľkými výpočtovými zdrojmi umožnila prechod na servopohony s digitálnymi ovládačmi.
Výkonové frekvenčné meniče sú spravidla realizované podľa schémy obsahujúcej usmerňovač na báze výkonných diód alebo výkonových tranzistorov a invertor (riadený spínač) na báze IGBT tranzistorov posunutých diódami (obr. 1).
Ryža. 1. Obvod frekvenčného meniča
Vstupný stupeň usmerňuje privádzané sínusové sieťové napätie, ktoré po vyhladení indukčno-kapacitným filtrom slúži ako zdroj energie pre riadený menič, ktorý generuje signál s pulzná modulácia, ktorý generuje sínusové prúdy vo vinutiach statora s parametrami, ktoré poskytujú potrebný prevádzkový režim elektromotora.
Digitálne riadenie výkonového meniča sa vykonáva pomocou hardvéru a softvéru mikroprocesora zodpovedajúcich aktuálnym úlohám. Výpočtová jednotka generuje riadiace signály pre 52 modulov v reálnom čase a spracováva aj signály z meracích systémov, ktoré riadia činnosť pohonu.
Napájacie zdroje a riadiace počítače sú spojené v konštrukčne riešenom priemyselnom výrobku nazývanom frekvenčný menič.
V priemyselných zariadeniach sa používajú dva hlavné typy frekvenčných meničov:
-
proprietárne konvertory pre špecifické typy zariadení.
-
univerzálne frekvenčné meniče sú určené na multifunkčné riadenie prevádzky AM v užívateľsky definovaných režimoch.
Nastavenie a správu prevádzkových režimov frekvenčného meniča je možné vykonať pomocou ovládacieho panela vybaveného obrazovkou na zobrazenie zadaných informácií.Pre jednoduché skalárne riadenie frekvencie môžete použiť sadu jednoduchých logických funkcií dostupných v továrenskom nastavení regulátora a vstavaný PID regulátor.
Na implementáciu komplexnejších riadiacich režimov pomocou signálov spätnoväzbových snímačov je potrebné vyvinúť štruktúru ACS a algoritmus, ktorý sa naprogramuje pomocou pripojeného externého počítača.
Väčšina výrobcov vyrába rad frekvenčných meničov, ktoré sa líšia vstupnými a výstupnými elektrickými charakteristikami, výkonom, dizajnom a ďalšími parametrami. Na pripojenie k externým zariadeniam (sieť, motor) je možné použiť ďalšie externé prvky: magnetické štartéry, transformátory, tlmivky.
Typy riadiacich signálov
Je potrebné rozlišovať medzi rôznymi typmi signálov a pre každý použiť samostatný kábel. Rôzne typy signálov sa môžu navzájom ovplyvňovať. V praxi je toto oddelenie bežné, napríklad kábel z tlakový snímač možno pripojiť priamo k frekvenčnému meniču.
Na obr. 2 je znázornený odporúčaný spôsob pripojenia frekvenčného meniča v prítomnosti rôznych obvodov a riadiacich signálov.
Ryža. 2. Príklad zapojenia silových obvodov a riadiacich obvodov frekvenčného meniča
Je možné rozlíšiť nasledujúce typy signálov:
-
analógovo - napäťové alebo prúdové signály (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), ktorých hodnota sa mení pomaly alebo zriedkavo, zvyčajne ide o riadiace alebo meracie signály;
-
diskrétne napäťové alebo prúdové signály (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), ktoré môžu nadobudnúť iba dve zriedkavo sa meniace hodnoty (vysoké alebo nízke);
-
digitálne (dáta) — napäťové signály (0 … 5 V, 0 … 10 V), ktoré sa menia rýchlo a s vysokou frekvenciou, zvyčajne sú to signály z portov RS232, RS485 atď.;
-
relé — kontakty relé (0 … 220 V AC) môžu obsahovať indukčné prúdy v závislosti od pripojenej záťaže (externé relé, svietidlá, ventily, brzdy atď.).
Výber výkonu frekvenčného meniča
Skutočné zariadenia majú veľa aspektov, ktoré môžu spôsobiť zvýšenie aktuálneho zaťaženia zariadenia, napríklad počas spúšťania. Použitie frekvenčného meniča v zásade umožňuje znížiť prúdové a mechanické zaťaženie v dôsledku mäkkého štartu. Napríklad štartovací prúd sa zníži zo 600% na 100-150% menovitého prúdu.
Jazdite zníženou rýchlosťou
Treba mať na pamäti, že hoci frekvenčný menič ľahko poskytuje reguláciu otáčok 10:1, keď motor beží pri nízkych otáčkach, výkon vlastného ventilátora nemusí byť dostatočný. Monitorujte teplotu motora a zabezpečte nútenú ventiláciu.
