Frekvensomformer: enhet, driftsprinsipp, formål

Siden den elektriske stasjonen er en av hovedmetodene for mekanisering av produksjon og husholdningsoppgaver, blir det i noen tilfeller nødvendig å justere hastigheten på elektriske motorer. Ulike tekniske løsninger brukes avhengig av deres type og operasjonsprinsipp. En av dem er en frekvensomformer. Hva det er og hvor frekvensomformeren brukes, vil vi fortelle deg i denne artikkelen.

Definisjon

Per definisjon er en frekvensomformer en elektronisk kraftomformer for å endre frekvensen til en vekselstrøm. Men avhengig av versjonen endres både spenningsnivået og antall faser. Det er kanskje ikke helt klart for deg hvorfor en slik enhet er nødvendig, men vi vil prøve å fortelle deg om det med enkle ord.

Akselrotasjonsfrekvensen til synkrone og asynkrone motorer (AM) avhenger av rotasjonsfrekvensen til statorens magnetiske fluks og bestemmes av formelen:

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

hvor n er antall omdreininger til IM-akselen, p er antall polpar, s er slip, f er frekvensen til vekselstrømmen (for RF - 50 Hz).

Enkelt sagt avhenger rotorhastigheten av frekvensen og antall polpar. Antall polpar bestemmes av utformingen av statorspolene, og frekvensen til strømmen i nettverket er konstant. Derfor, for å regulere hastigheten, kan vi kun regulere frekvensen ved hjelp av omformere.

Enhet

Med hensyn til ovenstående vil vi formulere på nytt svaret på spørsmålet om hva det er:

En frekvensomformer er en elektronisk enhet for å endre frekvensen til en vekselstrøm, derfor antall omdreininger til rotoren til en induksjon (og synkron) elektrisk maskin.

Du kan se den konvensjonelle grafiske betegnelsen i henhold til GOST 2.737-68 nedenfor:

Det kalles elektronisk fordi det er basert på en halvlederbryterkrets. Avhengig av funksjonsegenskapene og typen kontroll, vil både det elektriske kretsskjemaet og operasjonsalgoritmen bli endret.

I diagrammet nedenfor kan du se hvordan frekvensomformeren fungerer:

Prinsippet for drift av frekvensomformeren er som følger:

• Nettspenningen tilføres likeretter 1 og blir likerettet pulserende.
• I blokk 2 jevnes pulseringer ut og den reaktive komponenten kompenseres delvis.
• Blokk 3 er en gruppe strømbrytere styrt av kontrollsystemet (4) ved bruk av pulsbreddemodulasjonsmetoden (PWM). Denne utformingen gjør det mulig å oppnå en to-nivå PWM-regulert spenning ved utgangen, som etter utjevning nærmer seg en sinusformet form. I dyre modeller har en tre-nivå ordning funnet anvendelse, hvor flere nøkler brukes. Den lar deg oppnå en mer sinusformet bølgeform. Tyristorer, felteffekt- eller IGBT-transistorer kan brukes som halvlederbrytere. Nylig er de to siste typene mest etterspurt og populære på grunn av deres effektivitet, lave tap og enkle administrasjon.
• Ved hjelp av PWM dannes det ønskede spenningsnivået, i enkle ord - dette er hvordan en sinusoid moduleres, vekselvis slår på par med nøkler, danner linjespenning.

Så vi beskrev kort hvordan en frekvensomformer for en elektrisk motor fungerer og hva den består av. Den brukes som en sekundær strømkilde og kontrollerer ikke bare formen på strømforsyningsnettverket, men konverterer størrelsen og frekvensen i samsvar med de spesifiserte parametrene.

Typer chastotniki og omfang

Kontrollmetoder

Hastighetsreguleringen kan utføres på ulike måter, både ved innstilling av ønsket frekvens og ved regulering. Frekvenstunere er delt inn i to typer i henhold til kontrollmetoden:

1. Skalar kontroll.
2. Med vektorkontroll.

Enheter av den første typen regulerer frekvensen i henhold til en gitt U / F-funksjon, det vil si, sammen med frekvensen endres også spenningen. Et eksempel på en slik avhengighet av spenning på frekvens kan sees nedenfor.

Det kan være annerledes og programmert for en bestemt belastning, for eksempel på vifter er det ikke lineært, men ligner en parabelgren. Dette operasjonsprinsippet holder den magnetiske fluksen i gapet mellom rotoren og statoren nesten konstant.

Et trekk ved skalarkontroll er dens utbredelse og relative enkle implementering. Oftest brukt til pumper, vifter og kompressorer. Slike frekvensmålere brukes ofte hvis det er nødvendig å opprettholde et stabilt trykk (eller annen parameter), det kan være nedsenkbare pumper for brønner, hvis vi vurderer husholdningsbruk.

I produksjon er anvendelsesområdet bredt, for eksempel regulering av trykk i de samme rørledningene og ytelsen til automatiske ventilasjonssystemer. Reguleringsområdet er vanligvis 1:10, enkelt sagt kan maksimal hastighet avvike fra minimum med 10 ganger. På grunn av særegenhetene ved implementeringen av algoritmer og kretser, er slike enheter vanligvis billigere, noe som er den største fordelen.

Ulemper:

• Ikke for nøyaktig RPM-støtte.
• Langsommere respons på regimeskifte.
• Oftest er det ingen måte å kontrollere dreiemomentet på akselen.
• Med en økning i hastighet over det nominelle, synker dreiemomentet på motorakselen (det vil si når vi hever frekvensen over de nominelle 50 Hz).

