Frekvensomformer til elmotor

Tekniske aspekter ved brug af frekvensomformere

I dag er induktionsmotoren blevet hovedenheden i de fleste elektriske drev. I stigende grad bruges en frekvensomformer til styring - en inverter med PWM-regulering. En sådan styring giver mange fordele, men skaber også nogle problemer ved valg af bestemte tekniske løsninger. Lad os prøve at forstå dem mere detaljeret.

Enheden af ​​frekvensomformere

Udviklingen og produktionen af ​​en bred vifte af kraftige højspændingstransistor IGBT-moduler gjorde det muligt at implementere flerfasede strømafbrydere styret direkte af digitale signaler. Programmerbare computerfaciliteter gjorde det muligt at generere numeriske sekvenser ved switch-indgangene, der gav signaler frekvensstyring af asynkrone elmotorer… Udviklingen og masseproduktionen af ​​single-chip mikrocontrollere med store computerressourcer muliggjorde overgangen til servodrev med digitale controllere.

Effektfrekvensomformere er som regel implementeret i henhold til et skema, der indeholder en ensretter baseret på kraftige dioder eller effekttransistorer og en inverter (styret switch) baseret på IGBT-transistorer shuntet af dioder (fig. 1).

Ris. 1. Frekvensomformerkredsløb

Indgangstrinnet ensretter den tilførte sinusformede netspænding, som efter udjævning med et induktivt-kapacitivt filter fungerer som strømkilde for den styrede inverter, der genererer et signal med pulsmodulation, som genererer sinusformede strømme i statorviklingerne med parametre, der giver den nødvendige driftstilstand for den elektriske motor.

Digital styring af strømomformeren udføres ved hjælp af mikroprocessorhardware og -software svarende til de aktuelle opgaver. Computerenheden genererer styresignaler til 52 moduler i realtid og behandler også signaler fra målesystemer, der styrer driften af ​​drevet.

Strømforsyninger og styrecomputere er kombineret i et strukturelt designet industrielt produkt kaldet en frekvensomformer.

Der er to hovedtyper af frekvensomformere, der bruges i industrielt udstyr:

• proprietære omformere til specifikke typer udstyr.

• universelle frekvensomformere er designet til multifunktionel kontrol af AM-drift i brugerdefinerede tilstande.

Indstilling og styring af frekvensomformerens driftstilstande kan udføres ved hjælp af kontrolpanelet udstyret med en skærm til at angive de indtastede oplysninger.Til simpel skalar frekvensstyring kan du bruge et sæt simple logiske funktioner, der er tilgængelige i controllerens fabriksindstillinger og den indbyggede PID-controller.

For at implementere mere komplekse kontroltilstande ved hjælp af feedbacksensorsignaler er det nødvendigt at udvikle en ACS-struktur og en algoritme, der skal programmeres ved hjælp af en tilsluttet ekstern computer.

De fleste producenter producerer en række frekvensomformere, der adskiller sig i input og output elektriske egenskaber, effekt, design og andre parametre. Yderligere eksterne elementer kan bruges til at forbinde til eksternt udstyr (nettet, motor): magnetiske startere, transformere, drosler.

Typer af styresignaler

Det er nødvendigt at skelne mellem de forskellige typer signaler og bruge et separat kabel til hver. Forskellige typer signaler kan påvirke hinanden. I praksis er denne adskillelse almindelig, for eksempel et kabel fra tryk sensor kan tilsluttes direkte til frekvensomformeren.

I fig. 2 viser den anbefalede måde at tilslutte frekvensomformeren ved tilstedeværelse af forskellige kredsløb og styresignaler.

Ris. 2. Et eksempel på tilslutning af strømkredsløbene og styrekredsløbene til frekvensomformeren

Der kan skelnes mellem følgende typer signaler:

• analog - spændings- eller strømsignaler (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), hvis værdi ændres langsomt eller sjældent, normalt er disse kontrol- eller målesignaler;

• diskrete spændings- eller strømsignaler (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), som kun kan tage to sjældent skiftende værdier (høj eller lav);

• digital (data) — spændingssignaler (0 … 5 V, 0 … 10 V), der ændrer sig hurtigt og med en høj frekvens, normalt er disse signaler fra portene RS232, RS485 osv.;

• relæ — relækontakter (0 … 220 V AC) kan omfatte induktive strømme afhængigt af den tilsluttede belastning (eksterne relæer, lamper, ventiler, bremser osv.).

Valg af frekvensomformers effekt

Når du vælger frekvensomformerens effekt, er det nødvendigt at stole ikke kun på elmotorens effekt, men også på konverterens og motorens nominelle strømme og spændinger. Faktum er, at den specificerede effekt af frekvensomformeren kun refererer til dens drift med en standard 4-polet asynkronmotor i standardapplikationer.

Rigtige enheder har mange aspekter, der kan få den aktuelle belastning på enheden til at stige, for eksempel under opstart. I princippet giver brug af et frekvensomformer dig mulighed for at reducere strøm og mekaniske belastninger på grund af den bløde start. For eksempel reduceres startstrømmen fra 600 % til 100-150 % af mærkestrømmen.

Kør med reduceret hastighed

Det skal huskes, at selvom frekvensomformeren let giver 10:1 hastighedsregulering, når motoren kører ved lave hastigheder, er effekten af ​​dens egen ventilator muligvis ikke tilstrækkelig. Overvåg motortemperaturen og sørg for tvungen ventilation.

