Frekvenční měnič: zařízení, princip činnosti, účel

Protože elektrický pohon je jednou z hlavních metod mechanizace výroby a domácích úkolů, je v některých případech nutné upravit rychlost elektromotorů. Používají se různá technická řešení v závislosti na jejich typu a principu činnosti. Jedním z nich je frekvenční měnič. Co to je a kde se frekvenční měnič používá, vám řekneme v tomto článku.

Definice

Podle definice je měnič kmitočtu elektronický měnič výkonu pro změnu kmitočtu střídavého proudu. Ale v závislosti na verzi se mění jak úroveň napětí, tak počet fází. Možná vám není úplně jasné, proč je takové zařízení potřeba, ale pokusíme se vám to přiblížit jednoduchými slovy.

Frekvence otáčení hřídele synchronních a asynchronních motorů (AM) závisí na frekvenci otáčení magnetického toku statoru a je určena vzorcem:

n = (60 * F / p) * (1-S),

kde n je počet otáček hřídele IM, p je počet pólových párů, s je skluz, f je frekvence střídavého proudu (pro RF - 50 Hz).

Jednoduše řečeno, rychlost rotoru závisí na frekvenci a počtu pólových párů. Počet pólových párů je určen konstrukcí cívek statoru a frekvence proudu v síti je konstantní. Abychom tedy regulovali rychlost, můžeme regulovat frekvenci pouze pomocí měničů.

přístroj

S přihlédnutím k výše uvedenému nově zformulujeme odpověď na otázku, co to je:

Frekvenční měnič je elektronické zařízení pro změnu frekvence střídavého proudu, tedy počtu otáček rotoru indukčního (a synchronního) elektrického stroje.

Níže můžete vidět konvenční grafické označení podle GOST 2.737-68:

Říká se mu elektronický, protože je založen na obvodu polovodičového spínače. V závislosti na funkčních vlastnostech a typu ovládání bude upraveno jak schéma elektrického zapojení, tak i algoritmus provozu.

Na níže uvedeném diagramu můžete vidět, jak měnič kmitočtu funguje:

Princip činnosti frekvenčního měniče je následující:

• Síťové napětí je přivedeno na usměrňovač 1 a stane se usměrněným pulzujícím.
• V bloku 2 jsou pulsace vyhlazeny a reaktivní složka je částečně kompenzována.
• Blok 3 je skupina výkonových spínačů řízených řídicím systémem (4) metodou pulzně šířkové modulace (PWM). Tato konstrukce umožňuje získat na výstupu dvouúrovňové PWM regulované napětí, které se po vyhlazení blíží sinusovému tvaru. V drahých modelech našlo uplatnění tříúrovňové schéma, kde se používá více kláves. Umožňuje vám dosáhnout více sinusového tvaru vlny. Jako polovodičové spínače lze použít tyristory, tranzistory s efektem pole nebo IGBT. Poslední dva typy jsou v poslední době nejžádanější a nejoblíbenější pro svou účinnost, nízké ztráty a snadnou správu.
• Pomocí PWM se vytvoří požadovaná úroveň napětí, jednoduše řečeno - takto se moduluje sinusoida, která střídavě zapíná dvojice klíčů a tvoří síťové napětí.

Stručně jsme tedy popsali, jak frekvenční měnič pro elektromotor funguje a z čeho se skládá. Používá se jako sekundární zdroj energie a neřídí pouze tvar proudu napájecí sítě, ale převádí jeho velikost a frekvenci podle zadaných parametrů.

Druhy chastotniki a rozsah

Kontrolní metody

Regulaci otáček lze provádět různými způsoby, jak způsobem nastavení požadované frekvence, tak způsobem regulace. Frekvenční tunery jsou rozděleny do dvou typů podle způsobu ovládání:

1. Skalární ovládání.
2. S vektorovým ovládáním.

Zařízení prvního typu regulují frekvenci podle dané funkce U/F, to znamená, že spolu s frekvencí se mění i napětí. Příklad takové závislosti napětí na frekvenci je vidět níže.

Může být jiný a naprogramovaný na konkrétní zátěž, například na ventilátorech není lineární, ale připomíná větev paraboly. Tento princip činnosti udržuje magnetický tok v mezeře mezi rotorem a statorem téměř konstantní.

Charakteristickým rysem skalárního řízení je jeho rozšířenost a relativní snadnost implementace. Nejčastěji se používá pro čerpadla, ventilátory a kompresory. Takové frekvenční měřiče se často používají, pokud je potřeba udržovat stabilní tlak (nebo jiný parametr), může jít o ponorná čerpadla do studní, pokud uvažujeme o domácím použití.

Ve výrobě je rozsah použití široký, například regulace tlaku ve stejném potrubí a výkon automatických ventilačních systémů. Rozsah regulace je obvykle 1:10, zjednodušeně řečeno, maximální rychlost se může lišit od minima 10x. Vzhledem ke zvláštnostem implementace algoritmů a obvodů jsou taková zařízení obvykle levnější, což je hlavní výhoda.

Nevýhody:

• Ne příliš přesná podpora otáček.
• Pomalejší reakce na změnu režimu.
• Nejčastěji neexistuje způsob, jak ovládat moment na hřídeli.
• S nárůstem otáček nad nominální kroutící moment na hřídeli motoru klesá (tedy když zvedneme frekvenci nad nominálních 50 Hz).

