Princip činnosti frekvenčního měniče a kritéria pro jeho výběr pro uživatele

Stručný popis účelu, principu činnosti a kritérií pro výběr frekvenčního měniče jako řídicího zařízení pro asynchronní elektromotor.

Indukční motor s veverkou klecí dnes je to nejmasivnější a nejspolehlivější zařízení pro ovládání různých strojů a mechanismů. Ale každá medaile má i druhou stranu.

Dvě hlavní nevýhody indukčního motoru jsou nemožnost jednoduchého regulace otáček rotoru, velmi velký startovací proud — pěti, sedminásobek jmenovitého. Při použití pouze mechanických ovládacích zařízení vedou tyto nevýhody k velkým energetickým ztrátám a rázovému mechanickému zatížení. To má extrémně negativní vliv na životnost zařízení.

Frekvenční měnič

Výsledkem výzkumu v tomto směru se zrodila nová třída zařízení, která umožňuje tyto problémy řešit nikoli mechanicky, ale elektronicky.

Frekvenční měnič s regulací šířky pulzu (PE s PWM) snižuje zapínací proudy 4-5krát. Poskytuje hladký start indukčního motoru a řídí pohon podle daného poměru napětí / frekvence.

Frekvenční měnič zajišťuje úsporu energie až 50 %. Je možné umožnit zpětnou vazbu mezi sousedními zařízeními, tzn. samonastavovací zařízení pro daný úkol a měnící se provozní podmínky celého systému.

Princip činnosti frekvenčního měniče

Frekvenční měnič PWM je střídač s dvojitou konverzí… Síťové napětí 220 nebo 380 V je nejprve usměrněno vstupním diodovým můstkem, poté je vyhlazeno a filtrováno pomocí kondenzátorů.

Toto je první fáze transformace. Na druhém stupni z konstantního napětí pomocí řídicích mikroobvodů a výstupního můstku IGBT spínačese vytvoří sekvence PWM s určitou frekvencí a pracovním cyklem. Na výstupu frekvenčního měniče jsou vydávány balíčky pravoúhlých impulsů, které se však vlivem indukčnosti statorových vinutí indukčního motoru integrují a nakonec se změní na napětí blízké sinusoidě.

Mechanické vlastnosti asynchronního elektromotoru s frekvenční regulací otáček: a — schéma zapojení; b — charakteristiky pro zatížení s konstantním statickým momentem odporu; c — charakteristiky zatížení ventilátoru; d — statické charakteristiky zátěžového momentu, nepřímo úměrné úhlové rychlosti otáčení.

Typický obvod pro zapínání frekvenčního měniče Příklad připojení silových vedení (kabelů) v obvodu frekvenčního měniče

Kritéria pro výběr frekvenčních měničů

Výběr vlastností Každý výrobce se snaží získat konkurenční výhodu na trhu. Prvním pravidlem pro zvýšení prodeje je nízká cena. Výrobce se proto snaží do svého produktu zahrnout pouze nezbytné funkce. A zbytek je nabízen jako opce. Před zakoupením frekvenčního měniče se rozhodněte, jaké funkce potřebujete. Vyplatí se vybrat zařízení, které má většinu potřebných funkcí v základní verzi.

Způsobem ovládání

Ty měniče, které nevyhovují z hlediska výkonu, typu výkonu, přetížitelnosti atd., ihned vyřaďte. Podle typu vedení se musíte rozhodnout, co si vybrat, skalární nebo vektorové řízení.

Většina moderních frekvenčních měničů implementuje vektorové řízení, ale takové frekvenční měniče jsou dražší než skalární frekvenční měniče.

Vektorové řízení umožňuje přesnější řízení snížením statické chyby. Skalární režim podporuje pouze konstantní poměr mezi výstupním napětím a výstupní frekvencí, ale například pro ventilátory je to zcela dostačující.

Od svého vzniku se vektorové řízení stalo extrémně oblíbenou strategií řízení indukčních motorů. V současné době většina frekvenčních měničů implementuje vektorové řízení nebo dokonce bezsenzorové vektorové řízení (tento trend se vyskytuje u frekvenčních měničů, které původně implementují skalární řízení a nemají svorky pro připojení snímače rychlosti).

Základní princip vektorového řízení spočívá v samostatné nezávislé regulaci magnetizačního proudu motoru a kvadraturního proudu, kterému je úměrný mechanický moment hřídele. Magnetizační proud určuje hodnotu vazby nulového toku rotoru a je udržován konstantní.

