Pretvarač frekvencije: uređaj, princip rada, namjena

Budući da je električni pogon jedna od glavnih metoda mehanizacije proizvodnje i kućanskih poslova, u nekim slučajevima postaje potrebno prilagoditi brzinu elektromotora. Koriste se različita tehnička rješenja ovisno o njihovoj vrsti i principu rada. Jedan od njih je frekventni pretvarač. Što je to i gdje se koristi pretvarač frekvencije, reći ćemo vam u ovom članku.

Definicija

Po definiciji, frekventni pretvarač je elektronički pretvarač snage za promjenu frekvencije izmjenične struje. No, ovisno o verziji, mijenjaju se i razina napona i broj faza. Možda vam nije sasvim jasno zašto je takav uređaj potreban, ali pokušat ćemo vam reći o tome jednostavnim riječima.

Frekvencija vrtnje osovine sinkronih i asinkronih motora (AM) ovisi o frekvenciji rotacije magnetskog toka statora i određena je formulom:

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

gdje je n broj okretaja IM osovine, p je broj parova polova, s je klizanje, f je frekvencija izmjenične struje (za RF - 50 Hz).

Jednostavno rečeno, brzina rotora ovisi o frekvenciji i broju parova polova. Broj parova polova određen je konstrukcijom zavojnica statora, a frekvencija struje u mreži je konstantna. Stoga, da bismo regulirali brzinu, frekvenciju možemo regulirati samo uz pomoć pretvarača.

Uređaj

Uzimajući u obzir gore navedeno, iznova ćemo formulirati odgovor na pitanje što je to:

Pretvarač frekvencije je elektronički uređaj za promjenu frekvencije izmjenične struje, dakle, broja okretaja rotora indukcijskog (i sinkronog) električnog stroja.

U nastavku možete vidjeti konvencionalnu grafičku oznaku prema GOST 2.737-68:

Naziva se elektroničkim jer se temelji na poluvodičkom sklopnom krugu. Ovisno o funkcionalnim značajkama i vrsti upravljanja, mijenjat će se i dijagram električnog kruga i algoritam rada.

Na donjem dijagramu možete vidjeti kako radi pretvarač frekvencije:

Princip rada frekventnog pretvarača je sljedeći:

• Mrežni napon se primjenjuje na ispravljač 1 i postaje ispravljen pulsirajući.
• U bloku 2 pulsacije su izglađene, a reaktivna komponenta je djelomično kompenzirana.
• Blok 3 je skupina prekidača snage kojima upravlja upravljački sustav (4) primjenom metode pulsno-širinske modulacije (PWM). Ovaj dizajn omogućuje dobivanje dvostupanjskog PWM reguliranog napona na izlazu, koji se nakon izglađivanja približava sinusoidnom obliku. U skupim modelima, shema na tri razine našla je primjenu, gdje se koristi više tipki. Omogućuje vam postizanje sinusoidnijeg valnog oblika. Tiristori, poljski ili IGBT tranzistori mogu se koristiti kao poluvodički prekidači. Nedavno su posljednje dvije vrste najtraženije i popularne zbog svoje učinkovitosti, niskih gubitaka i jednostavnosti upravljanja.
• Uz pomoć PWM-a formira se željena razina napona, jednostavnim riječima - tako se modulira sinusoida, naizmjenično uključuje parove ključeva, formirajući linijski napon.

Tako smo ukratko opisali kako funkcionira frekventni pretvarač za elektromotor i od čega se sastoji. Koristi se kao sekundarni izvor napajanja i ne kontrolira samo oblik struje opskrbne mreže, već pretvara njenu veličinu i frekvenciju u skladu s navedenim parametrima.

Vrste chastotniki i opseg

Metode kontrole

Regulacija brzine se može provoditi na različite načine, kako načinom postavljanja potrebne frekvencije tako i načinom regulacije. Frekvencijski tuneri su podijeljeni u dvije vrste prema načinu upravljanja:

1. Skalarna kontrola.
2. S vektorskom kontrolom.

Uređaji prvog tipa reguliraju frekvenciju prema zadanoj U / F funkciji, odnosno uz frekvenciju se mijenja i napon. Primjer takve ovisnosti napona o frekvenciji može se vidjeti u nastavku.

Može biti različit i programiran za određeno opterećenje, na primjer, na ventilatorima nije linearan, već podsjeća na granu parabole. Ovaj princip rada održava magnetski tok u razmaku između rotora i statora gotovo konstantnim.

Značajka skalarnog upravljanja je njegova rasprostranjenost i relativna jednostavnost implementacije. Najčešće se koristi za pumpe, ventilatore i kompresore. Takvi mjerači frekvencije često se koriste ako je potrebno održavati stabilan tlak (ili neki drugi parametar), to mogu biti potopljene pumpe za bunare, ako uzmemo u obzir kućnu upotrebu.

U proizvodnji je opseg primjene širok, na primjer, regulacija tlaka u istim cjevovodima i izvedba automatskih ventilacijskih sustava. Raspon kontrole je obično 1:10, jednostavnim riječima, maksimalna brzina može se razlikovati od minimalne 10 puta. Zbog osobitosti implementacije algoritama i sklopova, takvi su uređaji obično jeftiniji, što je glavna prednost.

nedostaci:

• Ne previše točna podrška za RPM.
• Sporiji odgovor na promjenu režima.
• Najčešće ne postoji način za kontrolu momenta na osovini.
• S povećanjem brzine iznad nazivne, moment na osovini motora opada (tj. kada frekvenciju podignemo iznad nominalnih 50 Hz).

