Frekvensomvandlare för elmotor

Tekniska aspekter av att använda frekvensomriktare

Nuförtiden har induktionsmotorn blivit huvudenheten i de flesta elektriska enheter. Allt oftare används en frekvensomformare för styrning - en växelriktare med PWM-reglering. Sådan styrning ger många fördelar, men skapar också vissa problem vid val av vissa tekniska lösningar. Låt oss försöka förstå dem mer i detalj.

Enheten för frekvensomvandlare

Utvecklingen och produktionen av ett brett utbud av kraftfulla högspänningstransistor-IGBT-moduler gjorde det möjligt att implementera flerfasströmbrytare styrda direkt av digitala signaler. Programmerbara beräkningsmöjligheter gjorde det möjligt att generera numeriska sekvenser vid switchingångarna som gav signaler frekvensstyrning av asynkrona elmotorer… Utvecklingen och massproduktionen av mikrokontroller med ett chip med stora datorresurser möjliggjorde övergången till servoenheter med digitala kontroller.

Effektfrekvensomvandlare implementeras som regel enligt ett schema som innehåller en likriktare baserad på kraftfulla dioder eller effekttransistorer och en växelriktare (kontrollerad switch) baserad på IGBT-transistorer shuntade av dioder (Fig. 1).

Ris. 1. Frekvensomvandlarkrets

Ingångssteget likriktar den tillförda sinusformade nätspänningen, som efter utjämning med ett induktivt-kapacitivt filter fungerar som strömkälla för den styrda växelriktaren, som genererar en signal med pulsmodulering, som genererar sinusformade strömmar i statorlindningarna med parametrar som ger elmotorns nödvändiga driftläge.

Digital styrning av effektomvandlaren utförs med hjälp av mikroprocessorhårdvara och mjukvara som motsvarar de aktuella uppgifterna. Beräkningsenheten genererar styrsignaler för 52 moduler i realtid och bearbetar även signaler från mätsystem som styr driften av frekvensomriktaren.

Strömförsörjning och styrdatorer kombineras i en strukturellt utformad industriprodukt som kallas en frekvensomformare.

Det finns två huvudtyper av frekvensomvandlare som används i industriell utrustning:

• egenutvecklade omvandlare för specifika typer av utrustning.

• Universella frekvensomvandlare är designade för multifunktionell styrning av AM-drift i användardefinierade lägen.

Inställning och hantering av driftlägen för frekvensomformaren kan göras med hjälp av kontrollpanelen utrustad med en skärm för att indikera den inmatade informationen.För enkel skalär frekvensstyrning kan du använda en uppsättning enkla logiska funktioner tillgängliga i regulatorns fabriksinställningar och den inbyggda PID-regulatorn.

För att implementera mer komplexa styrlägen med hjälp av feedbacksensorsignaler är det nödvändigt att utveckla en ACS-struktur och en algoritm som ska programmeras med hjälp av en ansluten extern dator.

De flesta tillverkare tillverkar en rad frekvensomvandlare som skiljer sig åt i ingångs- och utgångselektriska egenskaper, effekt, design och andra parametrar. Ytterligare externa element kan användas för att ansluta till extern utrustning (nät, motor): magnetiska starter, transformatorer, drosslar.

Typer av styrsignaler

Det är nödvändigt att skilja mellan de olika typerna av signaler och använda en separat kabel för varje. Olika typer av signaler kan påverka varandra. I praktiken är denna separation vanlig, till exempel en kabel från Trycksensor kan anslutas direkt till frekvensomformaren.

I fig. 2 visar det rekommenderade sättet att ansluta frekvensomformaren i närvaro av olika kretsar och styrsignaler.

Ris. 2. Ett exempel på anslutning av strömkretsarna och styrkretsarna för frekvensomformaren

Följande typer av signaler kan särskiljas:

• analog - spännings- eller strömsignaler (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), vars värde ändras långsamt eller sällan, vanligtvis är dessa styr- eller mätsignaler;

• diskreta spännings- eller strömsignaler (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), som endast kan ta två sällan växlande värden (högt eller lågt);

• digital (data) — spänningssignaler (0 … 5 V, 0 … 10 V) som ändras snabbt och med hög frekvens, vanligtvis är dessa signaler från portarna RS232, RS485, etc.;

• relä — reläkontakter (0 … 220 V AC) kan innehålla induktiva strömmar beroende på ansluten belastning (externa reläer, lampor, ventiler, bromsar, etc.).

Val av effekt för frekvensomformare

När du väljer frekvensomformarens effekt är det nödvändigt att lita inte bara på elmotorns effekt, utan också på omvandlarens och motorns nominella strömmar och spänningar. Faktum är att den specificerade effekten hos frekvensomformaren endast hänvisar till dess drift med en standard 4-polig asynkronmotor i standardapplikationer.

Verkliga enheter har många aspekter som kan göra att den aktuella belastningen på enheten ökar, till exempel under uppstart. Genom att använda en frekvensomformare kan du i princip minska ström och mekanisk belastning på grund av mjukstarten. Till exempel reduceras startströmmen från 600 % till 100-150 % av märkströmmen.

