Frekvenčni pogon: opis in ocene

2024 Avtor: Aaron Duncan | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-01 20:17

VFD krmiljenje omogoča uporabo posebnega pretvornika za fleksibilno spreminjanje načinov delovanja elektromotorja: zagon, ustavitev, pospeševanje, zaviranje, spreminjanje hitrosti vrtenja.

Spreminjanje frekvence napajalne napetosti vodi do spremembe kotne hitrosti magnetnega polja statorja. Ko se frekvenca zmanjša, se hitrost motorja zmanjša in zdrs se poveča.

Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika pogona

Glavna pomanjkljivost asinhronih motorjev je zapletenost nadzora hitrosti na tradicionalne načine: s spreminjanjem napajalne napetosti in uvedbo dodatnih uporov v vezje navitja. Bolj popoln je frekvenčni pogon elektromotorja. Do nedavnega so bili pretvorniki dragi, vendar je pojav IGBT tranzistorjev in mikroprocesorskih krmilnih sistemov omogočil tujim proizvajalcem, da ustvarijo cenovno dostopne naprave. Večinastatični frekvenčni pretvorniki so zdaj popolni.

Kotna hitrost magnetnega polja statorja ω₀ se spreminja sorazmerno s frekvenco ƒ_{1 po formuli:}

ω₀=2π׃_{1/p, kjer je p število parov polov.}

Metoda zagotavlja gladek nadzor hitrosti. V tem primeru se hitrost drsenja motorja ne poveča.

Za doseganje visoke energetske učinkovitosti motorja - učinkovitost, faktor moči in preobremenitvena zmogljivost skupaj s frekvenco spremenite napajalno napetost glede na določene odvisnosti:

• konstantni navor obremenitve – U₁/ ƒ_1=const;
• ventilatorski znak momenta nalaganja - U₁/ ƒ₁^2=const;
• Navor obremenitve je obratno sorazmeren s hitrostjo - U₁/√ ƒ_1=konst.

Te funkcije se izvajajo s pomočjo pretvornika, ki hkrati spreminja frekvenco in napetost na statorju motorja. Električna energija se prihrani zaradi regulacije z uporabo potrebnega tehnološkega parametra: tlak črpalke, zmogljivost ventilatorja, hitrost pomika stroja itd. V tem primeru se parametri spreminjajo gladko.

Metode frekvenčnega krmiljenja asinhronih in sinhronih elektromotorjev

V frekvenčno krmiljenem pogonu, ki temelji na asinhronih motorjih z rotorjem z veverico, se uporabljata dva načina krmiljenja - skalarni in vektorski. V prvem primeru se hkrati spreminjajoamplituda in frekvenca napajalne napetosti.

To je potrebno za ohranjanje zmogljivosti motorja, najpogosteje konstantnega razmerja njegovega največjega navora in momenta upora na gredi. Posledično ostaneta učinkovitost in faktor moči nespremenjena v celotnem območju vrtenja.

Vektorska regulacija je sočasna sprememba amplitude in faze toka na statorju.

Frekvenčni pogon motorja sinhronega tipa deluje le pri majhnih obremenitvah, katerih rast nad dovoljenimi vrednostmi lahko pride do prekinitve sinhronizacije.

Prednosti frekvenčnega pogona

Nadzor frekvence ima celo vrsto prednosti pred drugimi metodami.

1. Avtomatizacija motorja in proizvodnih procesov.
2. Mehak zagon, ki odpravlja tipične napake, ki se pojavijo med pospeševanjem motorja. Izboljšanje zanesljivosti frekvenčnega pretvornika in opreme z zmanjšanjem preobremenitev.
3. Izboljšajte splošno ekonomičnost in zmogljivost vožnje.
4. Ustvarjanje konstantne hitrosti elektromotorja ne glede na naravo obremenitve, kar je pomembno med prehodnimi pojavi. Uporaba povratnih informacij omogoča vzdrževanje konstantne hitrosti motorja pod različnimi motečimi vplivi, zlasti pri spremenljivih obremenitvah.
5. Pretvorniki se enostavno integrirajo v obstoječe tehnične sisteme brez bistvenih sprememb in zaustavitev tehnoloških procesov. Razpon moči je velik, vendar z njihovim povečanjemcene močno rastejo.
6. Možnost opustitve variatorjev, menjalnikov, dušilnih loput in druge krmilne opreme ali razširitve obsega njihove uporabe. To povzroči znatne prihranke energije.
7. Odprava škodljivih učinkov prehodnih pojavov na procesno opremo, kot so vodno kladivo ali povečan tlak tekočine v cevovodih, hkrati pa se zmanjša njena poraba ponoči.

pomanjkljivosti

Tako kot vsi pretvorniki so tudi chastotniki vir motenj. Namestiti morajo filtre.

