V tomto článku se budeme zabývat tím, co je frekvenční měnič, rozsah frekvenčních měničů, jejich klady a zápory a také obvody frekvenčního měniče.
Frekvenční měniče (nebo chastotniki) – elektrické zařízení pro regulaci frekvence střídavého napětí. Hlavní náplní těchto zařízení je změna otáček a točivého momentu asynchronních elektrických strojů. Princip činnosti řízení a regulace je založen na závislosti rychlosti otáčení magnetického pole na frekvenci napájecího napětí.
Asynchronní elektromotory jsou široce používány jako pohony pro průmyslová zařízení, čerpací jednotky, regulační ventily a další zařízení. Hlavní nevýhodou těchto elektrických strojů je konstantní rychlost otáčení, vysoké startovací proudy. Pomocí frekvenčních měničů je možné tyto nedostatky odstranit a výrazně rozšířit pole působnosti střídavých motorů.
Typy frekvenčních měničů
Frekvenční měniče se liší konstrukcí, principem činnosti, způsobem ovládání. Podle návrhu jsou frekvenční měniče rozděleny do dvou velkých skupin:
Série VF-51 – univerzální a kompaktní frekvenční měnič se 150% přetížením, výkon od 0,4 do 22 kW. Vhodné pro použití s čerpadly, ventilátory, obráběcími stroji a dopravníky.
Série VF-101 – vyhrazený frekvenční měnič se 150% přetížením, výkon od 0,75 do 1120 kW, kompatibilní s různými síťovými protokoly. Vhodné pro topné, ventilační a klimatizační systémy, stejně jako čerpadla, obecné průmyslové aplikace, včetně těch s těžkými starty.
Frekvenční měniče elektrostrojů.
Elektrický stroj nebo indukční frekvenční měniče jsou střídavé motory zahrnuté v režimu generátoru. Taková elektrická zařízení se používají poměrně zřídka, v podmínkách, kdy je obtížné nebo nemožné použít elektronické frekvenční měniče.
Elektronické převodníky.
Polovodičové FC se skládají z výkonové části vyrobené na tranzistorech nebo tyristorech a řídicího obvodu na bázi mikrokontrolérů. Toto elektrické zařízení je vhodné pro třífázové i jednofázové pohony pro jakýkoli účel. Rozlišujte mezi PE s přímým připojením k napájecí síti a zařízeními s meziobvodem.
Přímé frekvenční měniče
Takové chastotniki jsou postaveny na základě vysokorychlostních tyristorových měničů, zahrnutých v můstkových, křížových, nulových a antiparalelních obvodech.
Zařízení tohoto typu se připojují přímo k elektrické síti.
Výhody přímých frekvenčních měničů:
- Možnost rekuperace energie do sítě při provozu v režimu brzdění motorem. Přímé připojení zajišťuje obousměrnou výměnu elektřiny.
- Vysoká účinnost prostřednictvím jediné frekvenční konverze.
- Možnost zvýšení výkonu připojením dalších měničů.
- Široký rozsah nízkých frekvencí. Přímé měniče zajišťují stabilní provoz pohonu při nízkých rychlostech.
Nevýhody přímých frekvenčních měničů:
- Přibližný průběh výstupního napětí s konstantními složkami a subharmonickými. Tato forma střídavého napětí na výstupu zařízení způsobuje dodatečné zahřívání motoru, snižuje točivý moment a vytváří rušení.
- Kmitočet napětí na výstupu převodníku nepřekračuje stejnou charakteristiku síťového napětí. S pomocí těchto zařízení je tedy možné pouze snížit rychlost otáčení motorů.
- Hlavní oblastí přímých měničů jsou elektrické pohony na bázi asynchronních a synchronních motorů vysokého a středního výkonu.
Frekvenční měniče s meziobvodem.
Frekvenční měniče tohoto typu jsou vyrobeny na bázi dvojitého konverzního obvodu. Napájecí síťové napětí je převedeno na stejnosměrné, poté vyhlazeno a invertováno na střídavé výstupní napětí dané frekvence.
