Frekvenčne riadený elektrický pohon čerpacích jednotiek. Základné metódy riadenia frekvenčných meničov

Domov

septik

Prevádzkové režimy odstredivých čerpadiel sú energeticky najúčinnejšie regulované zmenou otáčok ich obežných kolies. Otáčky obežných kolies je možné meniť, ak sa ako hnací motor použije nastaviteľný elektrický pohon.
Konštrukcia a charakteristiky plynových turbín a spaľovacích motorov sú také, že dokážu zabezpečiť zmenu rýchlosti v požadovanom rozsahu.

Je vhodné analyzovať proces riadenia rýchlosti akéhokoľvek mechanizmu pomocou mechanických charakteristík jednotky.

Zvážte mechanické vlastnostičerpacia jednotka pozostávajúca z čerpadla a elektromotora. Na obr. 1 sú znázornené mechanické charakteristiky odstredivého čerpadla vybaveného spätným ventilom (krivka 1) a elektromotorom s rotorom nakrátko (krivka 2).

Ryža. 1. Mechanické charakteristiky čerpacej jednotky

Rozdiel medzi krútiacim momentom elektromotora a momentom odporu čerpadla sa nazýva dynamický krútiaci moment. Ak krútiaci moment motora ešte chvíľu odpor čerpadla, dynamický moment sa považuje za pozitívny, ak je menší - negatívny.

Pod vplyvom pozitívneho dynamického momentu začne čerpacia jednotka pracovať so zrýchlením, t.j. zrýchľuje. Ak je dynamický moment negatívny, čerpadlová jednotka beží so spomalením, t.j. spomaluje.

Ak sú tieto momenty rovnaké, nastáva ustálený režim prevádzky, t.j. čerpadlo beží konštantnou rýchlosťou. Tieto otáčky a im zodpovedajúci krútiaci moment sú určené priesečníkom mechanických charakteristík elektromotora a čerpadla (bod a na obr. 1).

Ak sa v procese regulácie tým či oným spôsobom zmení mechanická charakteristika, napríklad aby bola mäkšia zavedením dodatočného odporu do obvodu rotora elektromotora (krivka 3 na obr. 1), krútiaci moment elektromotorom sa stane menej momentu odpor.

Pod vplyvom negatívneho dynamického momentu začne čerpacia jednotka pracovať so spomalením, t.j. sa spomaľuje, kým sa krútiaci moment a moment odporu opäť nevyrovnajú (bod b na obr. 1). Tento bod má svoju vlastnú rýchlosť otáčania a vlastnú hodnotu krútiaceho momentu.

Proces regulácie otáčok čerpacej jednotky je teda nepretržite sprevádzaný zmenami krútiaceho momentu elektromotora a momentu odporu čerpadla.

Reguláciu otáčok čerpadla je možné vykonávať buď zmenou otáčok elektromotora pevne spojeného s čerpadlom, alebo zmenou prevodového pomeru prevodovky spájajúcej čerpadlo s elektromotorom, ktorý pracuje pri konštantných otáčkach.

Regulácia frekvencie otáčania elektromotorov

V čerpacích zariadeniach sa používajú hlavne striedavé motory. Rýchlosť striedavého motora závisí od frekvencie napájacieho prúdu f, počtu pólových párov p a sklzu s. Zmenou jedného alebo viacerých z týchto parametrov môžete zmeniť rýchlosť elektromotora a súvisiaceho čerpadla.

Hlavným prvkom frekvenčného meniča je. V meniči sa konštantná frekvencia napájacej siete f1 premieňa na premennú f 2. Úmerne s frekvenciou f 2 sa menia otáčky elektromotora pripojeného na výstup meniča.

Prakticky nezmenené parametre siete napätie U1 a frekvencia f1 sa pomocou frekvenčného meniča prevedú na premenné parametre U2 a f 2 požadované riadiacim systémom. Aby ste zabezpečili stabilnú prevádzku elektromotora, obmedzte jeho prúdové a magnetické preťaženie, udržujte vysoké energetické ukazovatele frekvenčný menič musí udržiavať určitý pomer medzi svojimi vstupnými a výstupnými parametrami v závislosti od typu mechanických charakteristík čerpadla. Tieto pomery sa získajú z rovnice zákona o regulácii frekvencie.

Pri čerpadlách je potrebné dodržať pomer:

U1/f1 = U2/f2 = konšt

Na obr. 2 sú uvedené mechanické charakteristiky asynchrónny motor s reguláciou frekvencie. S poklesom frekvencie f2 mení mechanická charakteristika nielen svoju polohu v súradniciach n-M, ale trochu mení svoj tvar. Zníži sa najmä maximálny krútiaci moment elektromotora. Je to spôsobené tým, že pri dodržaní pomeru U1/f1 = U2/f2 = const a zmene frekvencie f1 sa neberie do úvahy vplyv činného odporu statora na hodnotu krútiaceho momentu motora.

Ryža. 2. Mechanické charakteristiky frekvenčného meniča pri maximálnych (1) a nízkych (2) frekvenciách

Pri regulácii frekvencie s prihliadnutím na tento vplyv zostáva maximálny krútiaci moment nezmenený, tvar mechanickej charakteristiky je zachovaný, mení sa len jej poloha.

Frekvenčné meniče s majú vysoké energetické charakteristiky v dôsledku skutočnosti, že tvar prúdových a napäťových kriviek je na výstupe meniča, blížiaci sa k sínusovému tvaru. V poslednej dobe sa najviac rozšírili frekvenčné meniče na báze IGBT modulov (izolované hradlové bipolárne tranzistory).

Modul IGBT je vysoko efektívny kľúčový prvok. Má nízky pokles napätia, vysokú rýchlosť a nízky spínací výkon. Frekvenčný menič založený na IGBT moduloch s PWM a vektorovým riadiacim algoritmom pre asynchrónny motor má výhody oproti iným typom meničov. Vyznačuje sa vysokým účinníkom v celom rozsahu výstupnej frekvencie.

Schematický diagram prevodníka je znázornený na obr. 3.

Ryža. 3. Schéma frekvenčného meniča na IGBT-moduloch: 1 - ventilátorová jednotka; 2 - napájanie; 3 - nekontrolovaný usmerňovač; 4 - ovládací panel; 5 - doska ovládacieho panela; 6 - PWM; 7 - jednotka premeny napätia; 8 - doska riadiaceho systému; 9 - vodiči; 10 - poistky invertorovej jednotky; 11 - prúdové snímače; 12 - asynchrónny motor vo veveričke; Q1, Q2, Q3 - spínače napájacieho obvodu, riadiaceho obvodu a ventilátorovej jednotky; K1, K2 - stykače na nabíjanie kondenzátorov a napájacieho obvodu; C - blok kondenzátorov; Rl, R2, R3 - odpory na obmedzenie prúdu nabíjania kondenzátora, vybíjania kondenzátora a odtokovej jednotky; VT - invertorové vypínače (moduly IGBT)

Na výstupe frekvenčného meniča sa vytvorí napäťová (prúdová) krivka, ktorá je trochu odlišná od sínusoidy, obsahujúca vyššie harmonické zložky. Ich prítomnosť má za následok zvýšenie strát v elektromotore. Z tohto dôvodu, keď elektrický pohon pracuje pri rýchlostiach blízkych nominálnym, dochádza k preťaženiu elektromotora.

Pri prevádzke pri nízkych otáčkach sa zhoršujú podmienky chladenia elektromotorov s vlastným odvetrávaním používaných v pohonoch čerpadiel. V obvyklom regulačnom rozsahu čerpacích jednotiek (1:2 alebo 1:3) je toto zhoršenie podmienok vetrania kompenzované výrazným znížením zaťaženia v dôsledku poklesu prietoku a tlaku čerpadla.

