Frekvensomformer - typer, driftsprinsipp, tilkoblingsskjemaer

Rotoren til enhver elektrisk motor drives av krefter forårsaket av et roterende elektromagnetisk felt inne i statorviklingen. Hastigheten bestemmes vanligvis av den industrielle frekvensen til strømnettet.

Standardverdien på 50 hertz innebærer femti oscillasjonsperioder på ett sekund. På ett minutt øker antallet 60 ganger og er 50×60 = 3000 omdreininger. Rotoren roterer like mange ganger under påvirkning av det påførte elektromagnetiske feltet.

Hvis du endrer verdien på nettfrekvensen som brukes på statoren, kan du justere rotasjonshastigheten til rotoren og drevet som er koblet til den. Dette prinsippet er grunnlaget for kontrollen av elektriske motorer.

Typer frekvensomformere

Av design er frekvensomformere:

1. induksjonstype;

2. elektronisk.

Produserte asynkronmotorer i henhold til ordningen med en faserotor og startet i generatormodus, er representanter for den første typen. Under drift har de lav effektivitet og er preget av lav effektivitet.Derfor har de ikke funnet bred anvendelse i produksjonen og brukes ekstremt sjelden.

Den elektroniske frekvenskonverteringsmetoden tillater jevn hastighetsregulering av både asynkrone og synkrone maskiner. I dette tilfellet kan ett av to kontrollprinsipper brukes:

1. I henhold til en forhåndsbestemt karakteristikk av avhengigheten av rotasjonshastigheten på frekvensen (V / f);

2. vektorkontrollmetode.

Den første metoden er den enkleste og mindre perfekte, og den andre brukes til å nøyaktig kontrollere rotasjonshastighetene til kritisk industrielt utstyr.

Funksjoner av frekvenskonvertering vektorkontroll

Forskjellen mellom denne metoden er interaksjonen, påvirkningen fra omformerkontrollenheten på «romvektoren» til den magnetiske fluksen som roterer med frekvensen til rotorfeltet.

Algoritmer for omformere for å jobbe etter dette prinsippet er laget på to måter:

1. sensorløs kontroll;

2. strømningsregulering.

Den første metoden er basert på å bestemme en viss avhengighet av veksling av sekvenser pulsbreddemodulasjon (PWM) inverter for forhåndsinnstilte algoritmer. I dette tilfellet styres amplituden og frekvensen til omformerens utgangsspenning av slipstrøm og belastning, men uten å bruke tilbakemelding på rotorhastighet.

Denne metoden brukes ved styring av flere elektriske motorer koblet parallelt med frekvensomformeren.Flukskontroll innebærer å overvåke driftsstrømmene inne i motoren med deres dekomponering til aktive og reaktive komponenter og foreta justeringer av omformerdriften for å stille inn amplitude, frekvens og vinkel for utgangsspenningsvektorene.

Dette forbedrer nøyaktigheten til motoren og øker grensene for justeringen. Bruken av strømningskontroll utvider mulighetene til frekvensomformere som opererer ved lave hastigheter med høy dynamisk belastning, slik som krantaljer eller industrielle viklingsmaskiner.

Bruken av vektorteknologi gjør det mulig å implementere dynamisk dreiemomentkontroll trefase asynkronmotorer. 

Ekvivalent krets

En grunnleggende forenklet elektrisk krets for en induksjonsmotor kan representeres som følger.

En spenning u1 påføres statorviklingene, som har en aktiv motstand R1 og en induktiv motstand X1. Den, som overvinner motstanden til luftgapet Xv, omdannes til rotorviklingen, og forårsaker i den en strøm som overvinner motstanden.

Ekvivalent krets for en vektorkrets

Konstruksjonen hjelper til med å forstå prosessene som foregår i induksjonsmotoren.

Energien til statorstrømmen er delt inn i to deler:

• iµ — strømningsdannende partisjon;

• iw — momentgenererende komponent.

I dette tilfellet har rotoren en skliavhengig aktiv motstand R2/s.

For sensorløs styring måles følgende:

• spenning u1;

• nåværende i1.

I henhold til verdiene deres beregner de:

• iµ — strømningskomponent som danner strømmen;

• iw — verdigenererende dreiemoment.

Beregningsalgoritmen inkluderer nå en elektronisk ekvivalent krets av en induksjonsmotor med strømregulatorer, som tar hensyn til metningsforholdene til det elektromagnetiske feltet og tapene av magnetisk energi i stål.

Begge komponentene i strømvektorene, forskjellige i vinkel og amplitude, roterer sammen med rotorkoordinatsystemet og blir et stasjonært statororienteringssystem.

