Deoarece acționarea electrică este una dintre principalele modalități de mecanizare a producției și a sarcinilor casnice, în unele cazuri devine necesară reglarea vitezei motoarelor electrice. Sunt utilizate diverse soluții tehnice în funcție de tipul și principiul lor de funcționare. Unul dintre ele este un convertor de frecvență. Ce este și unde este folosit convertizorul de frecvență, vă vom spune în acest articol.
Conţinut:
- Definiție
- Dispozitiv
- Tipuri de chastotniki și domeniul de aplicare
- Metode de control
- Numărul de faze
- Schema de conectare
Definiție
Prin definiție, un convertor de frecvență este un convertor electronic de putere pentru schimbarea frecvenței unui curent alternativ. Dar, în funcție de versiune, se modifică atât nivelul de tensiune, cât și numărul de faze. Este posibil să nu vă fie complet clar de ce este necesar un astfel de dispozitiv, dar vom încerca să vă spunem despre el în cuvinte simple.
Frecvența de rotație a arborelui motoarelor sincrone și asincrone (AM) depinde de frecvența de rotație a fluxului magnetic al statorului și este determinată de formula:
n = (60 * F / p) * (1-S),
unde n este numărul de rotații ale arborelui IM, p este numărul de perechi de poli, s este alunecarea, f este frecvența curentului alternativ (pentru RF - 50 Hz).
În termeni simpli, viteza rotorului depinde de frecvență și de numărul de perechi de poli. Numărul de perechi de poli este determinat de proiectarea bobinelor statorului, iar frecvența curentului în rețea este constantă. Prin urmare, pentru a regla viteza, nu putem regla decât frecvența cu ajutorul convertoarelor.
Dispozitiv
Ținând cont de cele de mai sus, vom formula din nou răspunsul la întrebarea ce este:
Un convertor de frecvență este un dispozitiv electronic pentru modificarea frecvenței unui curent alternativ, prin urmare, a numărului de rotații ale rotorului unei mașini electrice cu inducție (și sincronă).
Puteți vedea mai jos denumirea grafică convențională conform GOST 2.737-68:
Se numește electronic deoarece se bazează pe un circuit comutator cu semiconductor. În funcție de caracteristicile funcționale și de tipul controlului, se vor modifica atât schema circuitului electric, cât și algoritmul de funcționare.
În diagrama de mai jos puteți vedea cum funcționează convertorul de frecvență:
Principiul de funcționare al convertizorului de frecvență este următorul:
- Tensiunea de rețea este aplicată redresorului 1 și devine redresată pulsatorie.
- În blocul 2, pulsațiile sunt netezite și componenta reactivă este parțial compensată.
- Blocul 3 este un grup de comutatoare de putere controlate de sistemul de control (4) folosind metoda de modulare a lățimii impulsului (PWM). Acest design face posibilă obținerea unei tensiuni reglate PWM pe două niveluri la ieșire, care, după netezire, se apropie de o formă sinusoidală. În modelele scumpe, o schemă cu trei niveluri și-a găsit aplicație, unde sunt folosite mai multe chei. Vă permite să obțineți o formă de undă mai sinusoidală. Tiristoarele, tranzistoarele cu efect de câmp sau IGBT pot fi utilizate ca comutatoare semiconductoare. Recent, ultimele două tipuri sunt cele mai căutate și populare datorită eficienței, pierderilor reduse și ușurinței de gestionare.
- Cu ajutorul PWM, se formează nivelul de tensiune dorit, în cuvinte simple - așa se modulează un sinusoid, pornind alternativ perechi de taste, formând tensiunea de linie.
Așa că am descris pe scurt cum funcționează un convertor de frecvență pentru un motor electric și în ce constă. Este folosit ca sursă de alimentare secundară și nu controlează doar forma curentului de rețea, ci îi convertește magnitudinea și frecvența în conformitate cu parametrii specificați.
