Frekvenčný menič: zariadenie, princíp činnosti, účel

Keďže elektrický pohon je jednou z hlavných metód mechanizácie výroby a domácich úloh, v niektorých prípadoch je potrebné upraviť rýchlosť elektromotorov. Používajú sa rôzne technické riešenia v závislosti od ich typu a princípu činnosti. Jedným z nich je frekvenčný menič. Čo to je a kde sa používa frekvenčný menič, to vám povieme v tomto článku.

Definícia

Podľa definície je frekvenčný menič elektronický menič výkonu na zmenu frekvencie striedavého prúdu. Ale v závislosti od verzie sa mení úroveň napätia aj počet fáz. Možno vám nie je úplne jasné, prečo je takéto zariadenie potrebné, ale pokúsime sa vám to povedať jednoduchými slovami.

Frekvencia otáčania hriadeľa synchrónnych a asynchrónnych motorov (AM) závisí od frekvencie otáčania magnetického toku statora a je určená vzorcom:

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

kde n je počet otáčok hriadeľa IM, p je počet pólových párov, s je sklz, f je frekvencia striedavého prúdu (pre RF - 50 Hz).

Zjednodušene povedané, rýchlosť rotora závisí od frekvencie a počtu pólových párov. Počet pólových párov je určený konštrukciou statorových cievok a frekvencia prúdu v sieti je konštantná. Preto, aby sme regulovali otáčky, môžeme regulovať frekvenciu len pomocou meničov.

Zariadenie

Berúc do úvahy vyššie uvedené, nanovo sformulujeme odpoveď na otázku, čo to je:

Frekvenčný menič je elektronické zariadenie na zmenu frekvencie striedavého prúdu, teda počtu otáčok rotora indukčného (a synchrónneho) elektrického stroja.

Nižšie môžete vidieť konvenčné grafické označenie podľa GOST 2.737-68:

Nazýva sa elektronický, pretože je založený na obvode polovodičového spínača. V závislosti od funkčných vlastností a typu ovládania sa zmení schéma elektrického zapojenia a algoritmus prevádzky.

Na nasledujúcom diagrame môžete vidieť, ako funguje frekvenčný menič:

Princíp činnosti frekvenčného meniča je nasledujúci:

• Sieťové napätie je privedené na usmerňovač 1 a stáva sa usmerneným pulzujúcim.
• V bloku 2 sú pulzácie vyhladené a reaktívna zložka je čiastočne kompenzovaná.
• Blok 3 je skupina výkonových spínačov riadených riadiacim systémom (4) metódou pulzne-šírkovej modulácie (PWM). Táto konštrukcia umožňuje získať na výstupe dvojúrovňové PWM regulované napätie, ktoré sa po vyhladení približuje k sínusovému tvaru. V drahých modeloch našla uplatnenie trojúrovňová schéma, kde sa používa viac kláves. Umožňuje vám dosiahnuť viac sínusový priebeh. Ako polovodičové spínače možno použiť tyristory, tranzistory s efektom poľa alebo IGBT. Posledné dva typy sú v poslednej dobe najviac žiadané a obľúbené pre svoju efektivitu, nízke straty a jednoduchosť riadenia.
• Pomocou PWM sa vytvorí požadovaná úroveň napätia, jednoducho povedané - takto sa moduluje sínusoida, ktorá striedavo zapína páry kľúčov a vytvára sieťové napätie.

Stručne sme teda opísali, ako funguje frekvenčný menič pre elektromotor a z čoho pozostáva. Používa sa ako sekundárny napájací zdroj a neriadi len tvar sieťového prúdu, ale premieňa jeho veľkosť a frekvenciu podľa zadaných parametrov.

Typy chastotniki a rozsah

Metódy kontroly

Reguláciu otáčok je možné vykonávať rôznymi spôsobmi, ako spôsobom nastavenia požadovanej frekvencie, tak aj spôsobom regulácie. Frekvenčné tunery sú rozdelené do dvoch typov podľa spôsobu ovládania:

1. Skalárne ovládanie.
2. S vektorovým ovládaním.

Zariadenia prvého typu regulujú frekvenciu podľa danej funkcie U / F, to znamená, že spolu s frekvenciou sa mení aj napätie. Príklad takejto závislosti napätia od frekvencie je možné vidieť nižšie.

