Taajuusmuuttaja: laite, toimintaperiaate, tarkoitus

Koska sähkökäyttö on yksi tärkeimmistä menetelmistä tuotannon ja kotitaloustehtävien mekanisoinnissa, on joissakin tapauksissa tarpeen säätää sähkömoottoreiden nopeutta. Käytössä on erilaisia ​​teknisiä ratkaisuja niiden tyypistä ja toimintaperiaatteesta riippuen. Yksi niistä on taajuusmuuttaja. Mikä se on ja missä taajuusmuuttajaa käytetään, kerromme sinulle tässä artikkelissa.

Määritelmä

Taajuusmuuttaja on määritelmän mukaan elektroninen tehomuunnin vaihtovirran taajuuden muuttamiseksi. Mutta versiosta riippuen sekä jännitetaso että vaiheiden lukumäärä muuttuvat. Sinulle ei ehkä ole täysin selvää, miksi tällaista laitetta tarvitaan, mutta yritämme kertoa sinulle siitä yksinkertaisin sanoin.

Synkronisten ja asynkronisten moottoreiden (AM) akselin pyörimistaajuus riippuu staattorin magneettivuon pyörimistaajuudesta ja määritetään kaavalla:

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

missä n on IM-akselin kierrosten lukumäärä, p on napaparien lukumäärä, s on jättämä, f on vaihtovirran taajuus (RF - 50 Hz).

Yksinkertaisesti sanottuna roottorin nopeus riippuu taajuudesta ja napaparien lukumäärästä. Napaparien lukumäärä määräytyy staattorikäämien suunnittelun mukaan, ja virran taajuus verkossa on vakio. Siksi nopeuden säätelemiseksi voimme säätää taajuutta vain muuntimien avulla.

Laite

Ylläoleva huomioon ottaen muotoilemme uudelleen vastauksen kysymykseen, mikä se on:

Taajuusmuuttaja on elektroninen laite, jolla muutetaan vaihtovirran taajuutta, joten induktio- (ja synkronisen) sähkökoneen roottorin kierroslukua.

Voit nähdä tavanomaisen graafisen merkinnän GOST 2.737-68:n mukaisesti alla:

Sitä kutsutaan elektroniseksi, koska se perustuu puolijohdekytkinpiiriin. Toiminnallisista ominaisuuksista ja ohjaustyypistä riippuen sekä sähkökytkentäkaaviota että toiminta-algoritmia muutetaan.

Alla olevasta kaaviosta näet kuinka taajuusmuuttaja toimii:

Taajuusmuuttajan toimintaperiaate on seuraava:

• Verkkojännite syötetään tasasuuntaajaan 1 ja siitä tulee tasasuuntautunut sykkivä.
• Lohkossa 2 pulsaatiot tasoitetaan ja reaktiivinen komponentti kompensoidaan osittain.
• Lohko 3 on ryhmä tehokytkimiä, joita ohjausjärjestelmä (4) ohjaa käyttämällä pulssinleveysmodulaatiomenetelmää (PWM). Tämä rakenne mahdollistaa kaksitasoisen PWM-säädetyn jännitteen saavuttamisen lähdössä, joka tasoituksen jälkeen lähestyy sinimuotoista muotoa. Kallissa malleissa on sovelluksen löytynyt kolmitasoinen järjestelmä, jossa käytetään enemmän näppäimiä. Sen avulla voit saavuttaa sinimuotoisemman aaltomuodon. Puolijohdekytkiminä voidaan käyttää tyristoreita, kenttäefekti- tai IGBT-transistoreita. Viime aikoina kaksi viimeistä tyyppiä ovat kysytyimpiä ja suosituimpia tehokkuutensa, alhaisten hävikkiensä ja hallinnan helppouden vuoksi.
• PWM: n avulla muodostetaan haluttu jännitetaso yksinkertaisin sanoin - näin sinusoidi moduloidaan, kytkemällä vuorotellen päälle näppäinpareja, muodostaen verkkojännite.

Joten kuvailimme lyhyesti, kuinka sähkömoottorin taajuusmuuttaja toimii ja mistä se koostuu. Sitä käytetään toissijaisena virtalähteenä, eikä se vain ohjaa syöttöverkon virran muotoa, vaan muuntaa sen suuruuden ja taajuuden määritettyjen parametrien mukaisesti.