Elektromagnetická kompatibilita
Je napájaný núdzovým generátorom
Mäkký štart, ktorý zabezpečuje frekvenčný menič, umožňuje znížiť požadovaný výkon generátora. Pretože pri takomto štarte sa prúd zníži 4-6 krát, potom sa výkon generátora môže znížiť podobným počtom krát. Medzi generátorom a meničom však musí byť stále nainštalovaný stýkač ovládaný reléovým výstupom frekvenčného meniča. To chráni frekvenčný menič pred nebezpečným prepätím.
Napájanie trojfázového meniča z jednofázovej siete
Trojfázové meniče frekvencie môžu byť napájané z jednofázovej siete, ale ich výstupný prúd nesmie presiahnuť 50 % menovitého.
Šetrite energiu a peniaze
Úspory pochádzajú z niekoľkých dôvodov, po prvé z dôvodu rastu kosínus phi na hodnoty 0,98, t.j. maximálny výkon sa používa na vykonanie užitočnej práce, minimum je plytvané. Po druhé, koeficient blízky tomuto sa získa vo všetkých prevádzkových režimoch motora.
Bez frekvenčného meniča majú asynchrónne motory pri nízkom zaťažení kosínusové phi 0,3-0,4. Po tretie, nie sú potrebné ďalšie mechanické úpravy (tlmiče, plyn, ventily, brzdy atď.), Všetko prebieha elektronicky. S takýmto ovládacím zariadením môže byť úspora až 50 %.
Synchronizujte viacero zariadení
Ochrana siete proti vyšším harmonickým
Pre dodatočnú ochranu sa okrem krátkych tienených káblov používajú sieťové tlmivky a bypassové kondenzátory. Plynokrem toho obmedzuje nábehový prúd pri zapnutí.
Výber správnej triedy ochrany
Spoľahlivý odvod tepla je nevyhnutný pre bezproblémovú prevádzku frekvenčného meniča. Ak sa použijú vysoké triedy ochrany, napríklad IP 54 a vyššie, je ťažké alebo nákladné dosiahnuť takýto odvod tepla. Preto je možné použiť samostatnú skriňu s vysokým stupňom ochrany, kde je možné inštalovať moduly nižšej triedy a realizovať celkové vetranie a chladenie.
Paralelné pripojenie elektromotorov k jednému frekvenčnému meniču
Pre zníženie nákladov je možné použiť jeden frekvenčný menič na riadenie viacerých elektromotorov. Jeho výkon by sa mal vyberať s rezervou 10-15% z celkového výkonu všetkých elektromotorov. Pritom je potrebné minimalizovať dĺžku motorových káblov a je veľmi žiaduce inštalovať motorovú tlmivku.
Väčšina frekvenčných meničov neumožňuje vypnutie alebo pripojenie motorov cez stýkače počas chodu frekvenčného meniča. To sa vykonáva iba pomocou príkazu stop na zariadení.
Nastavenie funkcie ovládania
Pre dosiahnutie maximálneho výkonu elektropohonu, ako sú: účinník, účinnosť, preťaženie, plynulosť regulácie, životnosť, je potrebné správne zvoliť pomer medzi zmenou pracovnej frekvencie a výstupným napätím frekvencie. prevodník.
Funkcia zmeny napätia závisí od momentového charakteru záťaže. Pri konštantnom krútiacom momente musí byť napätie statora motora regulované úmerne k frekvencii (skalárne riadenie U / F = konšt.). Napríklad pre ventilátor je iný pomer U / F * F = konšt. Ak zvýšime frekvenciu 2 krát, potom by sa napätie malo zvýšiť o 4 (vektorové riadenie). Existujú zariadenia so zložitejšími funkciami ovládania.
Výhody použitia pohonu s premenlivými otáčkami s frekvenčným meničom
Okrem zvýšenia účinnosti a úspory energie vám takýto elektrický pohon umožňuje získať nové jazdné vlastnosti. To sa odráža v odmietnutí ďalších mechanických zariadení, ktoré vytvárajú straty a znižujú spoľahlivosť systémov: brzdy, tlmiče, škrtiace klapky, ventily, regulačné ventily atď. Brzdenie sa môže vykonávať napríklad obrátením elektromagnetického poľa v statore motora. Zmenou iba funkčného vzťahu medzi frekvenciou a napätím získame iný pohon bez toho, aby sme čokoľvek menili v mechanike.
Čítanie dokumentácie
Treba poznamenať, že hoci sú frekvenčné meniče navzájom podobné a po zvládnutí jedného je ľahké sa vyrovnať s druhým, je však potrebné pozorne si prečítať dokumentáciu. Niektorí výrobcovia ukladajú obmedzenia na používanie svojich výrobkov a v prípade ich porušenia vyraďujú výrobok zo záruky.
Mohlo by vás zaujímať: Variabilný elektrický pohon ako prostriedok na úsporu energie