Pri prevádzke pri frekvenciách blízkych nominálnej hodnote (50 Hz) si zhoršenie chladiacich podmienok v kombinácii s výskytom vyšších harmonických vyžaduje zníženie prípustného mechanického výkonu o 8 - 15 %. Z tohto dôvodu sa maximálny krútiaci moment elektromotora zníži o 1 - 2%, jeho účinnosť - o 1 - 4%, cosφ - o 5 - 7%.

Aby ste predišli preťaženiu motora, buď obmedzte hornú rýchlosť motora, alebo vybavte pohon väčším motorom. Posledné opatrenie je povinné, ak sa predpokladá prevádzka čerpacej jednotky s frekvenciou f 2 > 50 Hz. Obmedzenie hornej hodnoty otáčok motora sa vykonáva obmedzením frekvencie f 2 až 48 Hz. Zvýšenie menovitého výkonu hnacieho motora sa vykoná zaokrúhlením nahor na najbližšiu štandardnú hodnotu.

Skupinové ovládanie regulovateľných elektrických pohonov jednotiek

Mnohé čerpacie jednotky pozostávajú z niekoľkých jednotiek. Spravidla nie všetky jednotky sú vybavené nastaviteľným elektrickým pohonom. Z dvoch alebo troch inštalovaných jednotiek stačí jednu vybaviť nastaviteľným elektrickým pohonom. Ak je k jednej z jednotiek neustále pripojený jeden menič, dochádza k nerovnomernej spotrebe ich motorických zdrojov, pretože jednotka vybavená pohonom s premenlivými otáčkami sa používa oveľa dlhšie.

Pre Rovnomerné rozdelenie záťaže medzi všetkými jednotkami inštalovanými v stanici boli vyvinuté skupinové riadiace stanice, pomocou ktorých je možné jednotky pripájať k meniču jednu po druhej. Riadiace stanice sa zvyčajne vyrábajú pre nízkonapäťové (380 V) jednotky.

Nízkonapäťové regulačné stanice sú zvyčajne navrhnuté na ovládanie dvoch alebo troch jednotiek. Štruktúra nízkonapäťových riadiacich staníc zahŕňa ističe, ktoré poskytujú ochranu proti medzifázovému skratu a zemným poruchám, tepelné relé na ochranu jednotiek pred preťažením, ako aj ovládacie zariadenia (kľúče atď.).

Spínací obvod riadiacej stanice obsahuje potrebné blokovania, ktoré umožňujú pripojenie frekvenčného meniča k ľubovoľnej zvolenej jednotke a výmenu prevádzkových jednotiek bez rušenia technologický režimčerpanie alebo prevádzku dúchadla.

Riadiace stanice spravidla spolu s napájacími prvkami ( istič, stykače a pod.) obsahujú ovládacie a regulačné zariadenia (mikroprocesorové ovládače a pod.).

Na želanie zákazníka sú stanice vybavené automatickými spínacími zariadeniami záložné napájanie(ATS), obchodné meranie spotrebovanej elektriny, ovládanie uzamykacieho zariadenia.

V prípade potreby sa do riadiacej stanice zavedú ďalšie zariadenia, ktoré zabezpečia použitie softštartéra pre jednotky spolu s frekvenčným meničom.

Automatizované riadiace stanice poskytujú:

udržiavanie nastavenej hodnoty technologického parametra (tlak, hladina, teplota atď.);

riadenie prevádzkových režimov elektromotorov regulovaných a neregulovaných jednotiek (riadenie spotrebovaného prúdu, výkonu) a ich ochrana;

automatické zapnutie pri prevádzke záložnej jednotky v prípade havárie hlavnej;

spínanie jednotiek priamo do siete v prípade poruchy frekvenčného meniča;

automatické zapínanie záložného (ATS) elektrického vstupu;

automatické opätovné zatvorenie (AR) stanice po strate a hlboké pristátia napájacie napätie elektrickej siete;

automatická zmena prevádzkového režimu stanice so zastavením a spustením jednotiek do prevádzky v daný čas;

automatické zapnutie dodatočne neregulovanej jednotky, ak regulovaná jednotka po dosiahnutí menovitej rýchlosti nezabezpečila požadovaný prívod vody;

automatické striedanie prevádzkových jednotiek v stanovených intervaloch na zabezpečenie rovnomernej spotreby motorových zdrojov;

prevádzkové ovládanie režimu prevádzky čerpacej (vzduchovej) inštalácie z ovládacieho panela alebo z dispečerskej konzoly.

Ryža. 4. Stanica pre skupinové riadenie frekvenčne riadených elektrických pohonov čerpadiel

Účinnosť frekvencie riadený elektrický pohon v čerpacích jednotkách

Použitie frekvenčne riadeného pohonu umožňuje výrazne šetriť elektrickú energiu, pretože umožňuje použitie veľkých čerpacích jednotiek v režime nízkeho prietoku. Vďaka tomu je možné zvýšením jednotkovej kapacity jednotiek znížiť ich celkový počet a následne zmenšiť celkové rozmery budov, zjednodušiť hydraulická schéma stanice, znížte počet potrubných tvaroviek.

Využitie riadeného elektrického pohonu v čerpacích agregátoch tak umožňuje popri úspore elektriny a vody znížiť počet čerpacích agregátov, zjednodušiť hydraulický okruh stanice a zmenšiť objem budovy budovy čerpacej stanice. V tejto súvislosti vznikajú sekundárne ekonomické efekty: znižujú sa náklady na vykurovanie, osvetlenie a opravy budov, znížené náklady v závislosti od účelu staníc a iných špecifických podmienok možno znížiť o 20 - 50 %.

AT technická dokumentácia na frekvenčných meničoch sa uvádza, že použitie regulovateľného elektrického pohonu v čerpacích jednotkách umožňuje ušetriť až 50 % energie spotrebovanej na čerpanie čistých a Odpadová voda a doba návratnosti je tri až deväť mesiacov.

Výpočty a analýzy účinnosti regulovateľného elektropohonu v existujúcich čerpacích agregátoch zároveň ukazujú, že v malých čerpacích agregátoch s agregátmi do 75 kW, najmä keď pracujú s veľkou statickou zložkou, je nevhodné používať regulovateľné elektrické pohony. V týchto prípadoch môžete použiť viac jednoduché systémy regulácia pomocou škrtenia, zmena počtu prevádzkovaných čerpacích jednotiek.

Aplikácia regulovateľného elektrického pohonu v automatizačných systémoch čerpacie jednotky, na jednej strane znižuje spotrebu energie, na druhej strane si vyžaduje dodatočné kapitálové náklady, preto je uskutočniteľnosť použitia nastaviteľného elektrického pohonu v čerpacích jednotkách určená porovnaním znížených nákladov dvoch možností: základnej a novej. pozadu Nová verzia odoberie sa čerpacia jednotka vybavená nastaviteľným elektrickým pohonom a odoberie sa základná jednotka, ktorej jednotky pracujú s konštantnou rýchlosťou.

Podľa najnovších štatistík približne 70 % všetkej vyrobenej elektriny na svete spotrebuje elektrický pohon. A toto percento každým rokom rastie.

Vhodne zvoleným spôsobom ovládania elektromotora je možné získať maximálnu účinnosť, maximálny krútiaci moment na hriadeli elektromotora a zároveň sa zvýši celkový výkon mechanizmu. Efektívne bežiace elektromotory spotrebúvajú minimum elektriny a poskytujú maximálnu účinnosť.

