Frekvensomformer for elektrisk motor

Tekniske aspekter ved bruk av frekvensomformere

I dag har induksjonsmotoren blitt hovedenheten i de fleste elektriske stasjoner. I økende grad brukes en frekvensomformer til styring - en omformer med PWM-regulering. Slik kontroll gir mange fordeler, men skaper også noen problemer ved valg av enkelte tekniske løsninger. La oss prøve å forstå dem mer detaljert.

Enheten til frekvensomformere

Utviklingen og produksjonen av et bredt spekter av kraftige høyspenttransistor IGBT-moduler gjorde det mulig å implementere flerfasestrømbrytere styrt direkte av digitale signaler. Programmerbare databehandlingsfasiliteter gjorde det mulig å generere numeriske sekvenser ved bryterinngangene som ga signaler frekvensstyring av asynkrone elektriske motorer… Utviklingen og masseproduksjonen av enkeltbrikke mikrokontrollere med store dataressurser muliggjorde overgangen til servodrivenheter med digitale kontrollere.

Effektfrekvensomformere er som regel implementert i henhold til et skjema som inneholder en likeretter basert på kraftige dioder eller krafttransistorer og en inverter (kontrollert bryter) basert på IGBT-transistorer shuntet av dioder (fig. 1).

Ris. 1. Frekvensomformerkrets

Inngangstrinnet retter opp den tilførte sinusformede nettspenningen, som etter utjevning med et induktivt-kapasitivt filter fungerer som strømkilde for den styrte omformeren, som genererer et signal med pulsmodulasjon, som genererer sinusformede strømmer i statorviklingene med parametere som gir den nødvendige driftsmodusen til den elektriske motoren.

Digital styring av strømomformeren utføres ved hjelp av mikroprosessor maskinvare og programvare som tilsvarer oppgavene. Beregningsenheten genererer kontrollsignaler for 52 moduler i sanntid og behandler også signaler fra målesystemer som styrer driften av frekvensomformeren.

Strømforsyninger og kontrolldatamaskiner er kombinert i et strukturelt utformet industriprodukt kalt en frekvensomformer.

Det er to hovedtyper av frekvensomformere som brukes i industrielt utstyr:

• proprietære omformere for spesifikke typer utstyr.

• universelle frekvensomformere er designet for multifunksjonell kontroll av AM-drift i brukerdefinerte moduser.

Innstilling og administrasjon av driftsmodusene til frekvensomformeren kan gjøres ved å bruke kontrollpanelet utstyrt med en skjerm for å indikere den angitte informasjonen.For enkel skalarfrekvenskontroll kan du bruke et sett med enkle logiske funksjoner tilgjengelig i kontrollerens fabrikkinnstillinger og den innebygde PID-kontrolleren.

For å implementere mer komplekse kontrollmoduser ved å bruke tilbakemeldingssensorsignaler, er det nødvendig å utvikle en ACS-struktur og en algoritme som skal programmeres ved hjelp av en tilkoblet ekstern datamaskin.

De fleste produsenter produserer en rekke frekvensomformere som er forskjellige i inngangs- og utgangselektriske egenskaper, kraft, design og andre parametere. Ytterligere eksterne elementer kan brukes til å koble til eksternt utstyr (nett, motor): magnetiske startere, transformatorer, choker.

Typer kontrollsignaler

Det er nødvendig å skille mellom de ulike typene signaler og bruke en separat kabel for hver. Ulike typer signaler kan påvirke hverandre. I praksis er denne separasjonen vanlig, for eksempel en kabel fra trykksensor kan kobles direkte til frekvensomformeren.

I fig. 2 viser den anbefalte måten å koble frekvensomformeren på i nærvær av ulike kretser og styresignaler.

Ris. 2. Et eksempel på tilkobling av strømkretsene og kontrollkretsene til frekvensomformeren

Følgende typer signaler kan skilles:

• analog - spennings- eller strømsignaler (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), hvis verdi endres sakte eller sjelden, vanligvis er disse kontroll- eller målesignaler;

• diskrete spennings- eller strømsignaler (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), som bare kan ta to sjeldent skiftende verdier (høy eller lav);

• digital (data) — spenningssignaler (0 … 5 V, 0 … 10 V) som endres raskt og med høy frekvens, vanligvis er dette signaler fra portene RS232, RS485, etc.;

• relé — relékontakter (0 … 220 V AC) kan inkludere induktive strømmer avhengig av tilkoblet belastning (eksterne releer, lamper, ventiler, bremser, etc.).

Valg av frekvensomformers effekt

Når du velger kraften til frekvensomformeren, er det nødvendig å stole ikke bare på kraften til den elektriske motoren, men også på de nominelle strømmene og spenningene til omformeren og motoren. Faktum er at den spesifiserte effekten til frekvensomformeren kun refererer til driften med en standard 4-polet asynkronmotor i standardapplikasjoner.

Ekte enheter har mange aspekter som kan føre til at gjeldende belastning på enheten øker, for eksempel under oppstart. Ved å bruke en frekvensomformer kan du i prinsippet redusere strøm og mekaniske belastninger på grunn av mykstart. For eksempel reduseres startstrømmen fra 600 % til 100-150 % av merkestrømmen.

Kjør med redusert hastighet

Det skal huskes at selv om frekvensomformeren enkelt gir 10:1 hastighetsregulering når motoren kjører med lave hastigheter, kan det hende at kraften til dens egen vifte ikke er tilstrekkelig. Overvåk motortemperaturen og sørg for tvungen ventilasjon.

