Честотен преобразувател за електродвигател

Технически аспекти на използването на честотни преобразуватели

В наши дни асинхронният двигател се превърна в основното устройство в повечето електрически задвижвания. Все по -често се използва за управление честотен преобразувател — инвертор с PWM регулация. Такъв контрол дава много предимства, но създава и някои проблеми при избора на определени технически решения. Нека се опитаме да ги разберем по -подробно.

Устройството на честотни преобразуватели

Разработването и производството на широка гама от мощни транзисторни IGBT модули с високо напрежение направиха възможно внедряването на многофазни превключватели на захранването, управлявани директно от цифрови сигнали. Програмируемите изчислителни съоръжения направиха възможно генерирането на числови последователности на входовете на превключвателите, които осигуряват сигнали честотно управление на асинхронни електродвигатели… Развитието и масовото производство на едночипови микроконтролери с големи изчислителни ресурси направиха възможно преминаването към серво задвижвания с цифрови контролери.

Честотните преобразуватели на мощност, като правило, се реализират съгласно схема, съдържаща токоизправител, базиран на мощни диоди или транзистори на мощност и инвертор (контролиран превключвател) на базата на IGBT транзистори, шунтирани от диоди (фиг. 1).

Ориз. 1. Верига на честотен преобразувател

Входният етап коригира подаденото синусоидално мрежово напрежение, което след заглаждане с индуктивно-капацитивен филтър служи като източник на захранване за управлявания инвертор, който генерира сигнал с импулсна модулация, който генерира синусоидални токове в намотките на статора с параметри, които осигуряват необходимия режим на работа на електродвигателя.

Цифровото управление на преобразувателя на мощност се осъществява с помощта на микропроцесорен хардуер и софтуер, съответстващи на поставените задачи. Изчислителното устройство генерира управляващи сигнали за 52 модула в реално време, а също така обработва сигнали от измервателни системи, които контролират работата на задвижването.

Захранващите устройства и управляващите компютри са комбинирани в структурно проектиран промишлен продукт, наречен честотен преобразувател.

Има два основни типа честотни преобразуватели, използвани в промишленото оборудване:

• собствени конвертори за специфични видове оборудване.

• универсалните честотни преобразуватели са предназначени за многофункционално управление на работата на AM в дефинирани от потребителя режими.

Настройката и управлението на режимите на работа на честотния преобразувател може да се извърши с помощта на контролния панел, оборудван с екран, за да се посочи въведената информация. За прост контрол на скаларна честота можете да използвате набор от прости логически функции, налични във фабричните настройки на контролера и вградения PID контролер.

За да се внедрят по -сложни режими на управление, използващи сигнали от сензори за обратна връзка, е необходимо да се разработи структура на ACS и алгоритъм, който да се програмира с помощта на свързан външен компютър.

Повечето производители произвеждат гама честотни преобразуватели, които се различават по входни и изходни електрически характеристики, мощност, дизайн и други параметри. Допълнителни външни елементи могат да се използват за свързване към външно оборудване (мрежа, двигател): магнитни стартери, трансформатори, дросели.

Видове управляващи сигнали

Необходимо е да се прави разлика между различните типове сигнали и да се използва отделен кабел за всеки. Различните видове сигнали могат да си влияят един на друг. На практика това разделяне е често срещано, например кабел от сензор за налягане може да се свърже директно към честотния преобразувател.

На фиг. 2 показва препоръчителния начин за свързване на честотния преобразувател в присъствието на различни вериги и управляващи сигнали.

Ориз. 2. Пример за свързване на силовите вериги и управляващите вериги на честотния преобразувател

Могат да се разграничат следните видове сигнали:

• аналогови — сигнали за напрежение или ток (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), чиято стойност се променя бавно или рядко, обикновено това са управляващи или измервателни сигнали;

• дискретни сигнали за напрежение или ток (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), които могат да приемат само две рядко променящи се стойности (висока или ниска);

• цифрови (данни) — сигнали за напрежение (0 … 5 V, 0 … 10 V), които се променят бързо и с висока честота, обикновено това са сигнали от портове RS232, RS485 и др.;

• реле — контактите на релето (0 … 220 V AC) могат да включват индуктивни токове в зависимост от свързания товар (външни релета, лампи, клапани, спирачки и др.).

Избор на мощност на честотния преобразувател

При избора на мощността на честотния преобразувател е необходимо да се разчита не само на мощността на електродвигателя, но и на номиналните токове и напрежения на преобразувателя и двигателя. Факт е, че посочената мощност на честотния преобразувател се отнася само за работата му със стандартен 4-полюсен асинхронен двигател в стандартни приложения.

Истинските устройства имат много аспекти, които могат да доведат до увеличаване на текущото натоварване на устройството, например по време на стартиране. По принцип използването на честотно задвижване ви позволява да намалите токовите и механичните натоварвания поради мекия старт. Например пусковият ток се намалява от 600% на 100-150% от номиналния ток.

Карайте с намалена скорост

Трябва да се помни, че въпреки че честотният преобразувател лесно осигурява регулиране на скоростта 10: 1, когато двигателят работи на ниски обороти, мощността на собствения му вентилатор може да не е достатъчна. Следете температурата на двигателя и осигурете принудителна вентилация.