Výhody měničů s meziobvodem:
- Možnost získání výstupního napětí s frekvencí vyšší i nižší než podobný parametr napájecí sítě. Pro vysokostřední a nízkootáčkové elektrické pohony se používají frekvenční měniče založené na obvodu s dvojitou konverzí.
- Výstupní napětí čisté sinusovky. Obvod měniče umožňuje přijímat střídavé napětí s minimální odchylkou od sinusového tvaru.
- Schopnost stavět jednoduché i složité výkonové a řídicí obvody pro pohony s různými požadavky na rychlost odezvy, rozsah otáček.
- Schopnost přizpůsobit se DC sítím. Převodníky tohoto typu lze uzpůsobit pro napájení ze záložních a nouzových stejnosměrných zdrojů bez přídavných zařízení. To umožňuje použití takových chastotniki v pohonech kritických zařízení se záložními zdroji elektřiny.
- Různé řídicí algoritmy. Měniče se stejnosměrným meziobvodem lze naprogramovat a přizpůsobit téměř všem elektrickým pohonům včetně náročných, kde je vyžadována velmi přesná regulace otáček a točivého momentu.
Nevýhody měničů s meziobvodem:
- Relativně velká hmotnost a rozměry díky přítomnosti usměrňovačů, filtrů a invertorových jednotek.
- Zvýšená ztráta výkonu. Schéma dvojité konverze poněkud snižuje celkovou účinnost.
Návrh měničů s meziobvodem
Takové převodníky se skládají z několika hlavních bloků:
- Usměrňovač. Pro PE se používají diodové a tyristorové DC měniče. První jmenované se vyznačují vysoce kvalitním stejnosměrným napětím s téměř úplnou absencí zvlnění, nízkou cenou a spolehlivostí. Diodové usměrňovače však neumožňují realizovat možnost rekuperace elektřiny do sítě při brzdění motorem. Usměrňovače na bázi tyristorů poskytují možnost toku proudu v obou směrech a umožňují odpojit převodník od sítě bez dalšího spínacího zařízení.
- Filtr. Výstupní napětí tyristorově řízených usměrňovačů má výrazné zvlnění. K jeho vyhlazení se používají reaktory, kapacitní nebo indukčně-kapacitní filtry.
- střídač. V nouzovém stavu se používají střídače napětí a proudu. Ty zajišťují rekuperaci energie do sítě a používají se k řízení elektrických strojů s častým spouštěním, zpětným chodem a zastavováním, například motorů jeřábů.
- Frekvenční měniče založené na napěťových měničích produkují na výstupu „čisté sinusové“ napětí. Díky tomu jsou měniče tohoto typu nejpoužívanější.
- mikroprocesor. Tento blok řídí vstupní usměrňovač, přijímá a zpracovává signály ze senzorů, spolupracuje s nadřazeným automatizovaným systémem, zaznamenává a ukládá informace o událostech a generuje výstupní napětí frekvenčního měniče odpovídající frekvence. A také plní funkce ochrany proti přetížení, výpadku fáze a dalším nouzovým a abnormálním režimům provozu.
Způsoby řízení invertorů
Podle principu řízení existují 2 hlavní typy frekvenčních měničů:
VSD se skalárním ovládáním
Frekvenční měniče tohoto typu vydávají napětí o určité frekvenci a amplitudě pro udržení určitého magnetického toku ve vinutí statoru. Frekvenční měniče s tímto principem regulace se vyznačují relativně nízkou cenou a jednoduchou konstrukcí. Dolní mez regulace rychlosti je asi 10 % jmenovité rychlosti. Lze je použít k ovládání více motorů najednou. Skalární invertory se používají k pohonu čerpacích jednotek, ventilátorů a dalších zařízení a zařízení, kde není nutné udržovat otáčky rotoru bez ohledu na zatížení.
PE s vektorovým řízením
Mikroprocesorová zařízení měničů s vektorovým řízením automaticky vypočítávají interakci magnetických polí statoru a rotoru. Tento typ invertoru poskytuje konstantní otáčky rotoru bez ohledu na zatížení. Používají se pro zařízení, kde je potřeba dodržet požadovaný kroutící moment při nízkých otáčkách, vysoké otáčky a přesnost regulace. Použití vektorových frekvenčních měničů umožňuje upravit otáčky, nastavit požadovaný točivý moment na hřídeli.