Pri elektromotoroch poháňaných frekvenčným meničom bude účinnosť do značnej miery závisieť od zvoleného spôsobu ovládania elektrického stroja. Inžinieri a dizajnéri pohonov môžu získať najlepší výkon z každej metódy ovládania len vtedy, ak pochopia výhody každej metódy.
Obsah:

Metódy kontroly

Mnoho ľudí pracujúcich v oblasti automatizácie, ktorí nie sú úzko zapojení do vývoja a implementácie elektrických pohonných systémov, sa domnieva, že riadenie elektromotora pozostáva zo sekvencie príkazov zadávaných pomocou rozhrania z ovládacieho panela alebo PC. Áno, z hľadiska celkovej hierarchie riadenia automatizovaný systém to je správne, ale stále existujú spôsoby, ako ovládať samotný elektromotor. Práve tieto metódy budú mať maximálny vplyv na výkon celého systému.

Pre asynchrónne motory pripojené k frekvenčnému meniču existujú štyri základné spôsoby riadenia:

U / f - volt na hertz;
U/f s kódovačom;
vektorové riadenie s otvorenou slučkou;
Vektorové riadenie s uzavretou slučkou;

Všetky štyri metódy využívajú moduláciu šírky impulzu PWM, ktorá mení šírku pevného signálu zmenou šírky impulzu na vytvorenie analógového signálu.

Modulácia šírky impulzu sa aplikuje na frekvenčný menič pomocou pevného napätia zbernice priamy prúd. rýchlym otváraním a zatváraním (správnejšie spínaním) generovať výstupné impulzy. Zmenou šírky týchto impulzov sa na výstupe získa "sínusoida" požadovanej frekvencie. Aj keď je tvar výstupného napätia tranzistorov impulzný, prúd sa stále získava vo forme sínusoidy, pretože elektromotor má indukčnosť, ktorá ovplyvňuje tvar prúdu. Všetky spôsoby riadenia sú založené na modulácii PWM. Rozdiel medzi spôsobmi riadenia je iba v spôsobe výpočtu aplikovaného napätia na motor.

V tomto prípade nosná frekvencia (zobrazená červenou farbou) predstavuje maximálnu spínaciu frekvenciu tranzistorov. Nosná frekvencia pre invertory je zvyčajne v rozsahu 2 kHz - 15 kHz. Referenčná frekvencia (zobrazená modrou farbou) je výstupný signál referenčnej frekvencie. Pre invertory použiteľné v konvenčné systémy elektrických pohonov sa spravidla pohybuje v rozsahu 0 Hz - 60 Hz. Keď sú signály dvoch frekvencií superponované na seba, bude vydaný signál otvorenia tranzistora (označený čiernou farbou), ktorý napája elektromotor.

Spôsob riadenia V/F

Regulácia Volt-per-hertz, najčastejšie označovaná ako V/F, je možno najjednoduchším spôsobom regulácie. Pre svoju jednoduchosť a minimálny počet parametrov potrebných na prevádzku sa často používa v jednoduchých elektrických pohonných systémoch. Tento spôsob ovládania nevyžaduje povinnú inštaláciu enkodéra a povinné nastavenia pre frekvenčne riadený elektrický pohon (ale odporúča sa). Výsledkom sú nižšie náklady na pomocné vybavenie(snímače, vodiče spätnej väzby, relé atď.). Riadenie U / F sa pomerne často používa vo vysokofrekvenčných zariadeniach, napríklad sa často používa v CNC strojoch na pohon otáčania vretena.

Model s konštantným krútiacim momentom má konštantný krútiaci moment v celom rozsahu otáčok pri rovnakom pomere U/F. Model s premenlivým pomerom krútiaceho momentu má nižšie napájacie napätie pri nízkych otáčkach. Je to potrebné, aby sa zabránilo presýteniu elektrického stroja.

U/F je jediný spôsob ovládania rýchlosti indukčného motora, ktorý umožňuje ovládanie viacerých pohonov z jedného frekvenčného meniča. V súlade s tým sa všetky stroje spúšťajú a zastavujú v rovnakom čase a pracujú s rovnakou frekvenciou.

ale tadiaľto riadenie má niekoľko obmedzení. Napríklad pri použití metódy riadenia V/F bez kódovača nie je absolútne žiadna istota, že sa hriadeľ indukčného stroja otáča. Okrem toho je rozbehový moment elektrického stroja pri frekvencii 3 Hz obmedzený na 150 %. Áno, obmedzený krútiaci moment je viac než dostatočný pre väčšinu existujúcich zariadení. Napríklad takmer všetky ventilátory a čerpadlá používajú metódu riadenia V/F.

Táto metóda je vzhľadom na voľnejšiu špecifikáciu pomerne jednoduchá. Regulácia otáčok je zvyčajne v rozsahu 2% - 3% maximálnej výstupnej frekvencie. Rýchlostná odozva sa počíta pre frekvencie nad 3 Hz. Rýchlosť odozvy frekvenčného meniča je určená rýchlosťou jeho odozvy na zmenu referenčnej frekvencie. Čím vyššia je rýchlosť odozvy, tým rýchlejšia je odozva meniča na zmenu referenčnej rýchlosti.

Rozsah regulácie rýchlosti pri použití metódy V/F je 1:40. Vynásobením tohto pomeru maximom prevádzková frekvencia elektrický pohon, dostaneme hodnotu minimálnej frekvencie, na ktorej môže elektrický stroj pracovať. Napríklad ak maximálna hodnota frekvencia je 60 Hz a rozsah je 1:40, minimálna frekvencia je potom 1,5 Hz.

Vzor U/F určuje pomer frekvencie a napätia počas prevádzky frekvenčného meniča. Krivka nastavenia rýchlosti otáčania (frekvencie elektromotora) bude podľa neho určovať okrem hodnoty frekvencie aj hodnotu napätia privádzaného na svorky elektrického stroja.

Operátori a technici môžu v modernom frekvenčnom meniči pomocou jediného parametra zvoliť požadovaný vzor regulácie U/F. Prednastavené šablóny sú už optimalizované pre konkrétne aplikácie. Nechýba ani možnosť vytvorenia vlastných šablón, ktoré budú optimalizované pre konkrétny systém frekvenčného pohonu alebo elektromotora.

Zariadenia, ako sú ventilátory alebo čerpadlá, majú záťažový moment, ktorý závisí od ich otáčok. Variabilný krútiaci moment (obrázok vyššie) vzoru V/F zabraňuje chybám nastavenia a zlepšuje účinnosť. Tento model regulácie znižuje magnetizačné prúdy pri nízkych frekvenciách znížením napätia na elektrickom stroji.

Stroje s konštantným krútiacim momentom, ako sú dopravníky, extrudéry a iné zariadenia, používajú metódu riadenia konštantného krútiaceho momentu. Pri konštantnom zaťažení je potrebný plný magnetizačný prúd pri všetkých rýchlostiach. V súlade s tým má charakteristika priamy sklon v celom rozsahu otáčok.

Spôsob ovládania U/F s enkodérom

Ak je potrebné zlepšiť presnosť regulácie rýchlosti, do riadiaceho systému sa pridáva kódovač. Úvod spätná väzba z hľadiska rýchlosti pomocou enkodéra umožňuje zvýšiť presnosť regulácie až na 0,03%. Výstupné napätie bude stále určené nastaveným vzorom U/F.

