Μετατροπέας συχνότητας για ηλεκτροκινητήρα
Τεχνικές πτυχές της χρήσης μετατροπέων συχνότητας
Σήμερα, ο επαγωγικός κινητήρας έχει γίνει η κύρια συσκευή στις περισσότερες ηλεκτροκινητήρες. Όλο και περισσότερο, ένας μετατροπέας συχνότητας χρησιμοποιείται για έλεγχο - ένας μετατροπέας με ρύθμιση PWM. Αυτός ο έλεγχος δίνει πολλά πλεονεκτήματα, αλλά δημιουργεί και ορισμένα προβλήματα κατά την επιλογή ορισμένων τεχνικών λύσεων. Ας προσπαθήσουμε να τα κατανοήσουμε με περισσότερες λεπτομέρειες.
Η συσκευή των μετατροπέων συχνότητας
Η ανάπτυξη και η παραγωγή μιας ευρείας σειράς ισχυρών μονάδων IGBT τρανζίστορ υψηλής τάσης κατέστησε δυνατή την υλοποίηση πολυφασικών διακοπτών ισχύος που ελέγχονται απευθείας από ψηφιακά σήματα. Οι προγραμματιζόμενες υπολογιστικές εγκαταστάσεις κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία αριθμητικών ακολουθιών στις εισόδους μεταγωγέα που παρείχαν σήματα έλεγχος συχνότητας ασύγχρονων ηλεκτροκινητήρων… Η ανάπτυξη και η μαζική παραγωγή μικροελεγκτών ενός τσιπ με μεγάλους υπολογιστικούς πόρους κατέστησε δυνατή τη μετάβαση σε σερβομηχανές με ψηφιακούς ελεγκτές.
Οι μετατροπείς συχνότητας ισχύος, κατά κανόνα, υλοποιούνται σύμφωνα με ένα σχήμα που περιέχει έναν ανορθωτή που βασίζεται σε ισχυρές διόδους ή τρανζίστορ ισχύος και έναν μετατροπέα (ελεγχόμενος διακόπτης) που βασίζεται σε τρανζίστορ IGBT που διακλαδίζονται από διόδους (Εικ. 1).
Ρύζι. 1. Κύκλωμα μετατροπέα συχνότητας
Η βαθμίδα εισόδου διορθώνει την παρεχόμενη τάση ημιτονοειδούς δικτύου, η οποία, μετά την εξομάλυνση με ένα επαγωγικό-χωρητικό φίλτρο, χρησιμεύει ως πηγή ισχύος για τον ελεγχόμενο μετατροπέα, ο οποίος παράγει ένα σήμα με διαμόρφωση παλμού, το οποίο δημιουργεί ημιτονοειδή ρεύματα στις περιελίξεις του στάτη με παραμέτρους που παρέχουν τον απαραίτητο τρόπο λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα.
Ο ψηφιακός έλεγχος του μετατροπέα ισχύος πραγματοποιείται με χρήση υλικού και λογισμικού μικροεπεξεργαστή που αντιστοιχεί στις εκάστοτε εργασίες. Η υπολογιστική μονάδα παράγει σήματα ελέγχου για 52 μονάδες σε πραγματικό χρόνο και επεξεργάζεται επίσης σήματα από συστήματα μέτρησης που ελέγχουν τη λειτουργία του ηλεκτροκινητήρα.
Τα τροφοδοτικά και οι υπολογιστές ελέγχου συνδυάζονται σε ένα δομικά σχεδιασμένο βιομηχανικό προϊόν που ονομάζεται μετατροπέας συχνότητας.
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι μετατροπέων συχνότητας που χρησιμοποιούνται σε βιομηχανικό εξοπλισμό:
-
ιδιόκτητους μετατροπείς για συγκεκριμένους τύπους εξοπλισμού.
-
Οι μετατροπείς γενικής συχνότητας έχουν σχεδιαστεί για πολυλειτουργικό έλεγχο της λειτουργίας AM σε λειτουργίες που καθορίζονται από το χρήστη.
