Frekans dönüştürücü: cihaz, çalışma prensibi, amaç

Elektrikli tahrik, üretim ve ev işlerini mekanize etmenin ana yöntemlerinden biri olduğundan, bazı durumlarda elektrik motorlarının hızını ayarlamak gerekli hale gelir. Türlerine ve çalışma prensiplerine göre çeşitli teknik çözümler kullanılmaktadır. Bunlardan biri bir frekans dönüştürücüdür. Frekans dönüştürücünün ne olduğunu ve nerelerde kullanıldığını bu yazımızda sizlere anlatacağız.

Tanım

Tanım olarak, bir frekans dönüştürücü, alternatif bir akımın frekansını değiştirmek için bir elektronik güç dönüştürücüdür. Ancak versiyona bağlı olarak hem voltaj seviyesi hem de faz sayısı değişir. Böyle bir cihaza neden ihtiyaç duyulduğu sizin için tam olarak net olmayabilir, ancak bunu size basit kelimelerle anlatmaya çalışacağız.

Senkron ve asenkron motorların (AM) mil dönüş frekansı, stator manyetik akısının dönüş frekansına bağlıdır ve aşağıdaki formülle belirlenir:

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

burada n IM milinin devir sayısıdır, p kutup çiftlerinin sayısıdır, s kaymadır, f alternatif akımın frekansıdır (RF - 50 Hz için).

Basit bir ifadeyle, rotor hızı frekansa ve kutup çiftlerinin sayısına bağlıdır. Kutup çiftlerinin sayısı, stator bobinlerinin tasarımı ile belirlenir ve ağdaki akımın frekansı sabittir. Bu nedenle hızı düzenlemek için sadece dönüştürücüler yardımıyla frekansı düzenleyebiliriz.

Cihaz

Yukarıdakileri dikkate alarak, nedir sorusunun cevabını yeniden formüle edeceğiz:

Bir frekans dönüştürücü, alternatif bir akımın frekansını, dolayısıyla bir endüksiyon (ve senkron) elektrik makinesinin rotorunun devir sayısını değiştirmek için elektronik bir cihazdır.

Aşağıdaki GOST 2.737-68'e göre geleneksel grafik atamasını görebilirsiniz:

Yarı iletken bir anahtar devresine dayandığı için elektronik olarak adlandırılır. Fonksiyonel özelliklere ve kontrol tipine bağlı olarak hem elektrik devre şeması hem de çalışma algoritması değiştirilecektir.

Aşağıdaki şemada frekans dönüştürücünün nasıl çalıştığını görebilirsiniz:

Frekans dönüştürücünün çalışma prensibi aşağıdaki gibidir:

• Şebeke voltajı, doğrultucu 1'e uygulanır ve doğrultucu titreşimli hale gelir.
• Blok 2'de titreşimler yumuşatılır ve reaktif bileşen kısmen telafi edilir.
• Blok 3, darbe genişlik modülasyonu (PWM) yöntemi kullanılarak kontrol sistemi (4) tarafından kontrol edilen bir grup güç anahtarıdır. Bu tasarım, çıkışta düzleştirmeden sonra sinüzoidal bir forma yaklaşan iki seviyeli PWM ayarlı bir voltaj elde etmeyi mümkün kılar. Pahalı modellerde, daha fazla anahtarın kullanıldığı üç seviyeli bir şema uygulama buldu. Daha sinüzoidal bir dalga formu elde etmenizi sağlar. Yarı iletken anahtarlar olarak tristörler, alan etkili veya IGBT transistörler kullanılabilir. Son zamanlarda, son iki tür, verimlilikleri, düşük kayıpları ve yönetim kolaylığı nedeniyle en çok talep gören ve popüler olanlardır.
• PWM'nin yardımıyla, basit bir deyişle, istenen voltaj seviyesi oluşturulur - bir sinüzoid bu şekilde modüle edilir, dönüşümlü olarak anahtar çiftlerini açar, oluşturur hat voltajı.

Bu nedenle, bir elektrik motoru için bir frekans dönüştürücünün nasıl çalıştığını ve nelerden oluştuğunu kısaca açıkladık. İkincil bir güç kaynağı olarak kullanılır ve sadece besleme şebekesi akımının şeklini kontrol etmekle kalmaz, aynı zamanda belirtilen parametrelere göre büyüklüğünü ve frekansını da dönüştürür.