Tento spôsob ovládania nebol široko používaný, pretože výhody, ktoré predstavuje v porovnaní so štandardnými funkciami V/F, sú minimálne. Štartovací moment, rýchlosť odozvy a rozsah regulácie otáčok sú identické so štandardným V/F. Okrem toho so zvýšením prevádzkových frekvencií môžu nastať problémy s prevádzkou kodéra, pretože má obmedzený počet otáčok.

Otvorte vektorové ovládanie slučky

Open Loop Vector Control (VU) sa používa na širšie a dynamickejšie riadenie rýchlosti elektrického stroja. Pri štartovaní z frekvenčného meniča môžu motory vyvinúť štartovací moment 200 % menovitého krútiaceho momentu pri frekvencii iba 0,3 Hz. To značne rozširuje zoznam mechanizmov, kde je možné použiť asynchrónny elektrický pohon s vektorovým riadením. Táto metóda vám tiež umožňuje ovládať krútiaci moment stroja vo všetkých štyroch kvadrantoch.

Krútiaci moment je obmedzený motorom. Je to nevyhnutné, aby sa zabránilo poškodeniu zariadení, strojov alebo výrobkov. Hodnota momentov je rozdelená do štyroch rôznych kvadrantov v závislosti od smeru otáčania elektrického stroja (vpred alebo vzad) a v závislosti od toho, či elektromotor používa . Limity je možné nastaviť pre každý kvadrant samostatne, alebo používateľ môže nastaviť celkový krútiaci moment vo frekvenčnom meniči.

Motorový režim asynchrónneho stroja bude za predpokladu, že magnetické pole rotora bude zaostávať magnetické pole stator. Ak magnetické pole rotora začne presahovať magnetické pole statora, potom stroj prejde do režimu regeneratívneho brzdenia s návratom energie, inými slovami, asynchrónny motor sa prepne do režimu generátora.

Napríklad stroj na uzatváranie fliaš môže použiť limit krútiaceho momentu v kvadrante 1 (dopredu s kladným krútiacim momentom), aby sa zabránilo nadmernému utiahnutiu uzáveru fľaše. Mechanizmus vytvára pohyb vpred a používa pozitívny moment naskrutkovať uzáver fľaše. Na druhej strane, zariadenie ako výťah s protizávažím ťažším ako prázdna kabína bude využívať kvadrant 2 (reverzná rotácia a kladný krútiaci moment). Ak sa auto zdvihne do najvyššieho poschodia, krútiaci moment bude opačný ako rýchlosť. Je to potrebné na obmedzenie rýchlosti zdvíhania a zabránenie voľnému pádu protizávažia, pretože je ťažšie ako kabína.

Prúdová spätná väzba v týchto frekvenčných meničoch vám umožňuje nastaviť limity krútiaceho momentu a prúdu motora, pretože so zvyšujúcim sa prúdom sa zvyšuje aj krútiaci moment. Výstupné napätie meniča sa môže zvýšiť, ak mechanizmus vyžaduje väčší krútiaci moment, alebo sa môže znížiť, ak sa dosiahne limit. Vďaka tomu je princíp vektorového riadenia asynchrónneho stroja flexibilnejší a dynamickejší ako princíp U/F.

Taktiež frekvenčné meniče s vektorovým riadením s otvorenou slučkou majú rýchlejšiu rýchlostnú odozvu 10 Hz, čo umožňuje ich použitie v mechanizmoch s rázovým zaťažením. Napríklad drviče skala zaťaženie sa neustále mení a závisí od objemu a rozmerov spracovávanej horniny.

Na rozdiel od vzoru riadenia U/F, vektorové riadenie používa vektorový algoritmus na určenie maximálneho efektívneho prevádzkového napätia motora.

Vektorové riadenie VU rieši tento problém vďaka prítomnosti spätnej väzby na prúd motora. Prúdovú spätnú väzbu spravidla vytvárajú vnútorné prúdové transformátory samotného frekvenčného meniča. Na základe získanej hodnoty prúdu frekvenčný menič vypočíta krútiaci moment a tok elektrického stroja. Základný vektor prúdu motora je matematicky rozdelený na vektor magnetizačného prúdu (I d) a vektor krútiaceho momentu (I q).

Pomocou údajov a parametrov elektrického stroja menič vypočíta vektory magnetizačného prúdu (I d) a krútiaceho momentu (I q). Na dosiahnutie maximálneho výkonu musí frekvenčný menič udržiavať Id a Iq oddelené 90 0 . To je dôležité, pretože sin 90 0 = 1 a hodnota 1 predstavuje maximálnu hodnotu krútiaceho momentu.

Vo všeobecnosti vektorové riadenie indukčného motora poskytuje prísnejšie riadenie. Regulácia otáčok je približne ±0,2% maximálnej frekvencie a rozsah regulácie dosahuje 1:200, čo umožňuje udržať krútiaci moment pri práci v nízkych otáčkach.

Vektorové ovládanie spätnej väzby

Vektorové riadenie s uzavretou slučkou používa rovnaký riadiaci algoritmus ako JV bez spätnej väzby. Hlavným rozdielom je prítomnosť enkodéra, ktorý umožňuje frekvenčnému meniču vyvinúť 200% rozbehový krútiaci moment pri 0 ot./min. Táto položka je jednoducho potrebná na vytvorenie počiatočného momentu pri rozbiehaní výťahov, žeriavov a iných zdvíhacie stroje aby sa zabránilo skĺznutiu nákladu.

Prítomnosť snímača spätnej väzby rýchlosti vám umožňuje zvýšiť čas odozvy systému o viac ako 50 Hz, ako aj rozšíriť rozsah riadenia rýchlosti až na 1:1500. Prítomnosť spätnej väzby vám tiež umožňuje ovládať nie rýchlosť elektrického stroja, ale moment. V niektorých mechanizmoch má veľký význam hodnota okamihu. Napríklad navíjačka, blokovacie mechanizmy a iné. V takýchto zariadeniach je potrebné regulovať moment stroja.

Riadenie frekvenčného pohonu umožňuje pomocou špeciálneho meniča flexibilne meniť prevádzkové režimy elektromotora: štart, stop, zrýchlenie, brzdenie, zmena rýchlosti otáčania.

Zmena frekvencie napájacieho napätia vedie k zmene uhlovej rýchlosti magnetického poľa statora. Keď sa frekvencia zníži, motor sa zníži a sklz sa zvýši.

Princíp činnosti frekvenčného meniča pohonu

Hlavnou nevýhodou asynchrónnych motorov je obtiažnosť regulácie otáčok. tradičnými spôsobmi: zmenou napájacieho napätia a zavedením dodatočných odporov do obvodu vinutia. Dokonalejší je frekvenčný pohon elektromotora. Až donedávna boli prevodníky drahé, ale nástup tranzistorov IGBT a mikroprocesorových riadiacich systémov to umožnil zahraničných výrobcov vytvárať cenovo dostupné zariadenia. Najdokonalejšie sú teraz statické

Uhlová rýchlosť magnetického poľa statora ω 0 sa mení v pomere k frekvencii ƒ 1 podľa vzorca:

ω 0 \u003d 2π × ƒ 1 /p,

kde p je počet pólových párov.

Metóda poskytuje plynulé ovládanie rýchlosti. V tomto prípade sa rýchlosť posuvu motora nezvýši.

Pre získanie vysokého energetického výkonu motora - účinnosti, účinníka a preťaženia sa spolu s frekvenciou mení napájacie napätie podľa určitých závislostí:

konštantný zaťažovací moment - U 1 / ƒ 1 = konšt.;
ventilátorový charakter momentu zaťaženia - U 1 / ƒ 1 2 = konšt.
zaťažovací moment nepriamo úmerný otáčkam - U 1 /√ ƒ 1 = konšt.