Η ρύθμιση και η διαχείριση των τρόπων λειτουργίας του μετατροπέα συχνότητας μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας τον πίνακα ελέγχου που είναι εξοπλισμένος με μια οθόνη για την ένδειξη των πληροφοριών που έχουν εισαχθεί.Για απλό βαθμωτό έλεγχο συχνότητας, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα σύνολο απλών λογικών συναρτήσεων που είναι διαθέσιμες στις εργοστασιακές ρυθμίσεις του ελεγκτή και στον ενσωματωμένο ελεγκτή PID.
Για την εφαρμογή πιο περίπλοκων τρόπων ελέγχου χρησιμοποιώντας σήματα αισθητήρα ανάδρασης, είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί μια δομή ACS και ένας αλγόριθμος που θα προγραμματιστεί χρησιμοποιώντας έναν συνδεδεμένο εξωτερικό υπολογιστή.
Οι περισσότεροι κατασκευαστές παράγουν μια σειρά μετατροπέων συχνότητας που διαφέρουν ως προς τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά εισόδου και εξόδου, την ισχύ, το σχεδιασμό και άλλες παραμέτρους. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν πρόσθετα εξωτερικά στοιχεία για τη σύνδεση με εξωτερικό εξοπλισμό (ρεύμα, κινητήρας): μαγνητικές μίζες, μετασχηματιστές, τσοκ.
Τύποι σημάτων ελέγχου
Είναι απαραίτητο να κάνετε διάκριση μεταξύ των διαφορετικών τύπων σημάτων και να χρησιμοποιήσετε ξεχωριστό καλώδιο για το καθένα. Διαφορετικοί τύποι σημάτων μπορούν να επηρεάσουν το ένα το άλλο. Στην πράξη, αυτός ο διαχωρισμός είναι κοινός, για παράδειγμα ένα καλώδιο από αισθητήρας πίεσης μπορεί να συνδεθεί απευθείας στον μετατροπέα συχνότητας.
Στο σχ. 2 δείχνει τον προτεινόμενο τρόπο σύνδεσης του μετατροπέα συχνότητας παρουσία διαφόρων κυκλωμάτων και σημάτων ελέγχου.
Ρύζι. 2. Παράδειγμα σύνδεσης των κυκλωμάτων ισχύος και των κυκλωμάτων ελέγχου του μετατροπέα συχνότητας
Μπορούν να διακριθούν οι ακόλουθοι τύποι σημάτων:
-
αναλογικά σήματα τάσης ή ρεύματος (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), η τιμή των οποίων αλλάζει αργά ή σπάνια, συνήθως αυτά είναι σήματα ελέγχου ή μέτρησης.
-
διακριτά σήματα τάσης ή ρεύματος (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), τα οποία μπορούν να λάβουν μόνο δύο σπάνια μεταβαλλόμενες τιμές (υψηλή ή χαμηλή).
-
ψηφιακά (δεδομένα) — σήματα τάσης (0 … 5 V, 0 … 10 V) που αλλάζουν γρήγορα και με υψηλή συχνότητα, συνήθως πρόκειται για σήματα από θύρες RS232, RS485, κ.λπ.
-
ρελέ — οι επαφές ρελέ (0 … 220 V AC) μπορεί να περιλαμβάνουν επαγωγικά ρεύματα ανάλογα με το συνδεδεμένο φορτίο (εξωτερικά ρελέ, λάμπες, βαλβίδες, φρένα, κ.λπ.).
Επιλογή ισχύος μετατροπέα συχνότητας
Οι πραγματικές συσκευές έχουν πολλές πτυχές που μπορούν να προκαλέσουν αύξηση του τρέχοντος φορτίου στη συσκευή, για παράδειγμα κατά την εκκίνηση. Κατ 'αρχήν, η χρήση ενός οδηγού συχνότητας σάς επιτρέπει να μειώσετε τα ρεύματα και τα μηχανικά φορτία λόγω της ομαλής εκκίνησης. Για παράδειγμα, το ρεύμα εκκίνησης μειώνεται από 600% σε 100-150% του ονομαστικού ρεύματος.