Chastotniki-tyypit ja laajuus

Valvontamenetelmät

Nopeudensäätö voidaan suorittaa eri tavoin, sekä asettamalla vaadittu taajuus että säätämällä. Taajuusvirittimet jaetaan kahteen tyyppiin ohjausmenetelmän mukaan:

1. Skalaarisäätö.
2. Vektoriohjauksella.

Ensimmäisen tyypin laitteet säätelevät taajuutta tietyn U / F-toiminnon mukaan, eli taajuuden mukana myös jännite muuttuu. Esimerkki tällaisesta jännitteen riippuvuudesta taajuudesta voidaan nähdä alla.

Se voi olla erilainen ja ohjelmoitu tietylle kuormitukselle, esimerkiksi puhaltimissa se ei ole lineaarinen, vaan muistuttaa paraabelihaaraa. Tämä toimintaperiaate pitää magneettivuon roottorin ja staattorin välisessä raossa lähes vakiona.

Skalaarisäädön ominaisuus on sen yleisyys ja suhteellisen helppokäyttöisyys. Useimmiten käytetään pumppuihin, puhaltimiin ja kompressoreihin. Tällaisia ​​taajuusmittareita käytetään usein, jos on tarpeen ylläpitää vakaa paine (tai muu parametri), se voi olla uppopumppuja kaivoille, jos harkitsemme kotikäyttöä.

Tuotannossa käyttöalue on laaja, esimerkiksi paineen säätö samoissa putkissa ja automaattisten ilmanvaihtojärjestelmien suorituskyky. Säätöalue on yleensä 1:10, yksinkertaisesti sanottuna maksiminopeus voi poiketa miniminopeudesta 10 kertaa. Algoritmien ja piirien toteutuksen erityispiirteistä johtuen tällaiset laitteet ovat yleensä halvempia, mikä on tärkein etu.

Haitat:

• Ei liian tarkka RPM-tuki.
• Hitaampi reagointi järjestelmän muutokseen.
• Useimmiten akselin vääntömomenttia ei voi ohjata.
• Kun nopeus kasvaa nimellisarvon yläpuolelle, moottorin akselin vääntömomentti laskee (eli kun nostamme taajuuden nimellisarvon 50 Hz yläpuolelle).

Jälkimmäinen johtuu siitä, että lähtöjännite riippuu taajuudesta, nimellistaajuudella, jännitteestä on yhtä suuri kuin verkko, ja taajuusmuuttajan yläpuolella "ei osaa", kaaviosta saattoi nähdä parillisen osan kaaviosta 50 Hz. On huomattava, että vääntömomentin riippuvuus taajuudesta, se putoaa 1 / f-lain mukaan, näkyy alla olevassa kaaviossa punaisella ja tehon riippuvuus taajuudesta sinisellä.

Vektoriohjatuilla taajuusmuuttajilla on erilainen toimintaperiaate, täällä ei vain jännite vastaa U / f-käyrää. Lähtöjännitteen ominaisuuksia muutetaan antureilta tulevien signaalien mukaan siten, että akselilla säilyy tietty vääntömomentti. Mutta miksi tarvitsemme tällaista valvontaa? Tarkempi ja nopeampi säätö ovat vektoriohjatun taajuusmuuttajan tunnusmerkkejä. Tämä on tärkeää sellaisissa mekanismeissa, joissa toimintaperiaate liittyy jyrkkään muutokseen toimeenpanoelimen kuormituksessa ja vääntömomentissa.

Tällainen kuormitus on tyypillinen sorveille ja muun tyyppisille työstökoneille, mukaan lukien CNC. Säätötarkkuus jopa 1,5 %, säätöalue - 1:100, lisää tarkkuutta nopeusantureilla jne. - 0,2 % ja 1: 10000.

Foorumeilla on mielipide, että nykyään hintaero vektori- ja skalaaritaajuusmuuttajien välillä on pienempi kuin oli aikaisempi (15-35% valmistajasta riippuen), ja tärkein ero on enemmän laiteohjelmistoa kuin piirit. Huomaa myös, että useimmat vektorimallit tukevat myös skalaariohjausta.

Edut:

• suuri vakaus ja tarkkuus;
• nopeampi reagointi kuormituksen muutoksiin ja suuri vääntömomentti alhaisella nopeudella;
• laajempi säätöalue.

Suurin haittapuoli on, että se on kalliimpaa kuin skalaarit.

Molemmissa tapauksissa taajuus voidaan asettaa manuaalisesti tai antureilla, esimerkiksi paineanturilla tai virtausmittarilla (pumppujen tapauksessa), potentiometrillä tai anturilla.

