Konverter frekuensi: perangkat, prinsip operasi, tujuan

Karena penggerak listrik adalah salah satu cara utama untuk mekanisasi produksi dan tugas-tugas rumah tangga, dalam beberapa kasus perlu untuk menyesuaikan kecepatan motor listrik. Berbagai solusi teknis digunakan tergantung pada jenis dan prinsip operasinya. Salah satunya adalah konverter frekuensi. Apa itu dan di mana konverter frekuensi digunakan, kami akan memberi tahu Anda di artikel ini.

Definisi

Menurut definisi, konverter frekuensi adalah konverter daya elektronik untuk mengubah frekuensi arus bolak-balik. Tetapi tergantung pada versinya, level tegangan dan jumlah fase berubah. Mungkin tidak sepenuhnya jelas bagi Anda mengapa perangkat semacam itu diperlukan, tetapi kami akan mencoba memberi tahu Anda tentang hal itu dengan kata-kata sederhana.

Frekuensi putaran poros motor sinkron dan asinkron (AM) tergantung pada frekuensi putaran fluks magnet stator dan ditentukan oleh rumus:

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

di mana n adalah jumlah putaran poros IM, p adalah jumlah pasangan kutub, s adalah slip, f adalah frekuensi arus bolak-balik (untuk RF - 50 Hz).

Secara sederhana, kecepatan rotor tergantung pada frekuensi dan jumlah pasangan kutub. Jumlah pasangan kutub ditentukan oleh desain kumparan stator, dan frekuensi arus dalam jaringan adalah konstan. Oleh karena itu, untuk mengatur kecepatan, kita hanya dapat mengatur frekuensi dengan bantuan konverter.

Perangkat

Mempertimbangkan hal di atas, kami akan merumuskan kembali jawaban untuk pertanyaan apa itu:

Konverter frekuensi adalah perangkat elektronik untuk mengubah frekuensi arus bolak-balik, oleh karena itu, jumlah putaran rotor mesin listrik induksi (dan sinkron).

Anda dapat melihat penunjukan grafis konvensional menurut GOST 2.737-68 di bawah ini:

Disebut elektronik karena didasarkan pada rangkaian sakelar semikonduktor. Tergantung pada fitur fungsional dan jenis kontrol, baik diagram rangkaian listrik dan algoritma operasi akan dimodifikasi.

Pada diagram di bawah ini Anda dapat melihat cara kerja konverter frekuensi:

Prinsip pengoperasian konverter frekuensi adalah sebagai berikut:

• Tegangan listrik diterapkan ke penyearah 1 dan menjadi pulsa yang diperbaiki.
• Di blok 2, pulsasi dihaluskan dan komponen reaktif dikompensasi sebagian.
• Blok 3 adalah sekelompok sakelar daya yang dikendalikan oleh sistem kontrol (4) menggunakan metode modulasi lebar-pulsa (PWM). Desain ini memungkinkan untuk memperoleh tegangan yang diatur PWM dua tingkat pada output, yang, setelah dihaluskan, mendekati bentuk sinusoidal. Dalam model mahal, skema tiga tingkat telah menemukan aplikasi, di mana lebih banyak kunci digunakan. Ini memungkinkan Anda untuk mencapai bentuk gelombang yang lebih sinusoidal. Thyristor, transistor efek medan atau IGBT dapat digunakan sebagai sakelar semikonduktor. Baru-baru ini, dua jenis terakhir paling diminati dan populer karena efisiensinya, kerugian rendah, dan kemudahan manajemen.
• Dengan bantuan PWM, level tegangan yang diinginkan terbentuk, dengan kata sederhana - ini adalah bagaimana sinusoid dimodulasi, secara bergantian menyalakan pasangan kunci, membentuk tegangan saluran.

Jadi kami menjelaskan secara singkat bagaimana konverter frekuensi untuk motor listrik bekerja dan terdiri dari apa. Ini digunakan sebagai sumber daya sekunder dan tidak hanya mengontrol bentuk arus jaringan suplai, tetapi juga mengubah besarnya dan frekuensinya sesuai dengan parameter yang ditentukan.