Οδηγήστε με μειωμένη ταχύτητα
Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι παρόλο που ο μετατροπέας συχνότητας παρέχει εύκολα ρύθμιση ταχύτητας 10:1 όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε χαμηλές ταχύτητες, η ισχύς του δικού του ανεμιστήρα μπορεί να μην είναι επαρκής. Παρακολουθήστε τη θερμοκρασία του κινητήρα και παρέχετε εξαναγκασμένο αερισμό.
Ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα
Τροφοδοτείται από γεννήτρια έκτακτης ανάγκης
Η ομαλή εκκίνηση που παρέχεται από τον μετατροπέα συχνότητας επιτρέπει τη μείωση της απαιτούμενης ισχύος της γεννήτριας. Δεδομένου ότι με μια τέτοια εκκίνηση το ρεύμα μειώνεται κατά 4-6 φορές, τότε η ισχύς της γεννήτριας μπορεί να μειωθεί κατά παρόμοιο αριθμό φορών. Αλλά πρέπει να εγκατασταθεί ένας επαφέας μεταξύ της γεννήτριας και του ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος ελέγχεται από την έξοδο ρελέ του οδηγού συχνότητας. Αυτό προστατεύει τον μετατροπέα συχνότητας από επικίνδυνες υπερτάσεις.
Προμήθεια τριφασικού μετατροπέα από μονοφασικό δίκτυο
Οι τριφασικοί μετατροπείς συχνότητας μπορούν να τροφοδοτούνται από μονοφασικό δίκτυο, αλλά το ρεύμα εξόδου τους δεν πρέπει να υπερβαίνει το 50% του ονομαστικού.
Εξοικονομήστε ενέργεια και χρήματα
Η εξοικονόμηση πόρων προέρχεται από διάφορους λόγους: Πρώτον, λόγω της ανάπτυξης συνημίτονο φι σε τιμές 0,98, δηλ. η μέγιστη ισχύς χρησιμοποιείται για να κάνει χρήσιμη εργασία, η ελάχιστη σπαταλιέται. Δεύτερον, ένας συντελεστής κοντά σε αυτό επιτυγχάνεται σε όλους τους τρόπους λειτουργίας του κινητήρα.
Χωρίς μετατροπέα συχνότητας, οι ασύγχρονοι κινητήρες με χαμηλό φορτίο έχουν συνημίτονο phi 0,3-0,4. Τρίτον, δεν χρειάζονται επιπλέον μηχανικές ρυθμίσεις (αποσβεστήρες, γκάζι, βαλβίδες, φρένα κ.λπ.), όλα γίνονται ηλεκτρονικά. Με μια τέτοια συσκευή ελέγχου, η εξοικονόμηση μπορεί να είναι έως και 50%.
Συγχρονισμός πολλαπλών συσκευών
Προστασία δικτύου από υψηλότερες αρμονικές
Για πρόσθετη προστασία, εκτός από τα κοντά θωρακισμένα καλώδια, χρησιμοποιούνται τσοκ γραμμής και πυκνωτές παράκαμψης. ΓκάζιΕπιπλέον, περιορίζει το ρεύμα εισόδου όταν είναι ενεργοποιημένο.
Επιλέγοντας τη σωστή κατηγορία προστασίας
Η αξιόπιστη απαγωγή θερμότητας είναι απαραίτητη για την ομαλή λειτουργία του οδηγού συχνότητας. Εάν χρησιμοποιούνται υψηλές κατηγορίες προστασίας, για παράδειγμα IP 54 και υψηλότερες, είναι δύσκολο ή ακριβό να επιτευχθεί τέτοια απαγωγή θερμότητας. Επομένως, είναι δυνατή η χρήση ενός ξεχωριστού ντουλαπιού με υψηλό βαθμό προστασίας, όπου μπορούν να εγκατασταθούν μονάδες κατώτερης κατηγορίας και να πραγματοποιηθεί γενικός αερισμός και ψύξη.