Chastotniki türleri ve kapsamı

Kontrol yöntemleri

Hız kontrolü, hem gerekli frekansın ayarlanması yoluyla hem de regülasyon yoluyla farklı şekillerde gerçekleştirilebilir. Frekans tunerleri, kontrol yöntemine göre iki tipe ayrılır:

1. Skaler kontrol.
2. Vektör kontrolü ile.

Birinci tip cihazlar, frekansı belirli bir U / F işlevine göre düzenler, yani frekansla birlikte voltaj da değişir. Voltajın frekansa böyle bir bağımlılığının bir örneği aşağıda görülebilir.

Farklı olabilir ve belirli bir yük için programlanabilir, örneğin fanlarda doğrusal değildir, ancak bir parabol dalına benzer. Bu çalışma prensibi, rotor ve stator arasındaki boşluktaki manyetik akıyı neredeyse sabit tutar.

Skaler kontrolün bir özelliği, yaygınlığı ve göreceli uygulama kolaylığıdır. En sık pompalar, fanlar ve kompresörler için kullanılır. Bu tür frekans ölçerler, sabit bir basıncın (veya başka bir parametrenin) korunması gerektiğinde sıklıkla kullanılır, ev içi kullanımı düşünürsek, kuyular için dalgıç pompalar olabilir.

Üretimde, uygulama kapsamı geniştir, örneğin aynı boru hatlarındaki basıncın düzenlenmesi ve otomatik havalandırma sistemlerinin performansı. Kontrol aralığı genellikle 1:10'dur, basit bir ifadeyle, maksimum hız minimumdan 10 kat farklı olabilir. Algoritmaların ve devrelerin uygulanmasının özellikleri nedeniyle, bu tür cihazlar genellikle daha ucuzdur, bu da ana avantajdır.

Dezavantajları:

• Çok doğru RPM desteği değil.
• Rejim değişikliğine daha yavaş tepki.
• Çoğu zaman, şaft üzerindeki anı kontrol etmenin bir yolu yoktur.
• Nominal hızın üzerinde bir hız artışı ile motor şaftındaki tork düşer (yani frekansı nominal 50 Hz'nin üzerine çıkardığımızda).

İkincisi, çıkış voltajının frekansa, nominal frekansta, voltaja bağlı olmasından kaynaklanmaktadır. ağa eşittir ve frekans dönüştürücünün üstünde "nasıl yükseltileceğini bilmiyor", grafikte sonra diyagramın eşit bir bölümünü görebiliyordunuz 50 Hz. Torkun frekansa bağımlılığının, 1 / f yasasına göre düştüğü, aşağıdaki grafikte kırmızı, gücün frekansa bağımlılığının mavi olarak gösterildiğine dikkat edilmelidir.

Vektör kontrollü frekans dönüştürücüler farklı bir çalışma prensibine sahiptir, burada sadece voltaj U/f eğrisine karşılık gelmez. Çıkış voltajının özellikleri, sensörlerden gelen sinyallere göre değiştirilir, böylece mil üzerinde belirli bir tork korunur. Ama neden bu tür bir kontrole ihtiyacımız var? Daha doğru ve daha hızlı ayarlama, vektör kontrollü bir frekans dönüştürücünün ayırt edici özellikleridir. Bu, eylem ilkesinin yürütme organı üzerindeki yük ve torktaki keskin bir değişiklikle ilişkili olduğu bu tür mekanizmalarda önemlidir.

Böyle bir yük, torna tezgahları ve CNC de dahil olmak üzere diğer takım tezgahları için tipiktir. %1,5'e kadar düzenleme doğruluğu, hız sensörleri vb. ile daha fazla doğruluk için ayar aralığı - 1: 100. - sırasıyla %0,2 ve 1:10000.

Forumlarda, bugün vektör ve skaler frekans sürücüleri arasındaki fiyat farkının daha az olduğuna dair bir görüş var. daha önceydi (üreticiye bağlı olarak %15-35) ve ana fark, devre. Ayrıca çoğu vektör modelinin skaler kontrolü de desteklediğine dikkat edin.

Avantajlar:

• büyük kararlılık ve doğruluk;
• yük değişikliklerine daha hızlı tepki ve düşük hızda yüksek tork;
• daha geniş düzenleme aralığı.

Ana dezavantajı, skaler olanlardan daha pahalı olmasıdır.

Her iki durumda da frekans manuel olarak veya örneğin bir basınç sensörü veya bir akış ölçer (pompa olması durumunda), bir potansiyometre veya bir kodlayıcı gibi sensörler tarafından ayarlanabilir.