Stroški blagovnih znamk so visoki. Znatno se poveča s povečanjem moči naprav.

Prilagoditev frekvence za prevoz tekočin

V objektih, kjer se črpa voda in druge tekočine, se nadzor pretoka večinoma izvaja s pomočjo zapornih ventilov in ventilov. Trenutno je obetavna smer uporaba frekvenčnega pogona črpalke ali ventilatorja, ki poganja njihove lopatice.

Uporaba frekvenčnega pretvornika kot alternative dušilni loputi daje učinek prihranka energije do 75%. Ventil, ki zadržuje pretok tekočine, ne opravlja koristnega dela. Hkrati se poveča izguba energije in snovi za njen transport.

Frekvenčni pogon omogoča vzdrževanje stalnega tlaka pri porabniku, ko se pretok tekočine spremeni. S tlačnega senzorja se na pogon pošlje signal, ki spremeni število vrtljajev motorja in ga s tem uravnavavrtljajev, ohranjanje nastavljene stopnje pretoka.

Črpalne enote nadzirate s spreminjanjem njihove zmogljivosti. Poraba energije črpalke je v kubični odvisnosti od zmogljivosti oziroma hitrosti vrtenja kolesa. Če se hitrost zmanjša za 2-krat, se zmogljivost črpalke zmanjša za 8-krat. Prisotnost dnevnega urnika porabe vode vam omogoča, da določite prihranke energije za to obdobje, če upravljate frekvenčni pogon. Zaradi tega je možno avtomatizirati črpališče in s tem optimizirati tlak vode v omrežjih.

Delovanje prezračevalnih in klimatskih sistemov

Maksimalni pretok zraka v prezračevalnih sistemih ni vedno potreben. Pogoji delovanja lahko zahtevajo zmanjšanje zmogljivosti. Tradicionalno se za to uporablja dušenje, ko hitrost kolesa ostane konstantna. Pretok zraka je bolj priročno spreminjati zaradi frekvenčno krmiljenega pogona, ko se spreminjajo sezonske in podnebne razmere, sprošča se toplota, vlaga, hlapi in škodljivi plini.

Prihranki energije v sistemih prezračevanja in klimatizacije niso doseženi nič manj kot pri črpalnih postajah, saj je poraba energije pri vrtenju gredi v kubični odvisnosti od vrtljajev.

Naprava za frekvenčni pretvornik

Sodobni frekvenčni pretvornik je urejen po shemi dvojnega pretvornika. Sestavljen je iz usmernika in impulznega pretvornika s krmilnim sistemom.

Popri popravljanju omrežne napetosti se signal zgladi s filtrom in napaja v pretvornik s šestimi tranzistorskimi stikali, kjer je vsako od njih priključeno na statorska navitja asinhronega elektromotorja. Enota pretvori popravljeni signal v trifazni signal zahtevane frekvence in amplitude. Napajalni IGBT-ji v izhodnih stopnjah imajo visoko preklopno frekvenco in zagotavljajo oster kvadratni val brez popačenj. Zaradi filtrirnih lastnosti navitij motorja ostaja oblika tokovne krivulje na njihovem izhodu sinusoidna.

Metode nadzora amplitude signala

Izhodna napetost se regulira na dva načina:

1. Amplituda - sprememba vrednosti napetosti.
2. Modulacija impulzne širine je metoda pretvorbe impulznega signala, pri kateri se njegovo trajanje spremeni, frekvenca pa ostane nespremenjena. Tukaj je moč odvisna od širine impulza.