Παράλληλη σύνδεση ηλεκτροκινητήρων σε έναν μετατροπέα συχνότητας
Για τη μείωση του κόστους, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας μετατροπέας συχνότητας για τον έλεγχο πολλών ηλεκτροκινητήρων. Η ισχύς του θα πρέπει να επιλέγεται με περιθώριο 10-15% της συνολικής ισχύος όλων των ηλεκτροκινητήρων. Για να το κάνετε αυτό, είναι απαραίτητο να ελαχιστοποιήσετε το μήκος των καλωδίων του κινητήρα και είναι πολύ επιθυμητό να εγκαταστήσετε ένα τσοκ κινητήρα.
Οι περισσότεροι μετατροπείς συχνότητας δεν επιτρέπουν την απενεργοποίηση ή τη σύνδεση των κινητήρων μέσω επαφών ενώ λειτουργεί ο οδηγός συχνότητας. Αυτό γίνεται μόνο μέσω της εντολής διακοπής στη συσκευή.
Ρύθμιση λειτουργίας ελέγχου
Προκειμένου να επιτευχθεί η μέγιστη απόδοση της ηλεκτρικής κίνησης, όπως: συντελεστής ισχύος, απόδοση, ικανότητα υπερφόρτωσης, ομαλότητα ρύθμισης, ανθεκτικότητα, είναι απαραίτητο να επιλέξετε σωστά την αναλογία μεταξύ της αλλαγής της συχνότητας λειτουργίας και της τάσης εξόδου της συχνότητας μετατροπέας.
Η συνάρτηση αλλαγής τάσης εξαρτάται από τον χαρακτήρα ροπής του φορτίου. Σε σταθερή ροπή, η τάση του στάτη του κινητήρα πρέπει να ελέγχεται ανάλογα με τη συχνότητα (κλιμακωτός έλεγχος U / F = const). Για έναν ανεμιστήρα, για παράδειγμα, μια άλλη αναλογία είναι U / F * F = const. Αν αυξήσουμε τη συχνότητα κατά 2 φορές, τότε η τάση θα πρέπει να αυξηθεί κατά 4 (διανυσματικός έλεγχος). Υπάρχουν συσκευές με πιο σύνθετες λειτουργίες ελέγχου.
Πλεονεκτήματα της χρήσης μονάδας μεταβλητής ταχύτητας με μετατροπέα συχνότητας
Εκτός από την αύξηση της απόδοσης και την εξοικονόμηση ενέργειας, μια τέτοια ηλεκτρική κίνηση σάς επιτρέπει να αποκτήσετε νέες οδηγικές ιδιότητες. Αυτό αντανακλάται στην απόρριψη πρόσθετων μηχανικών συσκευών που δημιουργούν απώλειες και μειώνουν την αξιοπιστία των συστημάτων: φρένα, αμορτισέρ, γκάζι, βαλβίδες, βαλβίδες ελέγχου κ.λπ. Το φρενάρισμα, για παράδειγμα, μπορεί να γίνει αντιστρέφοντας το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο στον στάτορα του κινητήρα. Αλλάζοντας μόνο τη λειτουργική σχέση μεταξύ συχνότητας και τάσης, παίρνουμε μια διαφορετική κίνηση χωρίς να αλλάξουμε τίποτα στη μηχανική.
Διαβάζοντας την τεκμηρίωση
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αν και οι μετατροπείς συχνότητας είναι παρόμοιοι μεταξύ τους και έχοντας κατακτήσει τον έναν, είναι εύκολο να αντιμετωπίσετε τον άλλο, ωστόσο, είναι απαραίτητο να διαβάσετε προσεκτικά την τεκμηρίωση. Ορισμένοι κατασκευαστές επιβάλλουν περιορισμούς στη χρήση των προϊόντων τους και εάν αυτοί παραβιάζονται, αφαιρούν το προϊόν από την εγγύηση.
Μπορεί να σας ενδιαφέρει: Μεταβλητή ηλεκτρική κίνηση ως μέσο εξοικονόμησης ενέργειας