I henhold til dette prinsippet justeres parametrene til frekvensomformeren i henhold til belastningen til induksjonsmotoren.

Prinsippet for drift av frekvensomformeren

Denne enheten, som også kalles en inverter, er basert på en dobbel endring i bølgeformen til strømforsyningen.

Til å begynne med mates industrispenning til en likeretter med kraftige dioder som fjerner sinusformede harmoniske, men etterlater signalbølgene. For fjerning er det gitt en kondensatorbank med en induktans (LC-filter), som gir en stabil, glattet form til den likerettede spenningen.

Signalet går så til inngangen til frekvensomformeren, som er en trefaset brokrets på seks krafttransistorer IGBT- eller MOSFET-serien med omvendt polaritetsspenningsbeskyttelsesdioder. Tidligere brukte tyristorer til disse formålene har ikke tilstrekkelig hastighet og fungerer med store forstyrrelser.

For å slå på "brems"-modusen til motoren, kan en kontrollert transistor med en kraftig motstand som sprer energi installeres i kretsen. Denne teknikken gjør at spenningen som genereres av motoren kan fjernes for å beskytte filterkondensatorene mot overlading og skade.

Vektorfrekvenskontrollmetoden til omformeren lar deg lage kretser som utfører automatisk kontroll av signalet fra ACS-systemer. Et styringssystem brukes til dette:

1. amplitude;

2. PWM (pulsbreddesimulering).

Amplitudekontrollmetoden er basert på endring av inngangsspenningen, og PWM er basert på algoritmen for å bytte effekttransistorene ved en konstant inngangsspenning.

Med PWM-regulering opprettes en periode med signalmodulasjon når statorviklingen er koblet i streng rekkefølge til de positive og negative terminalene til likeretteren.

Siden klokkefrekvensen til generatoren er ganske høy, blir de i viklingen av den elektriske motoren, som har induktiv motstand, jevnet til en normal sinusbølge.

PWM-kontrollmetoder maksimerer eliminering av energitap og gir høy konverteringseffektivitet på grunn av samtidig kontroll av frekvens og amplitude. De har blitt tilgjengelige på grunn av utviklingen av GTO-seriens kraftlåste tyristorkontrollteknologier eller bipolare merker av IGBT-transistorer med isolert port.

Prinsippene for deres inkludering for å kontrollere en trefasemotor er vist på bildet.

Hver av de seks IGBT-ene er koblet i antiparallell krets til sin egen reversstrømdiode. I dette tilfellet går den aktive strømmen til induksjonsmotoren gjennom kraftkretsen til hver transistor, og dens reaktive komponent ledes gjennom diodene.

For å eliminere påvirkningen av ekstern elektrisk støy på driften av omformeren og motoren, kan kretsen til frekvensomformeren inkludere støyreduksjonsfilteravvikling:

• radioforstyrrelser;

• elektriske utladninger forårsaket av driftsutstyr.

Disse signaliseres av kontrolleren og skjermede ledninger brukes mellom motoren og omformerens utgangsterminaler for å redusere støt.

For å forbedre nøyaktigheten av driften av asynkronmotorer inkluderer kontrollkretsen til frekvensomformere:

• kommunikasjonsinngang med avanserte grensesnittfunksjoner;

• innebygd kontroller;

• minnekort;

• programvare;

• informativ LED-skjerm som viser de viktigste utgangsparametrene;

• bremsechopper og innebygd EMC-filter;

• kretskjølesystem basert på blåsing med vifter med økt ressurs;

• funksjonen til å varme opp motoren med likestrøm og noen andre muligheter.

Operasjonelle koblingsskjemaer

Frekvensomformere er designet for å fungere med enfase- eller trefasenettverk. Men hvis det er industrielle kilder til likestrøm med en spenning på 220 volt, kan omformere drives fra dem.

Trefasemodeller er designet for nettspenning 380 volt og mater den til den elektriske motoren. Enfase-omformere drives av 220 volt og gir ut tre faser fordelt over tid.

Tilkoblingsskjemaet til frekvensomformeren til motoren kan utføres i henhold til skjemaene:

• stjerner;

• triangel.

Viklingene til motoren er satt sammen i en «stjerne» for omformeren, matet av et trefasenettverk på 380 volt.

I henhold til "delta"-skjemaet er motorviklingene satt sammen når kraftomformeren er koblet til et enfaset 220-volts nettverk.

Når du velger en metode for å koble en elektrisk motor til en frekvensomformer, må du være oppmerksom på kraftforholdet som en løpende motor kan skape i alle moduser, inkludert en langsom, belastet start, med omformerens evner.

Det er umulig å konstant overbelaste frekvensomformeren, og en liten reserve av utgangseffekten vil sikre langsiktig og problemfri drift.