Druga metoda se najpogosteje uporablja v povezavi z razvojem mikroprocesorske tehnologije. Sodobni pretvorniki so izdelani z uporabo GTO ali IGBT izklopnih tranzistorjev.

Zmogljivost in uporaba pretvornikov

Frekvenčni pretvornik ima veliko možnosti.

1. Uravnava frekvenco trifazne napajalne napetosti od nič do 400 Hz.
2. Pospešek ali upočasnitev elektromotorja od 0,01 sek. do 50 min. po določenem zakonu časa (običajno linearno). Med pospeševanjem je možno ne le zmanjšanje, temveč tudi povečanje do 150 % dinamičnega in zagonskega navora.
3. Vzvratna menjava motorja z danimi načini zaviranja in pospeševanja do želenegahitrost v drugo smer.
4. Pretvorniki imajo nastavljivo elektronsko zaščito pred kratkimi stiki, preobremenitvami, uhajanjem ozemljitve in odprtimi daljnovodi motorja.
5. Digitalni zasloni pretvornikov prikazujejo podatke o njihovih parametrih: frekvenca, napajalna napetost, hitrost, tok itd.
6. V/f karakteristike so nastavljene v pretvornikih glede na to, kakšne obremenitve motorja so potrebne. Funkcije krmilnih sistemov, ki temeljijo na njih, zagotavljajo vgrajeni krmilniki.
7. Za nizke frekvence je pomembna uporaba vektorskega krmiljenja, ki omogoča delo s polnim navorom motorja, vzdrževanje konstantne hitrosti ob spremembi obremenitev in nadzor navora na gredi. Pretvornik s spremenljivo frekvenco dobro deluje s pravilnim vnosom podatkov o potnem listu motorja in po uspešnem testiranju. Znani izdelki HYUNDAI, Sanyu itd.

Področja uporabe pretvornikov so naslednja:

• črpalke v sistemih za oskrbo s toplo in hladno vodo in toploto;
• črpalke za gnojevko, pesek in gnojevko koncentratorjev;
• transportni sistemi: transportni trakovi, valjčne mize in druga sredstva;
• mešalniki, mlini, drobilniki, ekstruderji, razpršilniki, podajalniki;
• centrifuge;
• dvigala;
• metalurška oprema;
• oprema za vrtanje;
• električni pogoni obdelovalnih strojev;
• oprema za bagre in žerjave, manipulatorski mehanizmi.

Proizvajalci frekvenčnih pretvornikov, ocene

Domači proizvajalec je že začel proizvajati izdelke, primerne uporabnikom po kakovosti in ceni. Prednost je možnost hitrega pridobivanja prave naprave, pa tudi podroben nasvet o nastavitvi.

Podjetje "Učinkoviti sistemi" proizvaja serijske izdelke in pilotne serije opreme. Izdelki se uporabljajo za domačo uporabo, v malih podjetjih in industriji. Proizvajalec Vesper proizvaja sedem serij pretvornikov, med katerimi so večnamenski pretvorniki, primerni za večino industrijskih mehanizmov.

Dansko podjetje Danfoss je vodilno v proizvodnji chastotnikov. Njeni izdelki se uporabljajo v sistemih prezračevanja, klimatizacije, oskrbe z vodo in ogrevanja. Finsko podjetje Vacon, ki je del danskega podjetja, proizvaja modularne zasnove, iz katerih lahko sestavite potrebne naprave brez nepotrebnih delov, kar prihrani pri komponentah. Znani so tudi pretvorniki mednarodnega koncerna ABB, ki se uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju.

Sodeč po ocenah je mogoče poceni domače pretvornike uporabiti za reševanje preprostih tipičnih problemov, medtem ko zapleteni potrebujejo blagovno znamko z veliko več nastavitvami.

Sklep

Frekvenčni pretvornik krmili elektromotor tako, da spreminja frekvenco in amplitudo napajalne napetosti, hkrati pa ga ščiti pred motnjami v delovanju: preobremenitvami, kratkimi stiki, prepadi napajalnega omrežja. Takšni električni pogoni opravljajo tri glavne funkcije,povezane s pospeševanjem, pojemkom in hitrostjo motorja. To izboljša učinkovitost opreme na številnih področjih tehnologije.