Tüm veya hemen hemen tüm frekans dönüştürücüler, motor için yumuşak başlatma işlevine sahiptir ve bu, aşırı yüklenme riski çok az veya hiç olmadan acil durum jeneratörlerinden motorların çalıştırılmasını kolaylaştırır.

Aşama sayısı

Yanıt yöntemlerine ek olarak, frekans dönüştürücüler giriş ve çıkıştaki faz sayısı bakımından da farklılık gösterir. Tek fazlı ve üç fazlı girişli frekans dönüştürücüler bu şekilde ayırt edilir.

Aynı zamanda, çoğu üç fazlı modele tek fazdan güç verilebilir, ancak bu uygulama ile güçleri %30-50'ye düşürülür. Bu, diyotlar ve devrenin diğer güç elemanları üzerindeki izin verilen akım yükünden kaynaklanmaktadır. Tek fazlı modeller 3 kW'a kadar güç aralığında mevcuttur.

Önemli! Lütfen 220V girişine voltaj ile tek fazlı bir bağlantıyla, 380V'da değil, 220V'de 3 fazlı bir çıkış olacağını unutmayın. Yani lineer çıkış kısacası tam olarak 220V olacaktır. Bu bağlamda, 380 / 220V voltajlar için tasarlanmış sargılı ortak motorlar bir üçgene ve 127 / 220V'de olanlar bir yıldıza bağlanmalıdır.

Ağda "220 - 380 frekans dönüştürücü" türünde birçok teklif bulabilirsiniz - bu çoğu durumda pazarlamadır, satıcılar herhangi bir üç fazı "380V" olarak adlandırır.

Bir fazdan gerçek 380V elde etmek için ya tek fazlı 220/380 transformatör kullanmanız gerekir (eğer frekans dönüştürücünün girişi böyle bir voltaj için tasarlanmıştır) veya tek fazlı giriş ve 380V üç fazlı özel bir frekans dönüştürücü kullanın çıkış.

Ayrı ve daha nadir bir frekans dönüştürücü türü, tek fazlı 220 çıkışlı tek fazlı frekans dönüştürücülerdir. Tek fazlı kapasitör marş motorlarını kontrol etmek için tasarlanmıştır. Bu tür cihazlara örnekler:

• ERMAN ER-G-220-01
• INNOVERT IDD

Bağlantı şeması

Gerçekte, bir 380V frekans dönüştürücüden 3 fazlı bir çıkış elde etmek için, girişe 3 faz 380V bağlamanız gerekir:

Frekans dönüştürücünün bir faza bağlantısı, besleme kablolarının bağlantısı dışında aynıdır:

Kondansatörlü (pompa veya düşük güçlü fan) bir motor için tek fazlı bir frekans dönüştürücü aşağıdaki şekilde bağlanır:

Şemalarda görebileceğiniz gibi, motora giden besleme kablolarına ve kablolara ek olarak, frekans dönüştürücünün başka terminalleri vardır. sensörler, uzaktan kumanda panelinin düğmeleri, bir bilgisayara bağlanmak için veri yolları (genellikle RS-485 standardında) ve başka. Bu, motorun ince sinyal kabloları aracılığıyla kontrol edilmesini mümkün kılar, bu da frekans dönüştürücünün elektrik panosuna çıkarılmasını sağlar.

Frekans sürücüleri, amacı yalnızca hızı ayarlamak değil, aynı zamanda elektrik motorunu yanlış çalışma modlarından ve güç kaynağından ve ayrıca aşırı yükten korumak olan evrensel cihazlardır. Ana işleve ek olarak, cihazlar, ekipmanın aşınmasını ve elektrik şebekesindeki yükü azaltan, sürücülerin sorunsuz bir şekilde başlatılmasını sağlar. Çoğu frekans dönüştürücünün çalışma prensibi ve parametrelerini ayarlama derinliği, aşağıdaki durumlarda enerji tasarrufu yapmanızı sağlar. pompaların kontrolü (önceden kontrol, pompa performansı pahasına değil, vanaların yardımıyla gerçekleştiriliyordu) ve diğer teçhizat.

Konuyla ilgili değerlendirmemizi burada sonlandırıyoruz. Makaleyi okuduktan sonra, bir frekans dönüştürücünün ne olduğu ve ne için olduğu sizin için netleştiğini umuyoruz. Son olarak, konuyla ilgili faydalı bir video izlemenizi öneririz:

Muhtemelen bilmiyorsunuz:

• AC frekansı nasıl ölçülür
• Manyetik yolverici nasıl çalışır?
• Güç ve akım için bir frekans dönüştürücü nasıl seçilir