Tieto funkcie sú realizované pomocou meniča, ktorý súčasne mení frekvenciu a napätie na statore motora. Elektrická energia je ušetrená reguláciou pomocou potrebného technologického parametra: tlak čerpadla, výkon ventilátora, rýchlosť posuvu stroja atď. Zároveň sa parametre plynule menia.

Metódy frekvenčného riadenia asynchrónnych a synchrónnych elektromotorov

Vo frekvenčne riadenom pohone na báze asynchrónnych motorov s rotorom nakrátko sa používajú dva spôsoby riadenia - skalárny a vektorový. V prvom prípade sa súčasne mení amplitúda a frekvencia napájacieho napätia.

Je to nevyhnutné na udržanie výkonu motora, najčastejšie konštantného pomeru jeho maximálneho krútiaceho momentu k momentu odporu na hriadeli. Výsledkom je, že účinnosť a účinník zostávajú nezmenené v celom rozsahu otáčania.

Vektorové riadenie spočíva v súčasnej zmene amplitúdy a fázy prúdu na statore.

Frekvenčný pohon tohto typu pracuje len pri malom zaťažení, pri zvýšení nad prípustné hodnoty môže dôjsť k porušeniu synchronizácie.

Výhody frekvenčného meniča

Regulácia frekvencie má oproti iným metódam celý rad výhod.

Automatizácia motora a výrobných procesov.
Odstraňuje mäkký štart typické chyby vyskytujúce sa pri akcelerácii motora. Zlepšenie spoľahlivosti frekvenčného meniča a zariadenia znížením preťaženia.
Zlepšenie ekonomiky prevádzky a výkonu pohonu ako celku.
Vytvorenie konštantnej frekvencie otáčania elektromotora, bez ohľadu na charakter zaťaženia, čo je dôležité pri prechodových javoch. Použitie spätnej väzby umožňuje udržiavať konštantné otáčky motora pri rôznych rušivých vplyvoch, najmä pri premenlivom zaťažení.
Prevodníky sa ľahko integrujú do existujúcich technické systémy bez výraznej zmeny a zastavenia technologických procesov. Rozsah kapacít je veľký, ale s ich nárastom výrazne rastú ceny.
Možnosť opustiť variátory, prevodovky, škrtiace klapky a iné ovládacie zariadenia alebo rozšíriť rozsah ich použitia. To má za následok výrazné úspory energie.
Eliminácia škodlivého účinku prechodných procesov na technologické vybavenie, ako je vodné kladivo resp vysoký krvný tlak kvapaliny v potrubiach s poklesom jej spotreby v noci.

nevýhody

Rovnako ako všetky invertory, chastotniki sú zdrojom rušenia. Potrebujú filtre.

Hodnoty značky sú vysoké. Výrazne sa zvyšuje so zvyšujúcim sa výkonom zariadení.

Regulácia frekvencie na prepravu tekutín

V zariadeniach, kde sa čerpá voda a iné kvapaliny, sa riadenie prietoku väčšinou vykonáva pomocou posúvačov a ventilov. V súčasnosti sľubný smer je použitie frekvenčného pohonu čerpadla alebo ventilátora, ktorý poháňa ich lopatky.

Použitie frekvenčného meniča ako alternatívy k škrtiacej klapke prináša úsporu energie až 75 %. Ventil, ktorý zadržiava tok tekutiny, nevykonáva užitočnú prácu. Zároveň sa zvyšujú straty energie a hmoty na jej prepravu.

Frekvenčný pohon umožňuje udržiavať konštantný tlak na spotrebiči pri zmene prietoku kvapaliny. Z tlakového snímača je vysielaný signál do pohonu, ktorý mení otáčky motora a tým reguluje jeho otáčky pri zachovaní daného prietoku.

Čerpacie jednotky sú riadené zmenou ich výkonu. Príkon čerpadla je v kubickej závislosti od výkonu alebo rýchlosti otáčania kolesa. Ak sa rýchlosť zníži 2-krát, výkon čerpadla klesne 8-krát. Prítomnosť denného plánu spotreby vody vám umožňuje určiť úspory energie na toto obdobie, ak ovládate frekvenčný menič. Vďaka tomu je možné automatizovať čerpaciu stanicu a tým optimalizovať tlak vody v sieťach.

Obsluha ventilačných a klimatizačných systémov

Maximálny prietok vzduchu vo ventilačných systémoch nie je vždy potrebný. Prevádzkové podmienky môžu vyžadovať zníženie výkonu. Tradične sa na to používa škrtenie, keď otáčky kolesa zostávajú konštantné. Je pohodlnejšie meniť rýchlosť prúdenia vzduchu vďaka pohonu s premenlivou frekvenciou pri sezónnom a klimatické podmienky, uvoľňovanie tepla, vlhkosti, výparov a škodlivých plynov.

Úspora energie vo ventilačných a klimatizačných systémoch nie je nižšia ako v čerpacích staniciach, pretože spotreba energie na rotáciu hriadeľa je v kubickej závislosti od otáčok.

Zariadenie frekvenčného meniča

Moderný frekvenčný pohon je navrhnutý podľa schémy dvojitého meniča. Pozostáva z usmerňovača a impulzného meniča s riadiacim systémom.

Po usmernení sieťového napätia je signál vyhladený filtrom a privedený do meniča so šiestimi tranzistorovými spínačmi, kde je každý z nich pripojený k vinutiu statora asynchrónneho elektromotora. Jednotka prevádza usmernený signál na trojfázový signál požadovanej frekvencie a amplitúdy. Výkonové IGBT vo výstupných stupňoch majú vysokú spínaciu frekvenciu a poskytujú ostrý štvorcový priebeh bez skreslenia. V dôsledku filtračných vlastností vinutí motora zostáva tvar prúdovej krivky na ich výstupe sínusový.

Metódy riadenia amplitúdy signálu

Výstupné napätie je regulované dvoma spôsobmi:

Amplitúda - zmena veľkosti napätia.
Pulzno-šírková modulácia je metóda premeny impulzného signálu, pri ktorej sa mení jeho trvanie, ale frekvencia zostáva nezmenená. Tu závisí výkon od šírky impulzu.

Druhý spôsob sa používa najčastejšie v súvislosti s rozvojom mikroprocesorovej techniky. Moderné meniče sú vyrobené na báze hradlových GTO-tyristorov alebo IGBT-tranzistorov.

Možnosti a použitie meničov

Frekvenčný pohon má veľa možností.

Regulácia frekvencie trojfázového napájacieho napätia od nuly do 400 Hz.
Zrýchlenie alebo spomalenie elektromotora od 0,01 sek. do 50 min. podľa daného zákona času (zvyčajne lineárneho). Pri akcelerácii je možný nielen pokles, ale aj nárast dynamických a rozbehových krútiacich momentov až o 150 %.
Reverzácia motora pri daných režimoch brzdenia a akcelerácie na požadovanú rýchlosť v opačnom smere.
Meniče využívajú konfigurovateľnú elektronickú ochranu proti skratu, preťaženiu, zemnému zvodu a prerušeniu elektrického vedenia motora.
Digitálne displeje meničov zobrazujú údaje o ich parametroch: frekvencia, napájacie napätie, otáčky, prúd atď.
V meničoch sa volt-frekvenčné charakteristiky upravujú v závislosti od toho, aké zaťaženia sú potrebné na motory. Funkcie riadiacich systémov na nich založených zabezpečujú vstavané ovládače.
Pre nízke frekvencie je dôležité použiť vektorové riadenie, ktoré umožňuje pracovať s plným krútiacim momentom motora, udržiavať konštantnú rýchlosť pri zmene záťaže a riadiť krútiaci moment na hriadeli. Frekvenčný menič funguje dobre so správnym zadaním údajov z pasu motora a po jeho úspešnom otestovaní. Známe sú produkty firiem HYUNDAI, Sanyu atď.

