Frekvenční měnič pro elektromotor
Technické aspekty použití frekvenčních měničů
V dnešní době se indukční motor stal hlavním zařízením většiny elektrických pohonů. Stále častěji se pro řízení používá frekvenční měnič - střídač s PWM regulací. Takové ovládání poskytuje mnoho výhod, ale také vytváří určité problémy při výběru určitých technických řešení. Pokusme se jim porozumět podrobněji.
Zařízení frekvenčních měničů
Vývoj a výroba široké škály výkonných vysokonapěťových tranzistorových IGBT modulů umožnily realizovat vícefázové výkonové spínače řízené přímo digitálními signály. Programovatelné výpočetní prostředky umožnily generovat číselné sekvence na vstupech spínačů, které poskytovaly signály frekvenční řízení asynchronních elektromotorů… Vývoj a hromadná výroba jednočipových mikrokontrolérů s velkými výpočetními zdroji umožnila přechod na servopohony s digitálními ovladači.
Výkonové frekvenční měniče jsou zpravidla realizovány podle schématu obsahujícího usměrňovač na bázi výkonných diod nebo výkonových tranzistorů a invertor (řízený spínač) na bázi IGBT tranzistorů bočních diodami (obr. 1).
Rýže. 1. Obvod frekvenčního měniče
Vstupní stupeň usměrňuje přiváděné sinusové síťové napětí, které po vyhlazení indukčně-kapacitním filtrem slouží jako zdroj energie pro řízený střídač, který generuje signál s pulzní modulace, který generuje sinusové proudy ve vinutí statoru s parametry, které zajišťují potřebný provozní režim elektromotoru.
Digitální řízení měniče výkonu se provádí pomocí hardwaru a softwaru mikroprocesoru odpovídajících aktuálním úkolům. Výpočetní jednotka generuje v reálném čase řídicí signály pro 52 modulů a zpracovává také signály z měřicích systémů, které řídí provoz pohonu.
Napájecí zdroje a řídicí počítače jsou sloučeny do konstrukčně navrženého průmyslového výrobku zvaného frekvenční měnič.
V průmyslových zařízeních se používají dva hlavní typy frekvenčních měničů:
-
proprietární konvertory pro konkrétní typy zařízení.
-
univerzální frekvenční měniče jsou určeny pro multifunkční řízení provozu AM v uživatelsky definovaných režimech.
Nastavení a správu provozních režimů frekvenčního měniče lze provádět pomocí ovládacího panelu vybaveného obrazovkou pro indikaci zadaných informací.Pro jednoduché řízení skalární frekvence můžete použít sadu jednoduchých logických funkcí dostupných v továrním nastavení regulátoru a vestavěný PID regulátor.
Pro implementaci složitějších řídicích režimů pomocí signálů zpětnovazebních senzorů je nutné vyvinout strukturu ACS a algoritmus, který bude programován pomocí připojeného externího počítače.
Většina výrobců vyrábí řadu frekvenčních měničů, které se liší vstupními a výstupními elektrickými charakteristikami, výkonem, konstrukcí a dalšími parametry. Pro připojení k externímu zařízení (síť, motor) lze použít další externí prvky: magnetické spouštěče, transformátory, tlumivky.
Typy řídicích signálů
Je nutné rozlišovat mezi různými typy signálů a pro každý použít samostatný kabel. Různé typy signálů se mohou navzájem ovlivňovat. V praxi je toto oddělení běžné, například kabel od snímač tlaku lze připojit přímo k frekvenčnímu měniči.
Na Obr. 2 ukazuje doporučený způsob připojení frekvenčního měniče v přítomnosti různých obvodů a řídicích signálů.
Rýže. 2. Příklad zapojení silových obvodů a řídicích obvodů frekvenčního měniče
Lze rozlišit následující typy signálů:
-
analogové - napěťové nebo proudové signály (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), jejichž hodnota se mění pomalu nebo zřídka, obvykle se jedná o řídicí nebo měřicí signály;
-
diskrétní napěťové nebo proudové signály (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), které mohou nabývat pouze dvou zřídka se měnících hodnot (vysoké nebo nízké);
-
digitální (data) — napěťové signály (0 … 5 V, 0 … 10 V), které se rychle a s vysokou frekvencí mění, obvykle se jedná o signály z portů RS232, RS485 atd.;
-
relé — kontakty relé (0 … 220 V AC) mohou obsahovat indukční proudy v závislosti na připojené zátěži (externí relé, kontrolky, ventily, brzdy atd.).
Volba výkonu frekvenčního měniče
Skutečná zařízení mají mnoho aspektů, které mohou způsobit zvýšení aktuální zátěže zařízení, například při spouštění. Použití frekvenčního měniče v zásadě umožňuje snížit proudové a mechanické zatížení díky měkkému rozběhu. Například startovací proud se sníží z 600 % na 100-150 % jmenovitého proudu.
