Convertor de frecventa pentru motor electric
Aspecte tehnice ale utilizării convertoarelor de frecvență
În zilele noastre, motorul cu inducție a devenit principalul dispozitiv în majoritatea acționărilor electrice. Din ce în ce mai mult, un convertor de frecvență este utilizat pentru control - un invertor cu reglare PWM. Un astfel de control oferă multe avantaje, dar creează și unele probleme la alegerea anumitor soluții tehnice. Să încercăm să le înțelegem mai detaliat.
Dispozitivul convertoarelor de frecvență
Dezvoltarea și producerea unei game largi de module IGBT cu tranzistori de înaltă tensiune puternice au făcut posibilă implementarea comutatoarelor de alimentare multifazate controlate direct de semnale digitale. Facilități de calcul programabile au făcut posibilă generarea de secvențe numerice la intrările comutatorului care au furnizat semnale controlul frecvenței motoarelor electrice asincrone… Dezvoltarea și producția în masă a microcontrolerelor cu un singur cip cu resurse de calcul mari au făcut posibilă trecerea la servodriversări cu controlere digitale.
Convertizoarele de frecvență de putere, de regulă, sunt implementate conform unei scheme care conține un redresor bazat pe diode puternice sau tranzistoare de putere și un invertor (comutator controlat) bazat pe tranzistoare IGBT șuntate de diode (Fig. 1).
Orez. 1. Circuit convertor de frecvență
Etapa de intrare redresează tensiunea rețelei sinusoidală furnizată, care, după netezirea cu un filtru inductiv-capacitiv, servește ca sursă de energie pentru invertorul controlat, care generează un semnal cu modularea pulsului, care generează curenți sinusoidali în înfășurările statorului cu parametri care asigură modul de funcționare necesar al motorului electric.
Controlul digital al convertorului de putere se realizează folosind hardware și software cu microprocesor corespunzătoare sarcinilor în cauză. Unitatea de calcul generează semnale de control pentru 52 de module în timp real și, de asemenea, procesează semnale de la sistemele de măsurare care controlează funcționarea unității.
Sursele de alimentare și calculatoarele de control sunt combinate într-un produs industrial proiectat structural numit convertor de frecvență.
Există două tipuri principale de convertoare de frecvență utilizate în echipamentele industriale:
-
convertoare brevetate pentru anumite tipuri de echipamente.
-
Convertizoarele de frecvență universale sunt proiectate pentru controlul multifuncțional al funcționării AM în moduri definite de utilizator.
Setarea și gestionarea modurilor de funcționare ale convertizorului de frecvență se poate face folosind panoul de control dotat cu un ecran pentru a indica informațiile introduse.Pentru controlul simplu al frecvenței scalare, puteți utiliza un set de funcții logice simple disponibile în setările din fabrică ale controlerului și controlerul PID încorporat.
Pentru a implementa moduri de control mai complexe folosind semnalele senzorilor de feedback, este necesar să se dezvolte o structură ACS și un algoritm care să fie programat folosind un computer extern conectat.
Majoritatea producătorilor produc o gamă de convertoare de frecvență care diferă în ceea ce privește caracteristicile electrice de intrare și ieșire, putere, design și alți parametri. Elemente externe suplimentare pot fi utilizate pentru conectarea la echipamente externe (rețea, motor): demaroare magnetice, transformatoare, bobine.
Tipuri de semnale de control
Este necesar să se facă distincția între diferitele tipuri de semnale și să se folosească un cablu separat pentru fiecare. Diferite tipuri de semnale se pot influența reciproc. În practică, această separare este comună, de exemplu un cablu de la senzor de presiune poate fi conectat direct la convertizorul de frecvență.
În fig. 2 prezintă modul recomandat de conectare a convertizorului de frecvență în prezența diferitelor circuite și semnale de control.
Orez. 2. Un exemplu de conectare a circuitelor de putere și a circuitelor de control ale convertizorului de frecvență
Se pot distinge următoarele tipuri de semnale:
-
analog - semnale de tensiune sau curent (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), a căror valoare se modifică lent sau rar, de obicei acestea sunt semnale de control sau de măsurare;
-
semnale discrete de tensiune sau curent (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), care pot lua doar două valori care se schimbă rar (înaltă sau scăzută);
-
digitale (date) — semnale de tensiune (0 … 5 V, 0 … 10 V) care se schimbă rapid și cu o frecvență înaltă, de obicei acestea sunt semnale de la porturile RS232, RS485 etc.;
-
releu — contactele releului (0 … 220 V AC) pot include curenți inductivi în funcție de sarcina conectată (relee externe, lămpi, supape, frâne etc.).
Selectarea puterii convertizorului de frecvență
Dispozitivele reale au multe aspecte care pot determina creșterea încărcării curente a dispozitivului, de exemplu în timpul pornirii. În principiu, utilizarea unui convertizor de frecvență vă permite să reduceți sarcinile curente și mecanice datorită pornirii soft. De exemplu, curentul de pornire este redus de la 600% la 100-150% din curentul nominal.