Oblasti použitia konvertorov sú nasledovné:

čerpadlá v systémoch zásobovania teplou a studenou vodou a teplom;
kalové, pieskové a kalové čerpadlá koncentračných zariadení;
dopravné systémy: dopravníky, valčekové dopravníky a iné prostriedky;
miešačky, mlyny, drviče, extrudéry, dávkovače, podávače;
odstredivky;
výťahy;
hutnícke zariadenia;
vŕtacie zariadenia;
elektrické pohony obrábacích strojov;
rýpadlá a žeriavové zariadenia, manipulačné mechanizmy.

Výrobcovia frekvenčných meničov, recenzie

Domáci výrobca už začal vyrábať produkty vhodné pre užívateľov z hľadiska kvality a ceny. Výhodou je možnosť rýchleho získania správneho zariadenia, ako aj podrobné rady s jeho nastavením.

spoločnosť " Efektívne systémy"Vyrába sériové produkty a pilotné šarže zariadení. Produkty sa používajú pre domáce použitie, v malých prevádzkach a v priemysle. Výrobca Vesper vyrába sedem sérií meničov, medzi ktorými sú multifunkčné vhodné pre väčšinu priemyselných mechanizmov.

Lídrom vo výrobe chastotnikov je dánska spoločnosť Danfoss. Jej produkty sa používajú vo ventilačných, klimatizačných, vodovodných a vykurovacích systémoch. fínska spoločnosť Vacon, ktorý je súčasťou Dánska, vyrába modulárne štruktúry, z ktorých sa dá skladať potrebné zariadenia bez zbytočných dielov, čo šetrí komponenty. Známe sú aj meniče medzinárodného koncernu ABB, používané v priemysle aj v bežnom živote.

Podľa recenzií je možné lacné domáce meniče použiť na riešenie jednoduchých typických problémov a pre zložité potrebujete značku s oveľa väčším počtom nastavení.

Záver

Frekvenčný pohon riadi elektromotor zmenou frekvencie a amplitúdy napájacieho napätia a zároveň ho chráni pred poruchami: preťažením, skratom, prerušením napájacej siete. Tie plnia tri hlavné funkcie súvisiace s akceleráciou, brzdením a otáčkami motora. To umožňuje zvýšiť efektivitu zariadení v mnohých oblastiach techniky.

VFD

Pohon s premenlivou frekvenciou (VFD)- riadiaci systém rýchlosti otáčania asynchrónneho (synchrónneho) elektromotora. Pozostáva zo samotného elektromotora a frekvenčného meniča.

Frekvenčný menič (frekvenčný menič) je zariadenie pozostávajúce z usmerňovača (jednosmerného mostíka), ktorý konvertuje striedavý prúd priemyselnej frekvencie na usmernenie a invertor (menič) (niekedy s PWM), ktorý premieňa jednosmerný prúd na striedavý prúd požadovanej frekvencie a amplitúdy. Výstupné tyristory (GTO) alebo tlmivka a na zníženie elektromagnetického rušenia - EMC filter.

Aplikácia

VFD sa používajú v dopravníkových systémoch, rezacích strojoch, riadení pohonu miešadiel, čerpadiel, ventilátorov, kompresorov atď. CHRP našiel miesto v domáce klimatizácie. VFD sa stáva čoraz populárnejším v mestskej elektrickej doprave, najmä v trolejbusoch. Aplikácia umožňuje:

zlepšiť presnosť ovládania
znížiť spotrebu energie v prípade premenlivého zaťaženia.

Použitie frekvenčných meničov na čerpacích staniciach

Klasický spôsob riadenia dodávky čerpacích jednotiek zahŕňa škrtenie tlakových potrubí a reguláciu počtu prevádzkových jednotiek podľa nejakého technického parametra (napríklad tlaku v potrubí). V tomto prípade sa čerpacie jednotky vyberajú na základe určitých konštrukčných charakteristík (spravidla v veľká strana) a nepretržite pracujú v danom režime s konštantnou rýchlosťou bez zohľadnenia kolísania prietokov a tlakov spôsobených premenlivou spotrebou vody. Tie. jednoducho povedané, aj keď nie je potrebné žiadne výrazné úsilie, čerpadlá pokračujú v prevádzke daným prevádzkovým tempom, pričom spotrebúvajú značné množstvo elektriny. Stáva sa to teda napríklad v noci, keď spotreba vody prudko klesá.

Narodenie nastaviteľného elektrického pohonu umožnilo ísť z opaku v technológii zásobovacieho systému: teraz to nie je čerpacia jednotka, ktorá diktuje podmienky, ale vlastnosti samotných potrubí. Frekvenčne riadený elektrický pohon s asynchrónnym elektromotorom pre všeobecné priemyselné využitie našiel široké uplatnenie vo svetovej praxi. Frekvenčná regulácia rýchlosti otáčania hriadeľa asynchrónneho motora sa vykonáva pomocou elektronické zariadenie, ktorý sa bežne nazýva frekvenčný menič. Vyššie uvedený efekt sa dosiahne zmenou frekvencie a amplitúdy trojfázového napätia dodávaného do elektromotora. Zmenou parametrov napájacieho napätia (reguláciou frekvencie) je teda možné znížiť aj vyššiu rýchlosť otáčania motora ako je nominálna.

Metóda frekvenčnej konverzie je založená na ďalší princíp. Frekvencia priemyselnej siete je spravidla 50 Hz. Vezmime si napríklad čerpadlo s dvojpólovým elektromotorom. Pri takejto sieťovej frekvencii sú otáčky motora 3000 (50 Hz x 60 sek.) ot./min. a dávajú čerpacej jednotke nominálnu výšku a výkon (pretože toto sú jej nominálne parametre podľa pasu). Ak sa pomocou frekvenčného meniča zníži frekvencia striedavého napätia, ktoré sa k nemu dodáva, rýchlosť otáčania motora sa zodpovedajúcim spôsobom zníži a v dôsledku toho sa zmení tlak a výkon čerpacej jednotky. Informácie o tlaku v sieti vstupujú do jednotky frekvenčného meniča pomocou špeciálneho tlakového snímača inštalovaného v potrubí, na základe týchto údajov menič zodpovedajúcim spôsobom mení frekvenciu dodávanú do motora.

Moderný frekvenčný menič má kompaktný dizajn, prachotesný a vlhkotesný kryt, užívateľsky prívetivé rozhranie, ktoré umožňuje jeho použitie v najťažších podmienkach a problematických prostrediach. Výkonový rozsah je veľmi široký a pohybuje sa od 0,4 do 500 kW alebo viac pri štandardnom napájaní 220/380 V a 50-60 Hz. Prax ukazuje, že používanie frekvenčných meničov na čerpacie stanice umožňuje:

Šetrite energiu nastavením chodu elektropohonu v závislosti od skutočnej spotreby vody (úsporný efekt 20-50%);

Znížte spotrebu vody znížením netesností pri prekročení tlaku v potrubí, keď je spotreba vody skutočne malá (v priemere o 5 %);

Znížiť náklady na preventívne a generálna oprava stavieb a zariadení (celá vodárenská infraštruktúra), v dôsledku potláčania havarijných stavov spôsobených najmä vodným rázom, ku ktorému často dochádza pri použití neregulovaného elektrického pohonu (je preukázané, že životnosť vybavenie sa zvýši najmenej 1,5-krát);

Dosiahnuť určitú úsporu tepla v systémoch zásobovania teplou vodou znížením straty teplonosnej vody;

V prípade potreby zvýšte tlak nad normál;

Komplexne automatizovať systém zásobovania vodou, čím sa zníži fond mzdyúdržby a služobného personálu a vylúčiť vplyv „ľudského faktora“ na prevádzku systému, čo je tiež dôležité. Podľa odhadov už realizovaných projektov je doba návratnosti projektu zavedenia frekvenčných meničov 1-2 roky.