Tipuri de chastotniki și domeniul de aplicare
Metode de control
Controlul vitezei poate fi efectuat în diferite moduri, atât prin modul de setare a frecvenței necesare, cât și prin modul de reglare. Tunerele de frecvență sunt împărțite în două tipuri în funcție de metoda de control:
- Control scalar.
- Cu control vectorial.
Dispozitivele de primul tip reglează frecvența în funcție de o funcție U / F dată, adică odată cu frecvența, se modifică și tensiunea. Un exemplu de astfel de dependență a tensiunii de frecvență poate fi văzut mai jos.
Poate fi diferit și programat pentru o sarcină specifică, de exemplu, pe ventilatoare nu este liniar, dar seamănă cu o ramură de parabolă. Acest principiu de funcționare menține aproape constant fluxul magnetic în spațiul dintre rotor și stator.
O caracteristică a controlului scalar este prevalența și ușurința relativă de implementare. Cel mai adesea folosit pentru pompe, ventilatoare și compresoare. Astfel de contoare de frecvență sunt adesea folosite dacă este necesar să se mențină o presiune stabilă (sau alt parametru), pot fi pompe submersibile pentru puțuri, dacă luăm în considerare uzul casnic.
În producție, domeniul de aplicare este larg, de exemplu, reglarea presiunii în aceleași conducte și performanța sistemelor de ventilație automată. Intervalul de control este de obicei 1:10, în termeni simpli, viteza maximă poate diferi de cea minimă de 10 ori. Datorită particularităților implementării algoritmilor și circuitelor, astfel de dispozitive sunt de obicei mai ieftine, ceea ce este principalul avantaj.
Dezavantaje:
- Suport RPM nu prea precis.
- Răspuns mai lent la schimbarea regimului.
- Cel mai adesea, nu există nicio modalitate de a controla cuplul pe arbore.
- Cu o creștere a vitezei peste valoarea nominală, cuplul de pe arborele motorului scade (adică atunci când creștem frecvența peste valoarea nominală de 50 Hz).
Aceasta din urmă se datorează faptului că tensiunea de ieșire depinde de frecvența, la frecvența nominală, tensiunea este egal cu rețeaua, iar deasupra convertorului de frecvență „nu știe cum”, pe grafic puteai vedea o parte uniformă a diagramei după 50 Hz. Trebuie remarcat faptul că dependența cuplului de frecvență, se încadrează în conformitate cu legea 1 / f, este prezentată în graficul de mai jos cu roșu, iar dependența puterii de frecvență în albastru.
Convertizoarele de frecvență controlate vectorial au un principiu diferit de funcționare, aici nu numai tensiunea corespunde curbei U / f. Caracteristicile tensiunii de ieșire sunt modificate în funcție de semnalele de la senzori, astfel încât pe arbore să se mențină un anumit cuplu. Dar de ce avem nevoie de acest tip de control? Reglaje mai precise și mai rapide sunt caracteristicile unui convertor de frecvență controlat vectorial. Acest lucru este important în astfel de mecanisme, în care principiul de acțiune este asociat cu o schimbare bruscă a sarcinii și a cuplului asupra corpului executiv.
O astfel de sarcină este tipică pentru strunguri și alte tipuri de mașini-unelte, inclusiv CNC. Precizie de reglare de până la 1,5%, interval de reglare - 1: 100, pentru o precizie mai mare cu senzori de viteză etc. - 0,2% și respectiv 1: 10000.
Există o opinie pe forumuri că astăzi diferența de preț între unitățile de frecvență vectoriale și scalare este mai mică decât a fost mai devreme (15-35% în funcție de producător), iar principala diferență este mai mult firmware decât circuite. De asemenea, rețineți că majoritatea modelelor vectoriale acceptă și control scalar.
Avantaje:
- mare stabilitate și precizie;
- răspuns mai rapid la schimbările de sarcină și cuplu mare la viteză mică;
- interval de reglementare mai larg.
Principalul dezavantaj este că este mai scump decât cele scalare.
În ambele cazuri, frecvența poate fi setată manual sau prin senzori, de exemplu, un senzor de presiune sau un debitmetru (în cazul pompelor), un potențiometru sau un encoder.