Sistnevnte skyldes det faktum at utgangsspenningen avhenger av frekvensen, ved nominell frekvens, spenningen er lik nettverket, og over frekvensomformeren "vet ikke hvordan" skal heves, på grafen kunne du se en jevn del av diagrammet etter 50 Hz. Det skal bemerkes at avhengigheten av dreiemomentet på frekvensen, den faller i henhold til 1 / f-loven, er vist i grafen nedenfor i rødt, og kraftens avhengighet av frekvensen i blått.

Vektorstyrte frekvensomformere har et annet operasjonsprinsipp, her tilsvarer ikke bare spenningen U/f-kurven. Utgangsspenningens egenskaper endres i henhold til signalene fra sensorene, slik at et visst dreiemoment opprettholdes på akselen. Men hvorfor trenger vi denne typen kontroll? Mer nøyaktig og raskere justering er kjennetegnene til en vektorstyrt frekvensomformer. Dette er viktig i slike mekanismer, der handlingsprinsippet er forbundet med en skarp endring i belastningen og dreiemomentet på det utøvende organet.

En slik belastning er typisk for dreiebenker og andre typer verktøymaskiner, inkludert CNC. Reguleringsnøyaktighet opptil 1,5 %, justeringsområde - 1: 100, for større nøyaktighet med hastighetssensorer osv. - henholdsvis 0,2 % og 1: 10 000.

Det er en oppfatning på forumene at i dag er prisforskjellen mellom vektor- og skalarfrekvensomformere mindre enn var tidligere (15-35% avhengig av produsenten), og hovedforskjellen er mer fastvare enn kretsløp. Vær også oppmerksom på at de fleste vektormodeller også støtter skalarkontroll.

Fordeler:

• stor stabilitet og nøyaktighet;
• raskere respons på lastendringer og høyt dreiemoment ved lav hastighet;
• bredere reguleringsområde.

Den største ulempen er at den er dyrere enn skalære.

I begge tilfeller kan frekvensen stilles inn manuelt eller av sensorer, for eksempel en trykksensor eller en strømningsmåler (når det gjelder pumper), et potensiometer eller en koder.

Alle eller nesten alle frekvensomformere har en mykstartfunksjon for motoren, som gjør det enklere å starte motorer fra nødgeneratorer med liten eller ingen risiko for overbelastning.

Antall faser

I tillegg til metodene for respons, varierer frekvensomformere også i antall faser ved inngang og utgang. Slik skilles frekvensomformere med enfase- og trefaseinngang.

Samtidig kan de fleste trefasemodeller drives fra én fase, men med denne applikasjonen reduseres effekten til 30-50%. Dette skyldes den tillatte strømbelastningen på dioder og andre kraftelementer i kretsen. Enfasemodeller er tilgjengelige i et effektområde på opptil 3 kW.

Viktig! Vær oppmerksom på at med en enfase tilkobling med spenning til inngangen 220V, vil det være en utgang på 3 faser ved 220V, og ikke ved 380V. Det vil si at den lineære utgangen vil være nøyaktig 220V, kort sagt. I denne forbindelse må vanlige motorer med viklinger designet for spenninger på 380 / 220V kobles i en trekant, og de som er på 127 / 220V - i en stjerne.

På nettverket kan du finne mange tilbud av typen "220 til 380 frekvensomformer" - dette er i de fleste tilfeller markedsføring, selgere kaller alle tre faser "380V".

For å få ekte 380V fra én fase, må du enten bruke en enfaset 220/380 transformator (hvis inngangen til frekvensomformeren designet for en slik spenning), eller bruk en spesialisert frekvensomformer med enfaseinngang og 380V trefase exit.

En egen og mer sjelden type frekvensomformere er enfasede frekvensomformere med enfaset 220 utgang. De er designet for å kontrollere enfasede kondensatorstartmotorer. Eksempler på slike enheter er:

• ERMAN ER-G-220-01
• INNOVERT IDD

Tilkoblingsskjema

I virkeligheten, for å få en 3-fase utgang fra en 380V frekvensomformer, må du koble 3 faser på 380V til inngangen:

Tilkoblingen av frekvensomformeren til en fase er den samme, bortsett fra tilkoblingen av tilførselsledningene:

En enfaset frekvensomformer for en motor med en kondensator (pumpe eller laveffektvifte) er koblet til som følger:

Som du kunne se i diagrammene, i tillegg til tilførselsledningene og ledningene til motoren, har frekvensomformeren andre terminaler, til dem sensorer, knapper på fjernkontrollpanelet, busser for tilkobling til en datamaskin (oftere av RS-485-standarden) og annen. Dette gjør det mulig å styre motoren gjennom tynne signalledninger, som gjør at frekvensomformeren kan fjernes til det elektriske panelet.

Frekvensomformere er universelle enheter, hvis formål ikke bare er å justere hastigheten, men også å beskytte den elektriske motoren mot feil driftsmodus og strømforsyning, så vel som mot overbelastning. I tillegg til hovedfunksjonen implementerer enhetene en jevn oppstart av drivverk, noe som reduserer slitasje på utstyr og belastningen på strømnettet. Driftsprinsippet og dybden for innstilling av parametrene til de fleste frekvensomformere lar deg spare energi når kontroll av pumper (tidligere ble kontroll utført ikke på bekostning av pumpeytelsen, men ved hjelp av ventiler) og andre utstyr.

Det er her vi avslutter vår vurdering av problemstillingen. Vi håper at etter å ha lest artikkelen ble det klart for deg hva en frekvensomformer er og hva den er for. Til slutt anbefaler vi å se en nyttig video om emnet:

Du vet sannsynligvis ikke:

• Hvordan måle AC-frekvens
• Hvordan fungerer en magnetisk starter
• Hvordan velge en frekvensomformer for strøm og strøm