Potonje je zbog činjenice da izlazni napon ovisi o frekvenciji, na nazivnoj frekvenciji, naponu jednak je mreži, a iznad frekventnog pretvarača "ne zna kako", na grafikonu se mogao vidjeti paran dio dijagrama nakon 50 Hz. Treba napomenuti da je ovisnost momenta o frekvenciji, ona pada prema 1/f zakonu, prikazana na donjem grafikonu crvenom bojom, a ovisnost snage o frekvenciji plavom bojom.

Vektorski kontrolirani pretvarači frekvencije imaju drugačiji princip rada, ovdje ne samo da napon odgovara U / f krivulji. Karakteristike izlaznog napona mijenjaju se u skladu sa signalima senzora, tako da se na osovini održava određeni zakretni moment. Ali zašto nam je potrebna ovakva kontrola? Točnije i brže podešavanje obilježja su vektorski kontroliranog pretvarača frekvencije. To je važno u takvim mehanizmima, gdje je princip djelovanja povezan s oštrom promjenom opterećenja i zakretnog momenta na izvršnom tijelu.

Takvo opterećenje je tipično za tokarilice i druge vrste alatnih strojeva, uključujući CNC. Točnost regulacije do 1,5%, raspon podešavanja - 1:100, za veću točnost sa senzorima brzine itd. - 0,2% i 1:10000, respektivno.

Na forumima postoji mišljenje da je danas razlika u cijeni između vektorskih i skalarnih frekvencijskih pretvarača manja od je ranije (15-35% ovisno o proizvođaču), a glavna razlika je više firmware-a od kola. Također imajte na umu da većina vektorskih modela također podržava skalarno upravljanje.

prednosti:

• velika stabilnost i točnost;
• brži odgovor na promjene opterećenja i veliki zakretni moment pri maloj brzini;
• širi raspon regulacije.

Glavni nedostatak je što je skuplji od skalarnih.

U oba slučaja, frekvencija se može postaviti ručno ili pomoću senzora, na primjer, senzor tlaka ili mjerač protoka (u slučaju crpki), potenciometar ili enkoder.

Svi ili gotovo svi frekventni pretvarači imaju funkciju mekog pokretanja motora, što olakšava pokretanje motora iz generatora u nuždi uz mali ili nikakav rizik od preopterećenja.

Broj faza

Osim po metodama odziva, frekventni pretvarači se razlikuju i po broju faza na ulazu i izlazu. Po tome se razlikuju frekventni pretvarači s jednofaznim i trofaznim ulazom.

Istodobno, većina trofaznih modela može se napajati iz jedne faze, ali s ovom primjenom njihova se snaga smanjuje na 30-50%. To je zbog dopuštenog strujnog opterećenja dioda i drugih energetskih elemenata kruga. Monofazni modeli dostupni su u rasponu snage do 3 kW.

Važno! Imajte na umu da će kod jednofaznog priključka s naponom na ulaz od 220V biti izlaz od 3 faze na 220V, a ne na 380V. Odnosno, linearni izlaz će biti točno 220V, ukratko. S tim u vezi, uobičajeni motori s namotima dizajniranim za napone od 380/220V moraju biti spojeni u trokut, a oni koji su na 127/220V - u zvijezdu.

Na mreži možete pronaći mnoge ponude tipa "pretvarač frekvencije od 220 do 380" - to je u većini slučajeva marketing, prodavači nazivaju bilo koje tri faze "380V".

Da biste dobili pravi 380V iz jedne faze, trebate koristiti jednofazni transformator 220/380 (ako je ulaz frekvencijskog pretvarača dizajniran za takav napon) ili koristite specijalizirani frekventni pretvarač s jednofaznim ulazom i trofaznim 380V Izlaz.

Zasebna i rjeđa vrsta pretvarača frekvencije su jednofazni pretvarači frekvencije s jednofaznim izlazom 220. Dizajnirani su za upravljanje jednofaznim kondenzatorskim motorima za pokretanje. Primjeri takvih uređaja su:

• ERMAN ER-G-220-01
• INNOVERT IDD

Dijagram povezivanja

U stvarnosti, da biste dobili 3-fazni izlaz iz frekventnog pretvarača od 380 V, trebate spojiti 3 faze od 380 V na ulaz:

Spajanje frekventnog pretvarača na jednu fazu je isto, s izuzetkom spajanja dovodnih žica:

Jednofazni frekventni pretvarač za motor s kondenzatorom (pumpa ili ventilator male snage) spojen je na sljedeći način:

Kao što možete vidjeti na dijagramima, osim dovodnih žica i žica za motor, frekventni pretvarač ima i druge terminale, na njih senzori, tipke daljinskog upravljača, sabirnice za spajanje na računalo (češće standarda RS-485) i drugo. To omogućuje upravljanje motorom putem tankih signalnih žica, što omogućuje uklanjanje frekvencijskog pretvarača na električnu ploču.

Frekvencijski pogoni su univerzalni uređaji, čija svrha nije samo podešavanje brzine, već i zaštita elektromotora od neispravnih načina rada i napajanja, kao i od preopterećenja. Uz glavnu funkciju, uređaji provode glatko pokretanje pogona, čime se smanjuje trošenje opreme i opterećenje električne mreže. Princip rada i dubina podešavanja parametara većine frekventnih pretvarača omogućuje vam uštedu energije kada upravljanje crpkama (ranije se upravljanje vršilo ne na račun rada pumpe, već uz pomoć ventila) i drugo oprema.

Ovdje zaključujemo naše razmatranje problema. Nadamo se da vam je nakon čitanja članka postalo jasno što je frekventni pretvarač i čemu služi. Na kraju, preporučujemo da pogledate koristan video na ovu temu:

Vjerojatno ne znate:

• Kako izmjeriti frekvenciju izmjenične struje
• Kako radi magnetni starter
• Kako odabrati frekventni pretvarač za snagu i struju