Conduceți cu viteză redusă
Trebuie reținut că, deși convertizorul de frecvență asigură cu ușurință o reglare a vitezei 10: 1 atunci când motorul funcționează la viteze mici, puterea propriului ventilator poate să nu fie suficientă. Monitorizați temperatura motorului și asigurați ventilație forțată.
Compatibilitate electromagnetica
Este alimentat de un generator de urgență
Pornirea soft oferită de convertizorul de frecvență permite reducerea puterii necesare a generatorului. Deoarece cu o astfel de pornire curentul scade de 4-6 ori, atunci puterea generatorului poate fi redusă de un număr similar de ori. Dar un contactor trebuie instalat în continuare între generator și convertizor, controlat de ieșirea releului a convertizorului de frecvență. Acest lucru protejează convertizorul de frecvență de supratensiuni periculoase.
Furnizarea unui convertor trifazat dintr-o rețea monofazată
Convertizoarele de frecvență trifazate pot fi alimentate de la o rețea monofazată, dar curentul lor de ieșire nu trebuie să depășească 50% din cel nominal.
Economisiți energie și bani
Economiile provin din mai multe motive: în primul rând, din cauza creșterii cosinus phi la valori de 0,98, adică puterea maximă este folosită pentru a face muncă utilă, minimul este irosit. În al doilea rând, se obține un coeficient apropiat de acesta în toate modurile de funcționare a motorului.
Fără un convertor de frecvență, motoarele asincrone la sarcină mică au un cosinus phi de 0,3-0,4. În al treilea rând, nu este nevoie de ajustări mecanice suplimentare (amortizoare, clapete de accelerație, supape, frâne etc.), totul se face electronic. Cu un astfel de dispozitiv de control, economiile pot fi de până la 50%.
Sincronizați mai multe dispozitive
Protecția rețelei împotriva armonicilor superioare
Pentru protecție suplimentară, în plus față de cablurile scurte ecranate, sunt utilizate șocuri de linie și condensatoare de bypass. regulatorîn plus, limitează curentul de pornire atunci când este pornit.
Alegerea clasei de protecție potrivite
Disiparea fiabilă a căldurii este esențială pentru buna funcționare a convertizorului de frecvență. Dacă sunt utilizate clase de protecție înalte, de exemplu IP 54 și mai mari, este dificil sau costisitor să se realizeze o astfel de disipare a căldurii. Prin urmare, este posibil să se utilizeze un dulap separat cu un grad ridicat de protecție, în care pot fi instalate module de o clasă inferioară și poate fi efectuată ventilația și răcirea generală.
Conectarea în paralel a motoarelor electrice la un convertor de frecvență
Pentru a reduce costurile, un convertor de frecvență poate fi utilizat pentru a controla mai multe motoare electrice. Puterea sa trebuie selectată cu o marjă de 10-15% din puterea totală a tuturor motoarelor electrice. Procedând astfel, este necesar să se minimizeze lungimea cablurilor motorului și este foarte de dorit să se instaleze un șoc de motor.
Majoritatea convertizoarelor de frecvență nu permit ca motoarele să fie oprite sau conectate prin contactoare în timp ce convertizorul de frecvență funcționează. Acest lucru se face numai prin comanda de oprire de pe dispozitiv.
Setarea funcției de control
Pentru a obține performanța maximă a acționării electrice, cum ar fi: factor de putere, eficiență, capacitate de suprasarcină, netezime de reglare, durabilitate, este necesar să se aleagă corect raportul dintre modificarea frecvenței de operare și tensiunea de ieșire a frecvenței. convertor.
Funcția de schimbare a tensiunii depinde de caracterul de cuplu al sarcinii. La cuplu constant, tensiunea statorului motorului trebuie controlată proporțional cu frecvența (control scalar U / F = const). Pentru un ventilator, de exemplu, un alt raport este U / F * F = const. Dacă creștem frecvența de 2 ori, atunci tensiunea ar trebui să crească cu 4 (control vectorial). Există dispozitive cu funcții de control mai complexe.
Avantajele utilizării unui variator de viteză cu un convertor de frecvență
Pe lângă creșterea eficienței și economisirea energiei, o astfel de acționare electrică vă permite să obțineți noi calități de condus. Acest lucru se reflectă în respingerea dispozitivelor mecanice suplimentare care creează pierderi și reduc fiabilitatea sistemelor: frâne, amortizoare, clapete, supape, supape de control etc. Frânarea, de exemplu, se poate face prin inversarea câmpului electromagnetic din statorul motorului. Schimbând doar relația funcțională dintre frecvență și tensiune, obținem o unitate diferită fără a schimba nimic în mecanică.
Citirea documentației
Trebuie remarcat faptul că, deși convertizoarele de frecvență sunt similare între ele și având stăpânit pe unul, este ușor să vă ocupați de celălalt, cu toate acestea, este necesar să citiți cu atenție documentația. Unii producători impun restricții privind utilizarea produselor lor și dacă acestea sunt încălcate, scot produsul din garanție.
Ați putea fi interesat de: Acționare electrică variabilă ca mijloc de economisire a energiei