Kaikissa tai lähes kaikissa taajuusmuuttajissa on pehmeä käynnistystoiminto moottorille, mikä helpottaa moottoreiden käynnistämistä hätägeneraattoreista ilman, että ylikuormitusriski on pieni tai ei ollenkaan.

Vaiheiden lukumäärä

Taajuusmuuttajat eroavat vastemenetelmien lisäksi myös tulon ja lähdön vaiheiden lukumäärästä. Näin erotetaan taajuusmuuttajat, joissa on yksivaiheinen ja kolmivaiheinen tulo.

Samaan aikaan useimmat kolmivaiheiset mallit voidaan syöttää yhdestä vaiheesta, mutta tällä sovelluksella niiden teho pienenee 30-50%. Tämä johtuu diodien ja piirin muiden tehoelementtien sallitusta virtakuormasta. Yksivaiheisia malleja on saatavana jopa 3 kW tehoalueella.

Tärkeä! Huomaa, että yksivaiheisella liitännällä, jonka jännite on 220 V, on 3-vaiheinen lähtö 220 V: lla, ei 380 V: lla. Eli lineaarinen lähtö on täsmälleen 220 V, lyhyesti sanottuna. Tässä yhteydessä yleiset moottorit, joiden käämit on suunniteltu 380 / 220 V jännitteille, on kytkettävä kolmioon ja ne, jotka ovat 127 / 220 V - tähdellä.

Verkosta löydät monia "220 - 380 taajuusmuuttaja" -tyyppisiä tarjouksia - tämä on useimmissa tapauksissa markkinointia, myyjät kutsuvat mitä tahansa kolmea vaihetta "380V".

Saadaksesi todellista 380 V yhdestä vaiheesta, sinun on joko käytettävä yksivaiheista 220/380 muuntajaa (jos taajuusmuuttajan tulo suunniteltu tällaiselle jännitteelle) tai käytä erikoistunutta taajuusmuuttajaa, jossa on yksivaiheinen tulo ja 380 V kolmivaihe poistu.

Erillinen ja harvinaisempi taajuusmuuttajatyyppi ovat yksivaiheiset taajuusmuuttajat, joissa on yksivaiheinen 220-lähtö. Ne on suunniteltu ohjaamaan yksivaiheisia kondensaattorikäynnistysmoottoreita. Esimerkkejä tällaisista laitteista ovat:

• ERMAN ER-G-220-01
• INNVERT IDD

Kytkentäkaavio

Todellisuudessa, saadaksesi 3-vaiheisen lähdön 380 V taajuusmuuttajasta, sinun on kytkettävä 3 vaihetta 380 V tuloon:

Taajuusmuuttajan liitäntä yhteen vaiheeseen on sama, paitsi syöttöjohtojen liitäntä:

Kondensaattorilla varustetun moottorin yksivaiheinen taajuusmuuttaja (pumppu tai pienitehoinen puhallin) kytketään seuraavasti:

Kuten kaavioista voi nähdä, taajuusmuuttajassa on syöttöjohtojen ja moottorin johtojen lisäksi muita liittimiä, joihin anturit, kaukosäätimen painikkeet, väylät tietokoneeseen liittämistä varten (useammin RS-485 standardin mukaisia) ja muu. Tämä mahdollistaa moottorin ohjauksen ohuiden signaalijohtojen kautta, jolloin taajuusmuuttaja voidaan irrottaa sähköpaneelista.

Taajuuskäytöt ovat yleislaitteita, joiden tarkoituksena ei ole vain säätää nopeutta, vaan myös suojata sähkömoottoria virheellisiltä käyttötavilta ja virransyötöltä sekä ylikuormitukselta. Päätoiminnon lisäksi laitteet toteuttavat käyttöjen sujuvan käynnistyksen, mikä vähentää laitteiden kulumista ja sähköverkon kuormitusta. Useimpien taajuusmuuttajien toimintaperiaate ja parametrien asetussyvyys mahdollistavat energian säästämisen pumppujen ohjaus (aiemmin ohjausta ei suoritettu pumpun suorituskyvyn kustannuksella, vaan venttiilien avulla) ja muita laitteet.

Tähän päätämme asian käsittelyn. Toivomme, että artikkelin lukemisen jälkeen sinulle kävi selväksi, mikä taajuusmuuttaja on ja mihin se on tarkoitettu. Lopuksi suosittelemme katsomaan hyödyllisen videon aiheesta:

Et luultavasti tiedä:

• Kuinka mitata AC-taajuus
• Kuinka magneettikäynnistin toimii
• Kuinka valita taajuusmuuttaja teholle ja virralle