VSD s vektorovým řízením se dělí na bezsenzorové převodníky a zařízení se zpětnou vazbou otáček. Poslední jmenované se používají pro pohony s širokým rozsahem regulace otáček až do 1:1000, nutnost polohovat přesnou polohu hřídele, řídit kroutící moment v nízkých otáčkách, přesně udržovat otáčky, spouštět motor jmenovitým momentem. Pro pohony s nižšími nároky se používají měniče bez snímače otáček.
Režimy řízení frekvenčních měničů
Ve většině modelů moderních frekvenčních měničů je implementována schopnost ovládání v několika režimech:
1) Ruční ovládání.
Start a stop elektromotoru se provádí z panelu nebo ovládacího panelu chastotnik. Zároveň měnič provádí regulaci otáček a v případě nouze se automaticky zastaví.
2) Externí ovládání.
Ke vzdálenému PC lze připojit měnič s podporou datových komunikačních rozhraní pro řízení aktuálních parametrů a nastavení provozních režimů měniče.
3) Ovládání pomocí diskrétních vstupů nebo “suchých kontaktů”.
4) Event management.
Některé modely měniče umožňují naprogramovat čas spuštění nebo zastavení, provoz motoru v jiném režimu. Převodníky tohoto typu se používají pro plně nebo částečně automatizovaná procesní zařízení.
Výhody frekvenčních měničů.
1) Úspora energie.
Použití frekvenčního měniče umožňuje snížit rozběhové proudy a upravit příkon motoru v závislosti na skutečné zátěži.
2) Zvýšení životnosti průmyslových zařízení.
Měkký rozběh a regulace otáček točivého momentu na hřídeli umožňují prodloužit interval generální opravy a prodloužit životnost elektromotorů.
Možnost odmítnout reduktory, škrticí klapky, elektromagnetické brzdy a další ovládací zařízení. snížení spolehlivosti a zvýšení spotřeby energie zařízení.
3) Bez nutnosti údržby.
4) Možnost dálkového ovládání a sledování parametrů zařízení s elektropohonem.
Mnoho chastotniki implementovalo schopnost připojit vzdálenou telemetrii a zařízení pro dálkové ovládání, lze je zabudovat do víceúrovňových automatizačních systémů.
5) Široký rozsah výkonu motoru.
Frekvenční měniče se instalují jak na jednofázové kondenzátorové motory o výkonu menším než 1 kW, tak na synchronní elektrické stroje o výkonu desítek MW.
6) Ochrana elektromotoru před nehodami a abnormálními režimy provozu.
Nouzový stav je vybaven ochranou proti přetížení, zkratu, výpadku fáze. Měniče také poskytují restart při obnovení napájení po výpadku proudu.
Možnost plynule jemného nastavení otáček bez ztráty výkonu, což u převodovek není možné.
7) Snížení hladiny hluku běžícího motoru.
Možnost náhrady stejnosměrných motorů za asynchronní elektrické stroje s frekvenčními regulátory. Pro zařízení, která vyžadují řízení točivého momentu a otáček, se často používají stejnosměrné motory, jejichž otáčky jsou úměrné použitému napětí. Takové elektrické stroje jsou dražší než asynchronní a vyžadují drahé průmyslové usměrňovače. Nahrazení stejnosměrných motorů frekvenčně řízenými asynchronními elektrickými stroji přináší dobrý ekonomický efekt.
Сферы применения
Používají se frekvenční měniče:
- Pro jeřáby a zdvihací stroje . Jeřábové motory pracují v režimu častých startů, zastavení, změn zatížení. PE zajišťují absenci trhání a kývání břemene při rozjezdech a zastavováních, zastavují jeřáb přesně na požadovaném místě, snižují zahřívání elektromotorů a maximální rozběhový moment.
- Pro pohon dmychadel v kotelnách a odsavače kouře. Celkové ovládání s plynulým nastavením dmychadla a odtahových ventilátorů umožňuje automatizovat proces spalování a zajistit maximální efektivitu. kotelní jednotky.