Електромагнитна съвместимост

Тъй като честотният преобразувател е мощен източник на високочестотни хармоници, за свързване на двигателите трябва да се използва екраниран кабел с минимална дължина. Такъв кабел трябва да бъде положен на разстояние най -малко 100 мм от другите кабели. Това свежда до минимум кръстосаните прослушвания. Ако трябва да се пресичат кабели, пресичането се извършва под ъгъл от 90 градуса.

Захранва се от авариен генератор

Плавното стартиране, което се осигурява от честотния преобразувател, позволява да се намали необходимата мощност на генератора. Тъй като при такова стартиране токът намалява с 4-6 пъти, тогава мощността на генератора може да бъде намалена с подобен брой пъти. Но все пак трябва да се инсталира контактор между генератора и задвижването, управляван от релейния изход на честотното задвижване. Това предпазва честотния преобразувател от опасни пренапрежения.

Захранване на трифазен преобразувател от еднофазна мрежа

Трифазните честотни преобразуватели могат да се захранват от еднофазна мрежа, но техният изходен ток не трябва да надвишава 50% от номиналния.

Спестете енергия и пари

Спестяванията идват от няколко причини.Първо, поради растежа косинус фи до стойности 0,98, т.е. максималната мощност се използва за извършване на полезна работа, минималната се губи. Второ, близък до този коефициент се получава при всички режими на работа на двигателя.

Без честотен преобразувател, асинхронните двигатели при ниско натоварване имат косинус фи 0,3-0,4. Трето, няма нужда от допълнителни механични настройки (амортисьори, дросели, клапани, спирачки и т.н.), всичко се извършва по електронен път. С такова контролно устройство икономията може да бъде до 50%.

Синхронизиране на множество устройства

Поради допълнителните входове за управление на честотното задвижване е възможно да се синхронизират процесите на конвейера или да се зададат съотношенията на промени в някои стойности, в зависимост от други. Например, за да направите скоростта на шпиндела на машината зависима от скоростта на подаване на фрезата. Процесът ще бъде оптимизиран, защото с увеличаване на натоварването на фрезата, подаването ще бъде намалено и обратно.

Мрежова защита срещу по -високи хармоници

За допълнителна защита освен къси екранирани кабели се използват линейни дросели и байпасни кондензатори. Дроселосвен това ограничава пусковия ток при включване.

Избор на правилния клас на защита

Надеждното разсейване на топлината е от съществено значение за безпроблемната работа на честотното задвижване. Ако се използват високи класове на защита, например IP 54 и по -високи, е трудно или скъпо да се постигне такова разсейване на топлината. Следователно е възможно да се използва отделен шкаф с висок клас на защита, където могат да се монтират модули с по -нисък клас и да се извършва обща вентилация и охлаждане.

Паралелно свързване на електродвигатели към един честотен преобразувател

За да се намалят разходите, един честотен преобразувател може да се използва за управление на няколко електродвигателя. Неговата мощност трябва да бъде избрана с запас от 10-15% от общата мощност на всички електродвигатели. При това е необходимо да се сведе до минимум дължината на кабелите на двигателя и е силно желателно да се монтира дросел на двигателя.

Повечето честотни преобразуватели не позволяват моторите да се изключват или свързват чрез контактори, докато честотното задвижване работи. Това става само чрез командата stop на устройството.

Настройка на контролната функция

За да се постигне максимална производителност на електрическото задвижване, като: коефициент на мощност, ефективност, капацитет на претоварване, плавност на регулиране, издръжливост, е необходимо правилно да се избере съотношението между промяната в работната честота и напрежението на изхода честотен преобразувател.

Функцията за промяна на напрежението зависи от характера на въртящия момент на товара. При постоянен въртящ момент напрежението в статора на двигателя трябва да се контролира пропорционално на честотата (скаларно управление U / F = const). За вентилатор например друго съотношение е U / F * F = const. Ако увеличим честотата с 2 пъти, тогава напрежението трябва да се увеличи с 4 (векторно управление). Има устройства с по -сложни функции за управление.

Предимства на използването на задвижване с променлива скорост с честотен преобразувател

В допълнение към повишаване на ефективността и икономия на енергия, такова електрическо задвижване ви позволява да получите нови качества за управление. Това се отразява в отхвърлянето на допълнителни механични устройства, които създават загуби и намаляват надеждността на системите: спирачки, амортисьори, дросели, клапани, управляващи клапани и др. Спирането, например, може да се извърши чрез обратно завъртане на електромагнитното поле в статора на електродвигателя. Променяйки само функционалната връзка между честота и напрежение, получаваме различно задвижване, без да променяме нищо в механиката.

Четене на документацията

Трябва да се отбележи, че въпреки че честотните преобразуватели са подобни помежду си и след като са усвоили единия, е лесно да се справите с другия, въпреки това е необходимо внимателно да прочетете документацията. Някои производители налагат ограничения върху използването на своите продукти и ако те бъдат нарушени, те премахват продукта от гаранцията.

Може да се интересувате от: Променливо електрическо задвижване като средство за пестене на енергия