Elektromagnetisk kompatibilitet

Da frekvensomformeren er en kraftig kilde til højfrekvente harmoniske, bør der bruges et skærmet kabel af minimum længde til at forbinde motorerne. Et sådant kabel skal lægges i en afstand på mindst 100 mm fra andre kabler.Dette minimerer krydsforhør. Hvis kabler skal krydses, sker krydsningen i en vinkel på 90 grader.

Den drives af en nødgenerator

Den bløde start, der leveres af frekvensomformeren, gør det muligt at reducere generatorens påkrævede effekt. Da strømmen med en sådan start falder med 4-6 gange, kan generatorens effekt reduceres med et tilsvarende antal gange. Men der skal stadig være installeret en kontaktor mellem generatoren og drevet, styret af relæudgangen på frekvensomformeren. Dette beskytter frekvensomformeren mod farlige overspændinger.

Forsyning af en trefaset omformer fra et enfaset netværk

Trefasede frekvensomformere kan forsynes med strøm fra et enkeltfaset netværk, men deres udgangsstrøm må ikke overstige 50 % af den nominelle.

Spar energi og penge

Besparelser kommer af flere årsager: For det første på grund af vækst cosinus phi til værdier på 0,98, dvs. den maksimale effekt bruges til at udføre nyttigt arbejde, minimum er spildt. For det andet opnås en koefficient tæt på denne i alle motordriftstilstande.

Uden en frekvensomformer har asynkronmotorer ved lav belastning en cosinus phi på 0,3-0,4. For det tredje er der ikke behov for yderligere mekaniske justeringer (dæmpere, gasspjæld, ventiler, bremser osv.), alt foregår elektronisk. Med en sådan styreenhed kan besparelsen være op til 50 %.

Synkroniser flere enheder

På grund af de ekstra input til at styre frekvensomformeren, er det muligt at synkronisere transportørprocesserne eller indstille forholdet mellem ændringer i nogle værdier, afhængigt af andre.For eksempel at gøre maskinens spindelhastighed afhængig af fræserens tilspændingshastighed. Processen vil blive optimeret, fordi efterhånden som skærebelastningen øges, vil fremføringen blive reduceret og omvendt.

Netværksbeskyttelse mod højere harmoniske

For yderligere beskyttelse anvendes der udover korte skærmede kabler, linjedrosler og bypass-kondensatorer. Gashåndtagdesuden begrænser den startstrømmen, når den er tændt.

Valg af den rigtige beskyttelsesklasse

Pålidelig varmeafledning er afgørende for en jævn drift af frekvensomformeren. Hvis der anvendes høje beskyttelsesklasser, for eksempel IP 54 og højere, er det vanskeligt eller dyrt at opnå en sådan varmeafledning. Derfor er det muligt at anvende et separat skab med høj grad af beskyttelse, hvor der kan monteres moduler af lavere klasse, og der kan udføres generel ventilation og køling.

Parallel tilslutning af elmotorer til én frekvensomformer

For at reducere omkostningerne kan en frekvensomformer bruges til at styre flere elektriske motorer. Dens effekt skal vælges med en margin på 10-15% af den samlede effekt af alle elektriske motorer. Ved at gøre dette er det nødvendigt at minimere længden af ​​motorkablerne, og det er yderst ønskeligt at installere en motordrossel.

De fleste frekvensomformere tillader ikke, at motorer slukkes eller tilsluttes via kontaktorer, mens frekvensomformeren kører. Dette gøres kun via stopkommandoen på enheden.

Indstilling af kontrolfunktion

For at opnå den maksimale ydeevne af det elektriske drev, såsom: effektfaktor, effektivitet, overbelastningskapacitet, reguleringsglathed, holdbarhed, er det nødvendigt at vælge forholdet mellem ændringen i driftsfrekvensen og udgangsspændingen af ​​frekvensen korrekt. konverter.

Spændingsændringsfunktionen afhænger af belastningens momentkarakter. Ved konstant drejningsmoment skal motorens statorspænding styres i forhold til frekvensen (skalarstyring U / F = const). For en ventilator, for eksempel, er et andet forhold U / F * F = konst. Hvis vi øger frekvensen med 2 gange, så skal spændingen stige med 4 (vektorstyring). Der er enheder med mere komplekse kontrolfunktioner.

Fordele ved at bruge et drev med variabel hastighed med en frekvensomformer

Ud over at øge effektiviteten og spare energi giver sådan et elektrisk drev dig mulighed for at få nye køreegenskaber. Dette afspejles i afvisningen af ​​yderligere mekaniske enheder, der skaber tab og reducerer systemernes pålidelighed: bremser, støddæmpere, gasspjæld, ventiler, kontrolventiler osv. Bremsning kan for eksempel ske ved at vende det elektromagnetiske felt i motorens stator. Ved kun at ændre det funktionelle forhold mellem frekvens og spænding får vi et andet drev uden at ændre noget i mekanikken.

Læsning af dokumentationen

Det skal bemærkes, at selvom frekvensomformerne ligner hinanden og har mestret den ene, er det let at håndtere den anden, men det er nødvendigt at læse dokumentationen omhyggeligt. Nogle producenter pålægger begrænsninger for brugen af ​​deres produkter, og hvis disse overtrædes, fjerner de produktet fra garantien.

Du kan være interesseret i: Variabelt elektrisk drev som et middel til at spare energi