Môže byť iný a naprogramovaný na konkrétnu záťaž, napríklad na ventilátoroch nie je lineárny, ale pripomína vetvu paraboly. Tento princíp činnosti udržuje magnetický tok v medzere medzi rotorom a statorom takmer konštantný.

Charakteristickým rysom skalárneho riadenia je jeho rozšírenosť a relatívna jednoduchosť implementácie. Najčastejšie sa používa pre čerpadlá, ventilátory a kompresory. Takéto merače frekvencie sa často používajú, ak je potrebné udržiavať stabilný tlak (alebo iný parameter), môžu to byť ponorné čerpadlá do studní, ak uvažujeme o domácom použití.

Vo výrobe je rozsah použitia široký, napríklad regulácia tlaku v rovnakých potrubiach a výkon automatických ventilačných systémov. Rozsah regulácie je zvyčajne 1:10, zjednodušene povedané, maximálna rýchlosť sa môže líšiť od minima 10-krát. Vzhľadom na zvláštnosti implementácie algoritmov a obvodov sú takéto zariadenia zvyčajne lacnejšie, čo je hlavná výhoda.

Nevýhody:

• Nie príliš presná podpora otáčok.
• Pomalšia reakcia na zmenu režimu.
• Najčastejšie neexistuje spôsob, ako ovládať krútiaci moment na hriadeli.
• So zvýšením otáčok nad nominálne klesá krútiaci moment na hriadeli motora (teda keď zdvihneme frekvenciu nad nominálnych 50 Hz).

To je spôsobené tým, že výstupné napätie závisí od frekvencie, pri menovitej frekvencii, napätia sa rovná sieti a nad frekvenčným meničom "nevie ako", na grafe bolo vidieť párnu časť diagramu po 50 Hz. Treba poznamenať, že závislosť krútiaceho momentu od frekvencie, ktorá spadá podľa zákona 1 / f, je v nižšie uvedenom grafe znázornená červenou farbou a závislosť výkonu od frekvencie modrou.

Vektorovo riadené frekvenčné meniče majú iný princíp činnosti, tu nielen napätie zodpovedá krivke U / f. Charakteristiky výstupného napätia sa menia v súlade so signálmi zo snímačov tak, aby bol na hriadeli zachovaný určitý krútiaci moment. Prečo však potrebujeme tento druh kontroly? Presnejšie a rýchlejšie nastavenie sú charakteristické znaky vektorovo riadeného frekvenčného meniča. To je dôležité v takých mechanizmoch, kde je princíp činnosti spojený s prudkou zmenou zaťaženia a krútiaceho momentu na výkonnom orgáne.

Takéto zaťaženie je typické pre sústruhy a iné typy obrábacích strojov vrátane CNC. Presnosť regulácie do 1,5%, rozsah nastavenia - 1:100, pre väčšiu presnosť so snímačmi rýchlosti atď. - 0,2 % a 1:10 000, v tomto poradí.

Na fórach existuje názor, že dnes je cenový rozdiel medzi vektorovými a skalárnymi frekvenčnými meničmi menší ako bol skôr (15-35% v závislosti od výrobcu) a hlavným rozdielom je viac firmvéru ako obvodov. Všimnite si tiež, že väčšina vektorových modelov podporuje skalárne ovládanie.

Výhody:

• vysoká stabilita a presnosť;
• rýchlejšia odozva na zmeny zaťaženia a vysoký krútiaci moment pri nízkych otáčkach;
• širší rozsah regulácie.

Hlavnou nevýhodou je, že je drahší ako skalárne.

V oboch prípadoch je možné frekvenciu nastaviť manuálne alebo pomocou snímačov, napríklad snímača tlaku alebo prietokomeru (v prípade čerpadiel), potenciometra alebo enkodéra.