Jenis chastotniki dan ruang lingkup

Metode kontrol

Kontrol kecepatan dapat dilakukan dengan berbagai cara, baik dengan cara mengatur frekuensi yang diperlukan maupun dengan cara pengaturan. Tuner frekuensi dibagi menjadi dua jenis menurut metode kontrol:

1. Kontrol skalar.
2. Dengan pengendalian vektor.

Perangkat jenis pertama mengatur frekuensi sesuai dengan fungsi U / F yang diberikan, yaitu seiring dengan frekuensi, tegangan juga berubah. Contoh ketergantungan tegangan pada frekuensi dapat dilihat di bawah ini.

Itu bisa berbeda dan diprogram untuk beban tertentu, misalnya, pada kipas tidak linier, tetapi menyerupai cabang parabola. Prinsip operasi ini menjaga fluks magnet di celah antara rotor dan stator hampir konstan.

Sebuah fitur dari kontrol skalar adalah prevalensi dan kemudahan implementasi relatif. Paling sering digunakan untuk pompa, kipas dan kompresor. Pengukur frekuensi seperti itu sering digunakan jika perlu untuk mempertahankan tekanan yang stabil (atau parameter lain), itu bisa menjadi pompa submersible untuk sumur, jika kita mempertimbangkan penggunaan rumah tangga.

Dalam produksi, ruang lingkup aplikasinya luas, misalnya, pengaturan tekanan di saluran pipa yang sama dan kinerja sistem ventilasi otomatis. Rentang kendali biasanya 1:10, dalam istilah sederhana, kecepatan maksimum dapat berbeda dari minimum sebanyak 10 kali. Karena kekhasan penerapan algoritma dan sirkuit, perangkat semacam itu biasanya lebih murah, yang merupakan keuntungan utama.

Kekurangan:

• Dukungan RPM tidak terlalu akurat.
• Respon yang lebih lambat terhadap perubahan rezim.
• Paling sering, tidak ada cara untuk mengontrol momen pada poros.
• Dengan peningkatan kecepatan di atas nominal, torsi pada poros motor turun (yaitu, ketika kita menaikkan frekuensi di atas nominal 50 Hz).

Yang terakhir ini disebabkan oleh fakta bahwa tegangan keluaran tergantung pada frekuensi, pada frekuensi pengenal, tegangan sama dengan jaringan, dan di atas konverter frekuensi "tidak tahu bagaimana" untuk menaikkan, pada grafik Anda dapat melihat bagian diagram yang genap setelahnya 50Hz. Perlu dicatat bahwa ketergantungan torsi pada frekuensi, itu jatuh sesuai dengan hukum 1 / f, ditunjukkan pada grafik di bawah ini dengan warna merah, dan ketergantungan daya pada frekuensi dengan warna biru.

Konverter frekuensi yang dikendalikan vektor memiliki prinsip operasi yang berbeda, di sini tidak hanya tegangan yang sesuai dengan kurva U / f. Karakteristik tegangan keluaran diubah sesuai dengan sinyal dari sensor, sehingga torsi tertentu dipertahankan pada poros. Tetapi mengapa kita membutuhkan kontrol semacam ini? Penyesuaian yang lebih akurat dan lebih cepat adalah keunggulan konverter frekuensi yang dikendalikan vektor. Ini penting dalam mekanisme seperti itu, di mana prinsip aksi dikaitkan dengan perubahan tajam pada beban dan torsi pada tubuh eksekutif.

Beban seperti itu khas untuk mesin bubut dan jenis peralatan mesin lainnya, termasuk CNC. Akurasi regulasi hingga 1,5%, rentang penyesuaian - 1: 100, untuk akurasi yang lebih baik dengan sensor kecepatan, dll. - 0,2% dan 1: 10000, masing-masing.

Ada pendapat di forum bahwa hari ini perbedaan harga antara penggerak frekuensi vektor dan skalar kurang dari sebelumnya (15-35% tergantung pada pabrikannya), dan perbedaan utamanya adalah lebih banyak firmware daripada sirkuit. Perhatikan juga bahwa sebagian besar model vektor juga mendukung kontrol skalar.

Keuntungan:

• stabilitas dan akurasi yang hebat;
• respons yang lebih cepat terhadap perubahan beban dan torsi tinggi pada kecepatan rendah;
• rentang regulasi yang lebih luas.

Kerugian utama adalah lebih mahal daripada skalar.