Elektromagnetisk kompabilitet

Siden frekvensomformeren er en kraftig kilde til høyfrekvente harmoniske, bør en skjermet kabel med minimumslengde brukes for å koble til motorene. En slik kabel skal legges i en avstand på minst 100 mm fra andre kabler.Dette minimerer kryssforhør. Dersom kabler skal krysses, gjøres kryssingen i en vinkel på 90 grader.

Den drives av en nødgenerator

Den myke starten som leveres av frekvensomformeren gjør det mulig å redusere den nødvendige kraften til generatoren. Siden med en slik start avtar strømmen med 4-6 ganger, kan kraften til generatoren reduseres med et lignende antall ganger. Men en kontaktor må fortsatt være installert mellom generatoren og frekvensomformeren, kontrollert av reléutgangen til frekvensomformeren. Dette beskytter frekvensomformeren mot farlige overspenninger.

Leverer en trefase omformer fra et enfaset nettverk

Trefase frekvensomformere kan drives fra et enfaset nettverk, men utgangsstrømmen må ikke overstige 50 % av den nominelle.

Spar energi og penger

Besparelser kommer av flere årsaker: For det første på grunn av vekst cosinus phi til verdier på 0,98, dvs. maksimal kraft brukes til å gjøre nyttig arbeid, minimum er bortkastet. For det andre oppnås en koeffisient nær dette i alle motordriftsmodi.

Uten frekvensomformer har asynkronmotorer ved lav belastning en cosinus phi på 0,3-0,4. For det tredje er det ikke behov for ytterligere mekaniske justeringer (dempere, struper, ventiler, bremser, etc.), alt gjøres elektronisk. Med en slik kontrollenhet kan besparelsen være opptil 50 %.

Synkroniser flere enheter

På grunn av tilleggsinngangene for å kontrollere frekvensomformeren, er det mulig å synkronisere transportørprosessene eller stille inn forholdet mellom endringer i noen verdier, avhengig av andre.For eksempel å gjøre spindelhastigheten til maskinen avhengig av matehastigheten til kutteren. Prosessen vil bli optimalisert fordi etter hvert som kutterbelastningen øker, vil fôret reduseres og omvendt.

Nettverksbeskyttelse mot høyere harmoniske

For ekstra beskyttelse brukes i tillegg til korte skjermede kabler, linjedrosler og bypass-kondensatorer. Gasspedali tillegg begrenser den innkoblingsstrømmen når den er slått på.

Velge riktig beskyttelsesklasse

Pålitelig varmeavledning er avgjørende for jevn drift av frekvensomformeren. Dersom det benyttes høye beskyttelsesklasser, for eksempel IP 54 og høyere, er det vanskelig eller kostbart å oppnå slik varmeavledning. Derfor er det mulig å bruke et eget skap med høy grad av beskyttelse, hvor det kan monteres moduler av lavere klasse og generell ventilasjon og kjøling kan utføres.

Parallellkobling av elektriske motorer til én frekvensomformer

For å redusere kostnadene kan én frekvensomformer brukes til å styre flere elektriske motorer. Effekten bør velges med en margin på 10-15% av den totale effekten til alle elektriske motorer. Ved å gjøre dette er det nødvendig å minimere lengden på motorkablene, og det er svært ønskelig å installere en motorchoke.

De fleste frekvensomformere tillater ikke at motorer slås av eller kobles til via kontaktorer mens frekvensomformeren er i gang. Dette gjøres kun gjennom stoppkommandoen på enheten.

Innstilling av kontrollfunksjon

For å oppnå maksimal ytelse til den elektriske stasjonen, for eksempel: effektfaktor, effektivitet, overbelastningskapasitet, jevn regulering, holdbarhet, er det nødvendig å velge forholdet mellom endringen i driftsfrekvensen og utgangsspenningen til frekvensen riktig. omformer.

Spenningsendringsfunksjonen avhenger av lastens momentkarakter. Ved konstant dreiemoment må motorens statorspenning styres proporsjonalt med frekvensen (skalarstyring U / F = const). For en vifte, for eksempel, er et annet forhold U / F * F = const. Hvis vi øker frekvensen med 2 ganger, bør spenningen øke med 4 (vektorkontroll). Det finnes enheter med mer komplekse kontrollfunksjoner.

Fordeler med å bruke en omformer med variabel hastighet med en frekvensomformer

I tillegg til å øke effektiviteten og spare energi, lar en slik elektrisk drift deg få nye kjøreegenskaper. Dette gjenspeiles i avvisningen av ytterligere mekaniske enheter som skaper tap og reduserer påliteligheten til systemene: bremser, støtdempere, gasspjeld, ventiler, kontrollventiler, etc. Bremsing kan for eksempel gjøres ved å reversere det elektromagnetiske feltet i motorens stator. Ved å endre kun det funksjonelle forholdet mellom frekvens og spenning, får vi en annen drift uten å endre noe i mekanikken.

Leser dokumentasjonen

Det skal bemerkes at selv om frekvensomformerne ligner hverandre, og etter å ha mestret den ene, er det lett å håndtere den andre, men det er nødvendig å lese dokumentasjonen nøye. Noen produsenter pålegger restriksjoner på bruken av produktene deres, og hvis disse brytes, fjerner de produktet fra garantien.

Du kan være interessert i: Variabel elektrisk drift som et middel for å spare energi