Všetky alebo takmer všetky frekvenčné meniče majú funkciu mäkkého štartu motora, ktorá uľahčuje spustenie motorov z núdzových generátorov s malým alebo žiadnym rizikom preťaženia.

Počet fáz

Okrem spôsobov odozvy sa frekvenčné meniče líšia aj počtom fáz na vstupe a výstupe. Takto sa rozlišujú frekvenčné meniče s jednofázovým a trojfázovým vstupom.

Zároveň väčšina trojfázových modelov môže byť napájaná z jednej fázy, ale pri tejto aplikácii sa ich výkon zníži na 30-50%. Je to spôsobené prípustným prúdovým zaťažením diód a iných výkonových prvkov obvodu. Jednofázové modely sú dostupné vo výkonovom rozsahu do 3 kW.

Dôležité! Upozorňujeme, že pri jednofázovom zapojení s napätím na vstupe 220V bude výstup 3 fáz pri 220V a nie pri 380V. To znamená, že lineárny výstup bude skrátka presne 220V. V tejto súvislosti musia byť bežné motory s vinutím určené pre napätie 380 / 220 V zapojené do trojuholníka a tie, ktoré sú na 127 / 220 V - do hviezdy.

V sieti nájdete veľa ponúk typu "220 až 380 frekvenčný menič" - to je vo väčšine prípadov marketing, predajcovia nazývajú akékoľvek tri fázy "380V".

Ak chcete získať skutočných 380 V z jednej fázy, musíte buď použiť jednofázový transformátor 220/380 (ak je vstup frekvenčného meniča dimenzované na takéto napätie), alebo použite špecializovaný frekvenčný menič s jednofázovým vstupom a 380V trojfázovým východ.

Samostatným a vzácnejším typom frekvenčných meničov sú jednofázové frekvenčné meniče s jednofázovým výstupom 220. Sú určené na riadenie jednofázových kondenzátorových spúšťacích motorov. Príklady takýchto zariadení sú:

• ERMAN ER-G-220-01
• INNOVERT IDD

Schéma zapojenia

V skutočnosti, aby ste získali 3-fázový výstup z 380V frekvenčného meniča, musíte na vstup pripojiť 3 fázy 380V:

Pripojenie frekvenčného meniča k jednej fáze je rovnaké, s výnimkou pripojenia napájacích vodičov:

Jednofázový frekvenčný menič pre motor s kondenzátorom (čerpadlo alebo ventilátor s nízkym výkonom) je pripojený nasledovne:

Ako ste mohli vidieť na schémach, okrem napájacích vodičov a vodičov k motoru má frekvenčný menič ďalšie svorky, k nim senzory, tlačidlá diaľkového ovládacieho panela, zbernice na pripojenie k počítaču (častejšie štandardu RS-485) a iné. To umožňuje ovládať motor cez tenké signálne vodiče, čo umožňuje odstránenie frekvenčného meniča do elektrického panelu.

Frekvenčné pohony sú univerzálne zariadenia, ktorých účelom je nielen nastavovať rýchlosť, ale aj chrániť elektromotor pred nesprávnymi prevádzkovými režimami a napájaním, ako aj pred preťažením. Okrem hlavnej funkcie zariadenia implementujú plynulý nábeh pohonov, čo znižuje opotrebovanie zariadení a zaťaženie elektrickej siete. Princíp činnosti a hĺbka nastavenia parametrov väčšiny frekvenčných meničov umožňuje šetriť energiu pri riadenie čerpadla (predtým sa riadenie vykonávalo nie na úkor výkonu čerpadla, ale pomocou ventilov) a iné zariadení.

Tu končíme našu úvahu o tejto otázke. Dúfame, že po prečítaní článku vám bolo jasné, čo je to frekvenčný menič a na čo slúži. Na záver vám odporúčame pozrieť si užitočné video na túto tému:

Asi nevieš:

• Ako merať frekvenciu striedavého prúdu
• Ako funguje magnetický štartér
• Ako si vybrať frekvenčný menič pre výkon a prúd