Když se otáčky stabilizují, kvadraturní požadovaná hodnota proudu je generována pomocí samostatného PI regulátoru, jehož vstupem je nesoulad mezi požadovanou a naměřenou rychlostí motoru. Kvadraturní proud je tedy vždy nastaven na minimální úroveň, aby byl zajištěn dostatečný mechanický točivý moment pro udržení nastavené rychlosti. Proto má vektorové řízení vysokou energetickou účinnost.

Prostřednictvím moci

Pokud je výkon zařízení přibližně stejný, pak volte měniče stejné firmy s kapacitou podle výkonu maximální zátěže. To zajistí zaměnitelnost a zjednoduší údržbu zařízení. Doporučuje se, aby se servisní středisko vybraného frekvenčního měniče nacházelo ve vašem městě.

Přes síťové napětí

Vždy vybírejte převodník s co nejširším rozsahem napětí, a to jak dolů, tak nahoru. Faktem je, že pro místní sítě může samotné slovo standard přinést jen smích přes slzy. Pokud nízké napětí s největší pravděpodobností způsobí zastavení frekvenčního měniče, pak zvýšené napětí může způsobit explozi síťových elektrolytických kondenzátorů a selhání vstupu zařízení.

Podle rozsahu nastavení frekvence

Horní hranice pro regulaci frekvence je důležitá při použití motorů s vysokými jmenovitými pracovními frekvencemi, jako jsou brusky (1000 Hz nebo více).Ujistěte se, že frekvenční rozsah vyhovuje vašim potřebám. Spodní limit definuje rozsah řízení rychlosti měniče. Standard je 1:10. Pokud potřebujete širší rozsah, zvolte pouze vektorové řízení, parametry pohonu si vyžádejte od výrobce. Ani deklarovaný limit 0 Hz nezaručuje stabilní provoz měniče.

Podle počtu ovládacích vstupů

Diskrétní vstupy jsou vyžadovány pro zadávání řídicích příkazů (start, stop, reverzace, stop atd.). Analogové vstupy jsou vyžadovány pro signály zpětné vazby (nastavení a nastavení měniče za provozu). Digitální vstupy jsou nutné pro vstup vysokofrekvenčních signálů z digitálních snímačů rychlosti a polohy (kodéry). Počet vstupů nemůže být nikdy příliš velký, ale čím více vstupů, tím složitější systém lze postavit a tím je dražší.

Podle počtu výstupních signálů

Diskrétní výstupy se používají pro výstup signálů pro různé události (alarm, přehřátí, vstupní napětí nad nebo pod úrovní, chybový signál atd.). Analogové výstupy se používají k budování komplexních zpětnovazebních systémů. Doporučení pro výběr jsou podobná jako v předchozím odstavci.

Řídící sběrnice

Zařízení, kterým budete frekvenční měnič ovládat, musí mít stejnou sběrnici a počet vstupů/výstupů jako zvolený frekvenční měnič. Nechte nějaký prostor pro vstupy a výstupy pro budoucí upgrady.

V záruce

Záruční doba vám nepřímo umožňuje vyhodnotit spolehlivost frekvenčního měniče. Samozřejmě byste si měli vybrat frekvenční měnič s dlouhodobým plánem.Někteří výrobci výslovně stanoví případy poškození, na které se záruka nevztahuje. Vždy si pečlivě přečtěte dokumentaci a hledejte online recenze modelů zařízení a výrobců. To vám pomůže udělat správnou volbu. Nešetřete penězi za kvalitní služby a školení personálu.

Frekvenční měnič na stojanu

Přetížitelnost

Jako první přiblížení by měl být výkon frekvenčního měniče zvolen o 10-15 % vyšší než výkon motoru. Proud měniče by měl být vyšší než jmenovitý proud motoru a mírně vyšší než proud možných přetížení.

V popisu konkrétního mechanismu jsou obvykle uvedeny přetěžovací proudy a doba jejich toku. Přečtěte si dokumentaci! To vás bude bavit a možná v budoucnu zabráníte poškození zařízení. Pokud se pohon vyznačuje i rázovým (špičkovým) zatížením (zatížení 2-3 sekundy), pak je nutné zvolit měnič pro špičkový proud. Vezměte si znovu 10% marži.
Viz také k tomuto tématu: Frekvenční měniče VLT AQUA Drive pro čerpací jednotky