Strata energie pri brzdení motorom

V mnohých inštaláciách má nastaviteľný elektrický pohon úlohy nielen plynulého riadenia krútiaceho momentu a rýchlosti otáčania elektromotora, ale aj úlohy spomaľovania a brzdenia prvkov inštalácie. Klasickým riešením tohto problému je systém pohonu s asynchrónnym motorom s frekvenčným meničom vybaveným brzdovým spínačom s brzdným rezistorom.

Súčasne v režime spomalenia / brzdenia elektromotor funguje ako generátor, ktorý premieňa mechanická energia do elektrického, ktorý sa nakoniec rozptýli brzdovým odporom. Typické inštalácie, v ktorých sa striedajú cykly zrýchlenia s cyklami spomalenia, sú zdvíhadlá, výťahy, odstredivky, navíjačky atď.

Momentálne však už existujú frekvenčné meniče so zabudovaným rekuperátorom, ktoré umožňujú vrátiť energiu prijatú z motora pracujúceho v režime brzdenia späť do siete. Zaujímavé je aj to, že pre určitý výkonový rozsah sú náklady na inštaláciu frekvenčného meniča s brzdovými odpormi často porovnateľné s nákladmi na inštaláciu frekvenčného meniča so zabudovaným výmenníkom tepla, a to aj bez zohľadnenia ušetrenej elektriny.

V tomto prípade začne inštalácia "zarábať peniaze" takmer okamžite po uvedení do prevádzky.

Výrobcovia

Výskumné a vývojové centrum "Technológia pohonu", ochranná známka "Momentum" (Čeljabinsk)

pozri tiež

vonkajšie odkazy

Nadácia Wikimedia. 2010.

Variable Frequency Drive (VFD) Variable Frequency Drive (VFD) je systém na riadenie rýchlosti otáčania asynchrónneho (synchrónneho) elektromotora. Pozostáva zo skutočného motora a frekvenčného meniča ... Wikipedia

Pohon: V mechanike Pohon (aj motorový pohon) je súbor zariadení určených na pohon strojov. Pozostáva z motora, prevodovky a riadiaceho systému. K dispozícii je skupinový pohon (pre niekoľko strojov) a ... ... Wikipedia

- (skrátene elektrický pohon) je elektromechanický systém uvádzať do pohybu akčné členy pracovných strojov a riadiť tento pohyb za účelom realizácie technologického postupu. Moderný elektrický pohon ... ... Wikipedia

Tento výraz má iné významy, pozri Frekvenčný menič. Tento článok by mal byť wikiifikovaný. Naformátujte ho prosím podľa pravidiel pre formátovanie článkov ... Wikipedia

Chceli by ste vylepšiť tento článok?: Umiestnite interwiki ako súčasť projektu Interwiki. Nájsť a vydať vo forme poznámok pod čiarou odkazy na autoritatívne zdroje potvrdzujúce to, čo je napísané... Wikipedia

Tento článok by mal byť wikiifikovaný. Naformátujte ho prosím podľa pravidiel pre formátovanie článkov ... Wikipedia

Frekvenčné meniče sú určené na plynulé riadenie otáčok asynchrónneho motora vytvorením trojfázového napätia s premenlivou frekvenciou na výstupe meniča. V najjednoduchších prípadoch dochádza k regulácii frekvencie a napätia v súlade s špecifikovaná charakteristika U/f, najpokročilejšie meniče implementujú tzv vektorové ovládanie .
Princíp činnosti frekvenčného meniča alebo, ako sa často nazýva, meniča: striedavé napätie priemyselnej siete je usmerňované blokom usmerňovacích diód a filtrované veľkou kondenzátorovou bankou, aby sa minimalizovalo zvlnenie prijatého napätia. Toto napätie sa aplikuje na mostíkový obvod, ktorý obsahuje šesť IGBT alebo MOSFET riadených tranzistorov s diódami zapojenými antiparalelne na ochranu tranzistorov pred prerušením napätia v obrátenej polarite, ku ktorému dochádza pri práci s vinutím motora. Okrem toho obvod niekedy obsahuje obvod "vypúšťania" energie - tranzistor s odporom s vysokým rozptylom výkonu. Tento obvod sa používa v režime brzdenia na tlmenie napätia generovaného motorom a na ochranu kondenzátorov pred prebitím a poruchou.
Bloková schéma meniča je uvedená nižšie.
Frekvenčný menič doplnený asynchrónnym elektromotorom umožňuje nahradiť jednosmerný elektrický pohon. Systémy riadenia otáčok jednosmerného motora sú pomerne jednoduché, ale slabým miestom takéhoto elektrického pohonu je elektromotor. Je to drahé a nespoľahlivé. Počas prevádzky kefy iskry a kolektor sa opotrebuje vplyvom elektroerózie. Takýto elektromotor nie je možné použiť v prašnom a výbušnom prostredí.
Asynchrónne elektromotory sú v mnohých smeroch lepšie ako jednosmerné motory: majú jednoduchý dizajn a sú spoľahlivé, pretože nemajú pohyblivé kontakty. Oproti jednosmerným motorom majú menšie rozmery, hmotnosť a náklady pri rovnakom výkone. Asynchrónne motory sa ľahko vyrábajú a obsluhujú.
Hlavnou nevýhodou asynchrónnych elektromotorov je náročnosť regulácie ich otáčok tradičnými metódami (zmenou napájacieho napätia, zavedením dodatočných odporov do obvodu vinutia).
Riadenie asynchrónneho elektromotora vo frekvenčnom režime bolo donedávna veľkým problémom, hoci teória frekvenčnej regulácie bola vyvinutá už v tridsiatych rokoch. Vývoj frekvenčne riadeného elektrického pohonu bol pozastavený vysoká cena frekvenčné meniče. Vzhľad výkonových obvodov s tranzistormi IGBT, vývoj vysokovýkonných mikroprocesorových riadiacich systémov umožnil rôznym spoločnostiam v Európe, USA a Japonsku vytvárať moderné frekvenčné meniče za prijateľnú cenu.
Rýchlosť otáčania pohonov je možné ovládať pomocou rôznych zariadení: mechanické variátory, hydraulické spojky, rezistory dodatočne zavedené do statora alebo rotora, elektromechanické frekvenčné meniče, statické frekvenčné meniče.
Použitie prvých štyroch zariadení neposkytuje Vysoká kvalita regulácia otáčok, neekonomická, vyžaduje vysoké náklady pri inštalácii a prevádzke. Statické frekvenčné meniče sú v súčasnosti najpokročilejšie zariadenia na riadenie asynchrónneho pohonu.
Princíp frekvenčnej metódy riadenia otáčok asynchrónneho motora spočíva v tom, že zmenou frekvencie f1 napájacieho napätia je možné v súlade s výrazom

konštantný počet párov pólov p na zmenu uhlovej rýchlosti magnetického poľa statora.
Táto metóda poskytuje plynulé riadenie rýchlosti v širokom rozsahu a mechanické vlastnosti sú vysoko tuhé.
V tomto prípade nie je regulácia otáčok sprevádzaná zvýšením sklzu asynchrónneho motora, takže strata výkonu pri regulácii je malá.
Na získanie vysokého energetického výkonu asynchrónneho motora - účinníky, užitočná akcia, preťaženie - je potrebné meniť vstupné napätie súčasne s frekvenciou.
Zákon zmeny napätia závisí od charakteru momentu zaťaženia Ms. Pri konštantnom zaťažovacom momente Mс=const musí byť napätie na statore regulované v pomere k frekvencii:

Pre ventilátorový charakter momentu zaťaženia má tento stav tvar:

Keď je záťažový moment nepriamo úmerný rýchlosti:

Pre plynulú plynulú reguláciu otáčok hriadeľa asynchrónneho elektromotora teda musí frekvenčný menič zabezpečiť súčasnú reguláciu frekvencie a napätia na vinutí statora asynchrónneho motora.
Výhody použitia pohonu s premenlivou rýchlosťou v technologických procesov
Použitie nastaviteľného elektrického pohonu zaisťuje úsporu energie a umožňuje získať nové kvality systémov a objektov. Reguláciou akéhokoľvek technologického parametra sa dosahujú výrazné úspory energie. Ak ide o dopravník alebo dopravník, môžete nastaviť rýchlosť jeho pohybu. Ak ide o čerpadlo alebo ventilátor, môžete udržiavať tlak alebo upravovať výkon. Ak ide o stroj, môžete plynulo nastaviť rýchlosť posuvu alebo hlavný pohyb.
Špeciálnym ekonomickým efektom z používania frekvenčných meničov je použitie frekvenčnej regulácie v zariadeniach, ktoré zabezpečujú prepravu kvapalín. Doteraz bolo najbežnejším spôsobom riadenia výkonu takýchto objektov pomocou posúvačov alebo regulačných ventilov, no dnes už prichádza k dispozícii frekvenčné riadenie asynchrónneho motora, ktorý poháňa napríklad obežné koleso čerpacej jednotky alebo ventilátor. . Pri použití frekvenčných regulátorov je k dispozícii plynulé nastavenie rýchlosť otáčania umožňuje vo väčšine prípadov opustiť použitie prevodoviek, variátorov, škrtiacich klapiek a iných ovládacích zariadení.
Pri pripojení cez frekvenčný menič sa motor rozbieha plynulo, bez rozbehových prúdov a rázov, čím sa znižuje zaťaženie motora a mechanizmov, čím sa zvyšuje ich životnosť.
Z obrázku je jasne viditeľná perspektíva regulácie frekvencie

Takže pri škrtení tok látky zadržiavaný ventilom alebo ventilom nie užitočná práca. Použitie nastaviteľného elektrického pohonu čerpadla alebo ventilátora umožňuje nastavenie požadovaný tlak alebo spotreby, čím dôjde nielen k úspore elektrickej energie, ale aj k zníženiu strát prepravovanej látky.
Štruktúra frekvenčného meniča
Väčšina moderných frekvenčných meničov je postavená podľa schémy dvojitej konverzie. Pozostávajú z týchto hlavných častí: jednosmerný medziobvod (neriadený usmerňovač), výkonový impulzný menič a riadiaci systém.
Jednosmerný medziobvod pozostáva z neriadeného usmerňovača a filtra. Striedavé sieťové napätie sa v ňom premieňa na jednosmerné napätie.
Výkonový trojfázový impulzný menič pozostáva zo šiestich tranzistorových spínačov. Každé vinutie motora je pripojené cez príslušný kľúč ku kladným a záporným svorkám usmerňovača. Striedač premieňa usmernené napätie na trojfázové striedavé napätie požadovanej frekvencie a amplitúdy, ktoré sa privádza na vinutia statora elektromotora.
Vo výstupných stupňoch meniča sú ako kľúče použité výkonové IGBT tranzistory. V porovnaní s tyristormi majú viac vysoká frekvencia prepínanie, ktoré umožňuje generovať sínusový výstupný signál s minimálnym skreslením.
Ako funguje frekvenčný menič
Frekvenčný menič pozostáva z neriadeného diódového výkonového usmerňovača B, nezávislého meniča, riadiaceho systému PWM, a. automatická regulácia, tlmivka Lv a filtračný kondenzátor Cv. Regulácia výstupnej frekvencie fout. a napätie Uout sa vykonáva v striedači vďaka vysokofrekvenčnému riadeniu šírky impulzov.
Pulzno-šírkové riadenie je charakterizované modulačnou periódou, v rámci ktorej je statorové vinutie elektromotora pripojené striedavo na kladný a záporný pól usmerňovača.
Trvanie týchto stavov v rámci periódy PWM je modulované podľa sínusového zákona. Pri vysokej (zvyčajne 2 ... 15 kHz) rýchlosti hodín PWM, vo vinutí motora, v dôsledku ich filtračných vlastností, prúdi sínusové prúdy.

Tvar krivky výstupného napätia je teda vysokofrekvenčná bipolárna sekvencia pravouhlých impulzov (obr. 3).
Frekvencia impulzov je určená frekvenciou PWM, trvanie (šírka) impulzov počas periódy výstupnej frekvencie AIN je modulované podľa sínusového zákona. Tvar krivky výstupného prúdu (prúd vo vinutí asynchrónneho motora) je takmer sínusový.
Výstupné napätie meniča je možné regulovať dvoma spôsobmi: amplitúdou (AR) zmenou vstupného napätia Ub a šírkou impulzu (PWM) zmenou spínacieho programu pre ventily V1-V6 pri Ub = konšt.
Druhá metóda sa v moderných frekvenčných meničoch rozšírila vďaka vývoju modernej základne prvkov (mikroprocesory, tranzistory IBGT). Pri modulácii šírky impulzov je tvar prúdov v statorových vinutiach indukčného motora blízky sínusoide v dôsledku filtračných vlastností samotných vinutí.

Tento druh riadenia to umožňuje vysoká účinnosť prevodník a ekvivalentné analógovému riadeniu pomocou frekvencie a amplitúdy napätia.
Moderné meniče sú založené na plne riadených výkonových polovodičových súčiastkach - hradlových GTO - tyristoroch, alebo IGBT bipolárnych tranzistoroch s izolovaným hradlom. Na obr. 2.45 znázorňuje 3-fázový mostíkový obvod autonómneho meniča na báze IGBT tranzistorov.
Pozostáva zo vstupného kapacitného filtra Cf a šiestich IGBT tranzistorov V1-V6 zapojených v antiparalelných diódach spätného prúdu D1-D6.
Striedavým spínaním ventilov V1-V6 podľa algoritmu určeného riadiacim systémom sa konštantné vstupné napätie Uv mení na striedavé pravouhlé impulzné výstupné napätie. Ovládanými tlačidlami V1-V6 preteká aktívna zložka prúdu asynchrónneho elektromotora a cez diódy D1-D6 jalová zložka prúdu.

I – trojfázový mostový invertor;
B - trojfázový mostíkový usmerňovač;
Cf - filtračný kondenzátor;

Variant schémy zapojenia frekvenčného meniča Omron.

Pripojenie frekvenčných meničov v súlade s EMC

Montáž a pripojenie v súlade s požiadavkami EMC sú podrobne popísané v príslušných návodoch k prístrojom.

Prevodníky technických informácií

Sekcie