Toate sau aproape toate convertizoarele de frecvență au o funcție de pornire ușoară a motorului, ceea ce face mai ușoară pornirea motoarelor de la generatoarele de urgență cu risc redus sau deloc de suprasarcină.
Numărul de faze
Pe lângă metodele de răspuns, convertoarele de frecvență diferă și prin numărul de faze la intrare și la ieșire. Așa se disting convertoarele de frecvență cu intrare monofazată și trifazată.
În același timp, majoritatea modelelor trifazate pot fi alimentate dintr-o fază, dar cu această aplicație puterea lor este redusă la 30-50%. Acest lucru se datorează încărcării curente admisibile pe diode și alte elemente de putere ale circuitului. Modelele monofazate sunt disponibile într-o gamă de putere de până la 3 kW.
Important! Vă rugăm să rețineți că, cu o conexiune monofazată cu o tensiune la intrarea de 220V, va exista o ieșire de 3 faze la 220V, și nu la 380V. Adică, ieșirea liniară va fi exact 220V, pe scurt. În acest sens, motoarele comune cu înfășurări proiectate pentru tensiuni de 380 / 220V trebuie conectate într-un triunghi, iar cele care sunt la 127 / 220V - în stea.
Pe rețea puteți găsi multe oferte de tip „convertor de frecvență 220 la 380” - acesta este în majoritatea cazurilor marketing, vânzătorii numesc orice trei faze „380V”.
Pentru a obține 380V real dintr-o fază, fie trebuie să utilizați un transformator monofazat 220/380 (dacă intrarea convertizorului de frecvență proiectat pentru o astfel de tensiune) sau utilizați un convertor de frecvență specializat cu o intrare monofazată și 380V trifazat Ieșire.
Un tip separat și mai rar de convertoare de frecvență sunt convertoarele de frecvență monofazate cu o ieșire monofazată 220. Sunt proiectate pentru a controla motoarele monofazate de pornire a condensatorului. Exemple de astfel de dispozitive sunt:
- ERMAN ER-G-220-01
- INNOVERT IDD
Schema de conectare
În realitate, pentru a obține o ieșire trifazată de la un convertor de frecvență de 380 V, trebuie să conectați 3 faze de 380 V la intrare:
Conexiunea convertizorului de frecvență la o fază este aceeași, cu excepția conexiunii cablurilor de alimentare:
Un convertor de frecvență monofazat pentru un motor cu un condensator (pompă sau ventilator de putere redusă) este conectat după cum urmează:
După cum ați putut vedea în diagrame, pe lângă firele de alimentare și firele de la motor, convertizorul de frecvență are și alte terminale, la acestea senzori, butoane ale panoului de control de la distanță, magistrale pentru conectarea la un computer (mai des din standardul RS-485) și alte. Acest lucru face posibilă controlul motorului prin fire de semnal subțiri, ceea ce permite ca convertizorul de frecvență să fie scos la tabloul electric.
Unitățile de frecvență sunt dispozitive universale, al căror scop este nu numai reglarea vitezei, ci și protejarea motorului electric de moduri de funcționare și alimentare incorecte, precum și de suprasarcină. Pe lângă funcția principală, dispozitivele implementează o pornire lină a unităților, ceea ce reduce uzura echipamentelor și sarcina rețelei electrice. Principiul de funcționare și adâncimea de setare a parametrilor majorității convertoarelor de frecvență vă permit să economisiți energie atunci când controlul pompelor (anterior, controlul era efectuat nu în detrimentul performanței pompei, ci cu ajutorul supapelor) și alte echipamente.
Aici încheiem analiza noastră asupra problemei. Sperăm că după citirea articolului ți-a devenit clar ce este un convertor de frecvență și pentru ce este acesta. În cele din urmă, vă recomandăm să vizionați un videoclip util pe această temă:
Probabil că nu știi:
- Cum se măsoară frecvența AC
- Cum funcționează un starter magnetic
- Cum să alegi un convertor de frecvență pentru putere și curent
