Zasada działania przetwornicy częstotliwości i kryteria jej doboru dla użytkownika

Krótki opis przeznaczenia, zasady działania i kryteriów doboru przetwornicy częstotliwości jako urządzenia sterującego asynchronicznym silnikiem elektrycznym.

Silnik indukcyjny klatkowy dziś jest to najbardziej masywne i niezawodne urządzenie do sterowania różnymi maszynami i mechanizmami. Ale każdy medal ma drugą stronę.

Dwie główne wady silnika indukcyjnego to niemożność wykonania prostego regulacja prędkości obrotowej wirnika, bardzo duży prąd rozruchowy — pięć, siedem razy większy niż nominalny. Jeśli stosowane są tylko mechaniczne urządzenia sterujące, wady te prowadzą do dużych strat energii i uderzeniowych obciążeń mechanicznych. Ma to bardzo negatywny wpływ na żywotność sprzętu.

Przetwornica częstotliwości

W wyniku badań w tym kierunku narodziła się nowa klasa urządzeń, która umożliwia rozwiązanie tych problemów nie mechanicznie, ale elektronicznie.

Przetwornica częstotliwości z regulacją szerokości impulsu (PE z PWM) zmniejsza prądy rozruchowe 4-5 razy. Zapewnia płynny rozruch silnika indukcyjnego oraz steruje napędem zgodnie z zadanym stosunkiem napięcia do częstotliwości.

Przetwornica częstotliwości zapewnia oszczędność energii do 50%. Możliwe staje się umożliwienie sprzężenia zwrotnego pomiędzy sąsiednimi urządzeniami, tj. samodopasowujące się urządzenia do zadania i zmieniające warunki pracy całego systemu.

Zasada działania przetwornicy częstotliwości

Przetwornica częstotliwości PWM jest falownik z podwójną konwersją… Najpierw napięcie sieciowe 220 lub 380 V jest prostowane przez wejściowy mostek diodowy, następnie jest wygładzane i filtrowane za pomocą kondensatorów.

To pierwszy etap transformacji. W drugim etapie, od stałego napięcia, za pomocą mikroukładów sterujących i mostka wyjściowego przełączniki IGBT, powstaje sekwencja PWM o określonej częstotliwości i cyklu pracy. Na wyjściu przetwornicy częstotliwości wydawane są pakiety prostokątnych impulsów, które jednak ze względu na indukcyjność uzwojeń stojana silnika indukcyjnego są całkowane i ostatecznie zamieniają się w napięcie zbliżone do sinusoidy.

Charakterystyka mechaniczna asynchronicznego silnika elektrycznego z częstotliwościową regulacją prędkości: a — schemat połączeń; b — charakterystyka obciążenia o stałym statycznym momencie oporu; c — charakterystyka obciążenia wentylatora; d — charakterystyka momentu obciążenia statycznego, odwrotnie proporcjonalna do prędkości kątowej obrotu.

Typowy obwód do włączania przetwornicy częstotliwości Przykład podłączenia linii (kabli) elektroenergetycznych w obwodzie przetwornicy częstotliwości

Kryteria doboru przetwornic częstotliwości

Wybór cech Każdy producent stara się zdobyć przewagę konkurencyjną na rynku. Pierwszą praktyczną zasadą zwiększania sprzedaży jest niska cena. Dlatego producent dąży do tego, aby w swoim produkcie zawierał tylko niezbędne funkcje. A reszta jest oferowana jako opcja. Zanim kupisz przetwornicę częstotliwości, zdecyduj, jakich funkcji potrzebujesz. Warto wybrać urządzenie, które w wersji podstawowej posiada większość niezbędnych funkcji.

Metodą kontroli

Natychmiast wyrzuć te przetwornice, które nie są odpowiednie pod względem mocy, typu wydajności, przeciążalności itp. W zależności od rodzaju zarządzania musisz zdecydować, co wybrać, sterowanie skalarne lub wektorowe.

Większość nowoczesnych przetwornic częstotliwości realizuje sterowanie wektorowe, ale takie przetwornice częstotliwości są droższe niż skalarne przetwornice częstotliwości.

Sterowanie wektorowe umożliwia bardziej precyzyjną kontrolę poprzez zmniejszenie błędu statycznego. Tryb skalarny obsługuje tylko stały stosunek napięcia wyjściowego do częstotliwości wyjściowej, ale na przykład dla wentylatorów jest to całkiem wystarczające.

Od samego początku sterowanie wektorowe stało się niezwykle popularną strategią sterowania silnikami indukcyjnymi. Obecnie większość przetwornic częstotliwości realizuje sterowanie wektorowe lub nawet bezczujnikowe sterowanie wektorowe (ten trend występuje w przetwornicach częstotliwości, które oryginalnie realizują sterowanie skalarne i nie posiadają zacisków do podłączenia czujnika prędkości).