To je způsobeno skutečností, že výstupní napětí závisí na frekvenci, při jmenovité frekvenci, napětí se rovná síti a nad frekvenčním měničem "neví jak" zvýšit, na grafu bylo vidět sudou část diagramu po 50 Hz. Je třeba poznamenat, že závislost točivého momentu na frekvenci, která spadá podle zákona 1 / f, je v níže uvedeném grafu znázorněna červeně a závislost výkonu na frekvenci modře.

Vektorově řízené frekvenční měniče mají jiný princip činnosti, zde nejen napětí odpovídá křivce U/f. Charakteristika výstupního napětí se mění v souladu se signály ze snímačů tak, aby byl na hřídeli udržován určitý krouticí moment. Ale proč potřebujeme tento druh kontroly? Přesnější a rychlejší nastavení jsou charakteristické znaky vektorově řízeného frekvenčního měniče. To je důležité u takových mechanismů, kde je princip působení spojen s prudkou změnou zatížení a točivého momentu na výkonném orgánu.

Takové zatížení je typické pro soustruhy a další typy obráběcích strojů včetně CNC. Přesnost regulace až 1,5%, rozsah nastavení - 1:100, pro větší přesnost se snímači rychlosti atd. - 0,2 % a 1:10000, v tomto pořadí.

Na fórech se objevuje názor, že dnes je cenový rozdíl mezi vektorovými a skalárními frekvenčními pohony menší než byl dříve (15-35% v závislosti na výrobci) a hlavním rozdílem je více firmwaru než obvody. Všimněte si také, že většina vektorových modelů také podporuje skalární ovládání.

výhody:

• velká stabilita a přesnost;
• rychlejší reakce na změny zatížení a vysoký točivý moment při nízkých otáčkách;
• širší rozsah regulace.

Hlavní nevýhodou je, že je dražší než skalární.

V obou případech lze frekvenci nastavit ručně nebo pomocí senzorů, např. tlakového senzoru nebo průtokoměru (v případě čerpadel), potenciometru nebo enkodéru.

Všechny nebo téměř všechny frekvenční měniče mají funkci měkkého rozběhu motoru, která usnadňuje spouštění motorů z nouzových generátorů s malým nebo žádným rizikem přetížení.

Počet fází

Kromě způsobů odezvy se frekvenční měniče liší také počtem fází na vstupu a výstupu. Takto se rozlišují frekvenční měniče s jednofázovým a třífázovým vstupem.

Zároveň lze většinu třífázových modelů napájet z jedné fáze, ale s touto aplikací je jejich výkon snížen na 30-50%. To je způsobeno přípustným proudovým zatížením diod a dalších výkonových prvků obvodu. Jednofázové modely jsou k dispozici ve výkonovém rozsahu do 3 kW.

Důležité! Vezměte prosím na vědomí, že při jednofázovém zapojení s napětím na vstupu 220V bude výstup 3 fází na 220V a ne na 380V. To znamená, že lineární výstup bude ve zkratce přesně 220V. V tomto zapojení musí být běžné motory s vinutím navrženy pro napětí 380 / 220V zapojeny do trojúhelníku a ty, které jsou na 127 / 220V - do hvězdy.

V síti lze najít mnoho nabídek typu "frekvenční měnič 220 až 380" - to je ve většině případů marketing, prodejci nazývají libovolné tři fáze "380V".

Chcete-li získat skutečných 380 V z jedné fáze, musíte buď použít jednofázový transformátor 220/380 (pokud je vstup frekvenčního měniče dimenzované na takové napětí), nebo použijte specializovaný frekvenční měnič s jednofázovým vstupem a 380V třífázovým výstup.

Samostatným a vzácnějším typem frekvenčních měničů jsou jednofázové frekvenční měniče s jednofázovým výstupem 220. Jsou určeny pro řízení jednofázových kondenzátorových spouštěcích motorů. Příklady takových zařízení jsou:

• ERMAN ER-G-220-01
• INNOVERT IDD

Schéma zapojení

Ve skutečnosti, abyste získali 3-fázový výstup z frekvenčního měniče 380V, musíte ke vstupu připojit 3 fáze 380V:

Připojení frekvenčního měniče k jedné fázi je stejné, kromě připojení napájecích vodičů:

Jednofázový frekvenční měnič pro motor s kondenzátorem (čerpadlo nebo nízkovýkonový ventilátor) se připojuje následovně:

Jak jste mohli vidět na schématech, kromě přívodních vodičů a vodičů k motoru má frekvenční měnič další svorky, k nim senzory, tlačítka dálkového ovládacího panelu, sběrnice pro připojení k počítači (častěji standardu RS-485) a jiný. To umožňuje ovládat motor pomocí tenkých signálních vodičů, což umožňuje vyjmutí frekvenčního měniče z elektrického panelu.

Frekvenční pohony jsou univerzální zařízení, jejichž účelem je nejen upravovat rychlost, ale také chránit elektromotor před nesprávnými provozními režimy a napájením a také před přetížením. Kromě hlavní funkce zařízení realizují plynulý rozběh pohonů, což snižuje opotřebení zařízení a zatížení elektrické sítě. Princip činnosti a hloubka nastavení parametrů většiny frekvenčních měničů umožňuje šetřit energii při ovládání čerpadel (dříve se řízení neprovádělo na úkor výkonu čerpadla, ale pomocí ventilů) a další zařízení.

Zde naše úvaha o tomto problému končí. Doufáme, že po přečtení článku vám bylo jasné, co je to frekvenční měnič a k čemu slouží. Nakonec doporučujeme zhlédnout užitečné video na toto téma:

Asi nevíš:

• Jak měřit frekvenci střídavého proudu
• Jak funguje magnetický startér
• Jak vybrat frekvenční měnič pro výkon a proud