Dalam kedua kasus, frekuensi dapat diatur secara manual atau dengan sensor, misalnya, sensor tekanan atau pengukur aliran (dalam kasus pompa), potensiometer atau encoder.

Semua atau hampir semua konverter frekuensi memiliki fungsi soft start untuk motor, yang memudahkan untuk menghidupkan motor dari generator darurat dengan sedikit atau tanpa risiko kelebihan beban.

Jumlah fase

Selain metode respons, konverter frekuensi juga berbeda dalam jumlah fase pada input dan output. Inilah cara membedakan konverter frekuensi dengan input satu fase dan tiga fase.

Pada saat yang sama, sebagian besar model tiga fase dapat diberi daya dari satu fase, tetapi dengan aplikasi ini, dayanya berkurang hingga 30-50%. Ini disebabkan oleh beban arus yang diizinkan pada dioda dan elemen daya lainnya dari rangkaian. Model fase tunggal tersedia dalam rentang daya hingga 3 kW.

Penting! Harap dicatat bahwa dengan koneksi fase tunggal dengan tegangan ke input 220V, akan ada output 3 fase pada 220V, dan bukan pada 380V. Artinya, output linier akan persis 220V, singkatnya. Dalam hubungan ini, motor umum dengan belitan yang dirancang untuk tegangan 380 / 220V harus dihubungkan dalam segitiga, dan yang berada di 127 / 220V - dalam bentuk bintang.

Di jaringan Anda dapat menemukan banyak penawaran jenis "konverter frekuensi 220 hingga 380" - ini dalam banyak kasus pemasaran, penjual menyebut tiga fase "380V".

Untuk mendapatkan 380V nyata dari satu fase, Anda juga perlu menggunakan transformator 220/380 fase tunggal (jika input dari konverter frekuensi dirancang untuk tegangan seperti itu), atau gunakan konverter frekuensi khusus dengan input satu fase dan 380V tiga fase keluar.

Jenis konverter frekuensi yang terpisah dan lebih jarang adalah konverter frekuensi satu fase dengan output 220 fase tunggal. Mereka dirancang untuk mengontrol motor starter kapasitor fase tunggal. Contoh perangkat tersebut adalah:

• ERMAN ER-G-220-01
• id tidak tergantikan

Diagram koneksi

Pada kenyataannya, untuk mendapatkan output 3 fase dari konverter frekuensi 380V, Anda harus menghubungkan 3 fase 380V ke input:

Sambungan konverter frekuensi ke satu fasa adalah sama, kecuali untuk sambungan kabel suplai:

Konverter frekuensi satu fase untuk motor dengan kapasitor (pompa atau kipas berdaya rendah) dihubungkan sebagai berikut:

Seperti yang dapat Anda lihat dalam diagram, selain kabel suplai dan kabel ke motor, konverter frekuensi memiliki terminal lain, ke terminal tersebut. sensor, tombol panel kendali jarak jauh, bus untuk menghubungkan ke komputer (lebih sering dari standar RS-485) dan lainnya. Hal ini memungkinkan untuk mengontrol motor melalui kabel sinyal tipis, yang memungkinkan konverter frekuensi dilepas ke panel listrik.

Drive frekuensi adalah perangkat universal, yang tujuannya tidak hanya untuk menyesuaikan kecepatan, tetapi juga untuk melindungi motor listrik dari mode operasi dan catu daya yang salah, serta dari kelebihan beban. Selain fungsi utama, perangkat menerapkan start-up drive yang mulus, yang mengurangi keausan pada peralatan dan beban pada jaringan listrik. Prinsip operasi dan kedalaman pengaturan parameter dari sebagian besar konverter frekuensi memungkinkan Anda menghemat energi saat kontrol pompa (sebelumnya, kontrol dilakukan bukan dengan mengorbankan kinerja pompa, tetapi dengan bantuan katup) dan lainnya peralatan.

Di sinilah kami menyimpulkan pertimbangan kami tentang masalah ini. Kami berharap setelah membaca artikel menjadi jelas bagi Anda apa itu konverter frekuensi dan untuk apa. Terakhir, kami sarankan untuk menonton video yang bermanfaat tentang topik ini:

Anda mungkin tidak tahu:

• Bagaimana mengukur frekuensi AC
• Bagaimana cara kerja starter magnet?
• Bagaimana memilih konverter frekuensi untuk daya dan arus