Podstawowa zasada sterowania wektorowego polega na oddzielnej niezależnej regulacji prądu magnesującego silnika i prądu kwadraturowego, do którego proporcjonalny jest mechaniczny moment obrotowy wału. Prąd magnesujący określa wartość sprzężenia strumienia zerowego wirnika i jest utrzymywany na stałym poziomie.

Gdy prędkość się ustabilizuje, wartość zadana prądu kwadraturowego jest generowana za pomocą oddzielnego regulatora PI, którego wejściem jest rozbieżność między żądaną a zmierzoną prędkością silnika. W ten sposób prąd kwadraturowy jest zawsze ustawiony na minimalnym poziomie, aby zapewnić wystarczający moment mechaniczny do utrzymania ustawionej prędkości. Dlatego sterowanie wektorowe ma wysoką efektywność energetyczną.

Poprzez moc

Jeśli moc sprzętu jest w przybliżeniu taka sama, wybierz konwertery tej samej firmy o mocy zgodnej z mocą maksymalnego obciążenia. Zapewni to wymienność i uprości konserwację sprzętu. Zaleca się, aby centrum serwisowe wybranej przetwornicy częstotliwości znajdowało się w Twoim mieście.

Przez napięcie sieciowe

Zawsze wybieraj przetwornicę o jak najszerszym zakresie napięć, zarówno w dół, jak iw górę. Faktem jest, że w przypadku sieci lokalnych samo słowo standard może wywołać tylko śmiech przez łzy. Jeśli niskie napięcie najprawdopodobniej spowoduje zatrzymanie przetwornicy częstotliwości, to zwiększone napięcie może spowodować eksplozję kondensatorów elektrolitycznych sieci i awarię wejścia urządzenia.

Według zakresu regulacji częstotliwości

Górna granica regulacji częstotliwości jest ważna w przypadku stosowania silników o wysokich znamionowych częstotliwościach roboczych, takich jak szlifierki (1000 Hz lub więcej).Upewnij się, że zakres częstotliwości odpowiada Twoim potrzebom. Dolna granica określa zakres regulacji prędkości napędu. Standardem jest 1:10. Jeśli potrzebujesz szerszego zakresu wybierz tylko sterowanie wektorowe, zapytaj producenta o parametry napędu. Nawet deklarowany limit 0 Hz nie gwarantuje stabilnej pracy napędu.

Według liczby wejść sterujących

Wejścia dyskretne są wymagane do wprowadzania poleceń sterujących (start, stop, bieg wsteczny, stop itp.). Wejścia analogowe są wymagane dla sygnałów sprzężenia zwrotnego (ustawianie i ustawianie napędu podczas pracy). Wejścia cyfrowe są wymagane do wprowadzania sygnałów o wysokiej częstotliwości z cyfrowych czujników prędkości i położenia (enkodery). Liczba wejść nigdy nie może być zbyt duża, ale im więcej wejść, tym bardziej złożony może być system i tym droższy.

Według liczby sygnałów wyjściowych

Wyjścia dyskretne służą do wysyłania sygnałów dla różnych zdarzeń (alarm, przegrzanie, napięcie wejściowe powyżej lub poniżej poziomu, sygnał błędu itp.). Wyjścia analogowe służą do budowy złożonych systemów sprzężenia zwrotnego. Zalecenia dotyczące wyboru są podobne do poprzedniego akapitu.

Autobus kontrolny

Sprzęt, za pomocą którego będziesz sterować przetwornicą częstotliwości, musi mieć taką samą magistralę i liczbę wejść/wyjść, jak wybrana przetwornica częstotliwości. Zostaw trochę miejsca na wejścia i wyjścia dla przyszłych aktualizacji.

Na gwarancji

Okres gwarancji pośrednio pozwala ocenić niezawodność przetwornicy częstotliwości. Oczywiście należy wybrać przetwornicę częstotliwości z planem długoterminowym.Niektórzy producenci specjalnie przewidują przypadki uszkodzeń, które nie są objęte gwarancją. Zawsze uważnie czytaj dokumentację i szukaj w Internecie recenzji modeli sprzętu i producentów. Pomoże Ci to dokonać właściwego wyboru. Nie szczędź pieniędzy na wysokiej jakości usługi i szkolenia personelu.

Przetwornica częstotliwości na stojaku

Przeciążalność

Jako pierwsze przybliżenie należy wybrać moc przetwornicy częstotliwości o 10-15% większą niż moc silnika. Prąd przetwornicy powinien być większy od prądu znamionowego silnika i nieco większy od prądu ewentualnych przeciążeń.

W opisie konkretnego mechanizmu zwykle podaje się prądy przeciążeniowe i czas ich przepływu. Przeczytaj dokumentację! Zapewni to rozrywkę i prawdopodobnie zapobiegnie uszkodzeniu sprzętu w przyszłości. Jeśli napęd charakteryzuje się również obciążeniami udarowymi (szczytowymi) (obciążenia przez 2-3 sekundy), to konieczny jest dobór przetwornicy na prąd szczytowy. Ponownie weź 10% marży.
Zobacz też w tym temacie: Przetwornice częstotliwości VLT AQUA Drive do agregatów pompowych