Kör med reducerad hastighet

Man bör komma ihåg att även om frekvensomformaren enkelt ger 10:1 varvtalsreglering när motorn går med låga hastigheter, kanske kraften från den egna fläkten inte är tillräcklig. Övervaka motortemperaturen och sörj för forcerad ventilation.

Elektromagnetisk kompabilitet

Eftersom frekvensomformaren är en kraftfull källa för högfrekventa övertoner, bör en skärmad kabel med minsta längd användas för att ansluta motorerna. En sådan kabel ska läggas på ett avstånd av minst 100 mm från andra kablar.Detta minimerar korsförhör. Om kablar ska korsas görs korsningen i en vinkel på 90 grader.

Den drivs av en nödgenerator

Den mjukstart som tillhandahålls av frekvensomformaren gör det möjligt att minska den erforderliga effekten hos generatorn. Eftersom strömmen med en sådan start minskar med 4-6 gånger, kan generatorns effekt minskas med ett liknande antal gånger. Men en kontaktor måste fortfarande installeras mellan generatorn och frekvensomriktaren, styrd av frekvensomformarens reläutgång. Detta skyddar frekvensomformaren från farliga överspänningar.

Tillförsel av trefasomvandlare från ett enfasnät

Trefas frekvensomformare kan drivas från ett enfasnät, men deras utström får inte överstiga 50 % av den nominella.

Spara energi och pengar

Besparingar kommer av flera anledningar: För det första på grund av tillväxt cosinus phi till värden på 0,98, dvs. den maximala kraften används för att göra användbart arbete, det minsta är bortkastat. För det andra erhålls en koefficient nära detta i alla motordriftslägen.

Utan frekvensomformare har asynkronmotorer vid låg belastning en cosinus phi på 0,3-0,4. För det tredje finns det inget behov av ytterligare mekaniska justeringar (dämpare, gasreglage, ventiler, bromsar, etc.), allt görs elektroniskt. Med en sådan styrenhet kan besparingen vara upp till 50 %.

Synkronisera flera enheter

På grund av de extra ingångarna för att styra frekvensomformaren är det möjligt att synkronisera transportörens processer eller ställa in förhållanden för förändringar i vissa värden, beroende på andra.Till exempel för att göra maskinens spindelhastighet beroende av skärarens matningshastighet. Processen kommer att optimeras eftersom när fräsbelastningen ökar kommer matningen att minska och vice versa.

Nätverksskydd mot högre övertoner

För ytterligare skydd används, förutom korta skärmade kablar, linjedrossel och bypass-kondensatorer. Strypadessutom begränsar den startströmmen när den slås på.

Att välja rätt skyddsklass

Tillförlitlig värmeavledning är avgörande för att frekvensomformaren ska fungera smidigt. Om höga skyddsklasser används, till exempel IP 54 och högre, är det svårt eller dyrt att uppnå en sådan värmeavledning. Därför är det möjligt att använda ett separat skåp med hög skyddsgrad, där moduler av lägre klass kan installeras och allmän ventilation och kyla kan utföras.

Parallellkoppling av elmotorer till en frekvensomformare

För att minska kostnaderna kan en frekvensomformare användas för att styra flera elmotorer. Dess effekt bör väljas med en marginal på 10-15% av den totala effekten för alla elmotorer. Därvid är det nödvändigt att minimera längden på motorkablarna och det är mycket önskvärt att installera en motorchoke.

De flesta frekvensomformare tillåter inte att motorer stängs av eller ansluts via kontaktorer medan frekvensomformaren är igång. Detta görs endast genom stoppkommandot på enheten.

Styrfunktionsinställning

För att uppnå maximal prestanda hos den elektriska drivenheten, såsom: effektfaktor, effektivitet, överbelastningskapacitet, regleringsjämnhet, hållbarhet, är det nödvändigt att korrekt välja förhållandet mellan förändringen i driftfrekvensen och utgångsspänningen för frekvensen omvandlare.

Spänningsändringsfunktionen beror på lastens vridmomentkaraktär. Vid konstant vridmoment måste motorns statorspänning styras i proportion till frekvensen (skalär styrning U / F = const). För en fläkt, till exempel, är ett annat förhållande U / F * F = konst. Om vi ​​ökar frekvensen med 2 gånger, bör spänningen öka med 4 (vektorstyrning). Det finns enheter med mer komplexa kontrollfunktioner.

Fördelar med att använda en frekvensomriktare med variabel hastighet

Förutom att öka effektiviteten och spara energi gör en sådan eldrift att du kan få nya köregenskaper. Detta återspeglas i avvisandet av ytterligare mekaniska enheter som skapar förluster och minskar tillförlitligheten hos systemen: bromsar, stötdämpare, gasspjäll, ventiler, styrventiler etc. Bromsning kan till exempel göras genom att vända det elektromagnetiska fältet i motorns stator. Genom att bara ändra funktionsförhållandet mellan frekvens och spänning får vi ett annat driv utan att förändra något i mekaniken.

Läser dokumentationen

Det bör noteras att även om frekvensomformarna liknar varandra och har behärskat den ena, är det lätt att hantera den andra, men det är nödvändigt att noggrant läsa dokumentationen. Vissa tillverkare inför restriktioner för användningen av sina produkter och om dessa överträds tar de bort produkten från garantin.

Du kanske är intresserad av: Variabel elektrisk drivning som ett sätt att spara energi