Jezděte sníženou rychlostí
Je třeba mít na paměti, že ačkoli frekvenční měnič snadno poskytuje regulaci otáček 10:1, když motor běží při nízkých otáčkách, výkon vlastního ventilátoru nemusí být dostatečný. Sledujte teplotu motoru a zajistěte nucenou ventilaci.
Elektromagnetická kompatibilita
Je napájen nouzovým generátorem
Měkký start, který zajišťuje frekvenční měnič, umožňuje snížit požadovaný výkon generátoru. Vzhledem k tomu, že při takovém startu se proud sníží 4-6krát, lze výkon generátoru snížit podobným počtemkrát. Mezi generátorem a měničem však musí být stále instalován stykač, ovládaný reléovým výstupem měniče kmitočtu. To chrání frekvenční měnič před nebezpečným přepětím.
Napájení třífázového měniče z jednofázové sítě
Třífázové měniče kmitočtu lze napájet z jednofázové sítě, jejich výstupní proud však nesmí překročit 50 % jmenovitého.
Ušetřete energii a peníze
Úspory přicházejí z několika důvodů, za prvé z důvodu růstu kosinus phi na hodnoty 0,98, tzn. maximální výkon se spotřebuje na užitečnou práci, minimum se vyplýtvá. Za druhé, koeficient blízký tomuto je získán ve všech provozních režimech motoru.
Bez frekvenčního měniče mají asynchronní motory při nízké zátěži kosinus phi 0,3-0,4. Zatřetí, není potřeba další mechanické úpravy (tlumiče, plyn, ventily, brzdy atd.), vše probíhá elektronicky. U takového ovládacího zařízení může být úspora až 50 %.
Synchronizujte více zařízení
Ochrana sítě proti vyšším harmonickým
Pro dodatečnou ochranu se kromě krátkých stíněných kabelů používají síťové tlumivky a bypassové kondenzátory. Plynnavíc omezuje zapínací proud při zapnutí.
Výběr správné třídy ochrany
Spolehlivý odvod tepla je nezbytný pro hladký provoz frekvenčního měniče. Pokud jsou použity vysoké třídy ochrany, například IP 54 a vyšší, je obtížné nebo nákladné dosáhnout takového odvodu tepla. Proto je možné použít samostatnou skříň s vysokým stupněm ochrany, kde lze instalovat moduly nižší třídy a provádět celkové větrání a chlazení.
Paralelní připojení elektromotorů k jednomu frekvenčnímu měniči
Pro snížení nákladů lze jeden frekvenční měnič použít k ovládání několika elektromotorů. Jeho výkon by měl být zvolen s rezervou 10-15% z celkového výkonu všech elektromotorů. Přitom je nutné minimalizovat délku motorových kabelů a je velmi žádoucí instalovat motorovou tlumivku.
Většina frekvenčních měničů neumožňuje vypínání nebo připojení motorů přes stykače, když je frekvenční měnič v chodu. To se provádí pouze pomocí příkazu stop na zařízení.
Nastavení funkce ovládání
Pro dosažení maximálního výkonu elektropohonu, jako jsou: účiník, účinnost, přetížitelnost, plynulost regulace, životnost, je nutné správně zvolit poměr mezi změnou pracovní frekvence a výstupním napětím frekvence. konvertor.
Funkce změny napětí závisí na momentovém charakteru zátěže. Při konstantním momentu musí být napětí statoru motoru řízeno úměrně frekvenci (skalární řízení U / F = konst). Například pro ventilátor je jiný poměr U / F * F = konst. Pokud zvýšíme frekvenci 2krát, pak by se napětí mělo zvýšit o 4 (vektorové řízení). Existují zařízení se složitějšími ovládacími funkcemi.
Výhody použití frekvenčního měniče s frekvenčním měničem
Kromě zvýšení účinnosti a úspory energie vám takový elektrický pohon umožňuje získat nové jízdní vlastnosti. To se odráží v odmítnutí dalších mechanických zařízení, která vytvářejí ztráty a snižují spolehlivost systémů: brzdy, tlumiče, škrticí klapky, ventily, regulační ventily atd. Brzdění lze například provádět obrácením elektromagnetického pole ve statoru motoru. Změnou pouze funkčního vztahu mezi frekvencí a napětím získáme jiný pohon, aniž bychom cokoliv měnili v mechanice.
Čtení dokumentace
Je třeba poznamenat, že ačkoli jsou frekvenční měniče navzájem podobné, a po zvládnutí jednoho je snadné se vypořádat s druhým, je však nutné pečlivě číst dokumentaci. Někteří výrobci ukládají omezení na používání svých výrobků a v případě jejich porušení vyřazují výrobek ze záruky.
Mohlo by vás zajímat: Variabilní elektrický pohon jako prostředek úspory energie