- Pro dopravníky, válcovny, dopravníky, elevátory. Frekvenční měnič reguluje rychlost pohybu dopravního zařízení bez trhání a rázů, což zvyšuje životnost mechanických součástí. Pro čerpací jednotky. PE vám umožní obejít se bez ventilů a ventilů, které regulují tlak a produktivitu, a výrazně zvyšují celkovou účinnost vodovodního systému.
- Pro motory obráběcích strojů. Použití frekvenčního měniče místo převodovky umožňuje plynule zvyšovat nebo snižovat rychlost pracovního tělesa stroje, couvat. VFD se široce používají pro CNC obráběcí stroje a vysoce přesná průmyslová zařízení.
Zavedení frekvenčně řízených pohonů přináší významný ekonomický efekt. Úspory nákladů je dosaženo snížením spotřeby elektrické energie, nákladů na opravy a údržbu motorů a zařízení, možností použití levnějších asynchronních elektromotorů s rotorem nakrátko a také snížením dalších výrobních nákladů. Průměrná doba návratnosti frekvenčních měničů je od 3 měsíců do tří let.
Frekvenční měnič je elektronické zařízení, které slouží k převodu frekvenčních parametrů elektrického proudu. Jeho použití umožňuje zajistit nepřetržitou kontrolu nad procesem transformace vstupních elektrických parametrů – na výstupní.
Účel a rozsah frekvenčních měničů
Frekvenční měniče nabyly největšího významu v oblasti regulace otáček synchronních a asynchronních elektromotorů. Použití chastotniki do značné míry umožňuje optimalizovat výrobu, snížit spotřebu energie a zvýšit životnost elektrických zařízení k nim připojených.
Výhody použití frekvenčních měničů:
- řízení a sledování rychlosti otáčení elektromotoru;
- ochrana proti přepětí a přetížení;
- zajištění plynulého rozběhu a zastavení ovládaného elektrického zařízení;
- usnadnění pracovního procesu při provádění složitých technických úkolů;
- odolnost vůči dlouhodobému zatížení a impulsním akcím;
- možnost úspory energetických zdrojů až 40-50%;
- zvýšení účinnosti elektromotorů;
- snížené opotřebení a zlepšený mechanický výkon připojeného zařízení;
- realizace nepřetržitého sledování technologických parametrů a možnost rychlého zásahu.
Rozsah frekvenčního měniče:
- potravinářský průmysl;
- těžký průmysl;
- lehký průmysl;
- prostředky malé mechanizace;
- lékařské vybavení;
- čerpací zařízení;
- systém zásobování vodou;
- kompresory;
- doprava;
- vysoce přesné elektromechanické stroje.
Zařízení a princip činnosti
- Napájení;
- manažer.
Existují dvě fáze transformace:
1) V první fázi převodu je vstupní napětí (220V nebo 380V) usměrněno pomocí diodového můstku. Poté, procházejícím filtrem namontovaným na kondenzátorech, jsou „vyříznuté“ části vstupního signálu vyhlazeny.
2) V této fázi se z částí usměrněného napětí vytvoří signál požadované sekvence s potřebnými parametry amplitudy a frekvence. Toho je dosaženo pomocí mikroobvodů schopných řídit výstupní parametry. Do motoru jsou přenášeny pravoúhlé impulsy požadované frekvence zadané ovládáním. Indukčnost vinutí statoru integruje tyto impulsy a přemění je na sinusoidu.
Klasifikace chastotnikov
- jednofázový;
- třífázový;
- vysokonapěťové jednotky.
Podle principu činnosti jsou frekvenční měniče rozděleny do tříd:
FC s meziobvodem. Tyristorový nebo tranzistorový měnič, který potřebuje další stejnosměrný meziobvod pro bezpečný a správný provoz připojeného elektromotoru.
FC s průběžným propojením mezi napájecí sítí a elektrickým strojem. Jedná se o tyristorový reverzní měnič, který dokáže spolehlivě fungovat bez použití přídavných zařízení.
Moderní frekvenční měniče mají displej s možností sledování a nastavení různých parametrů (frekvence, proud, napětí, výkon, otáčky, točivý moment, doba provozu měniče).
V závislosti na aplikaci se střídače rozlišují:
• průmyslové aplikace;
• řídicí zařízení se zátěží typu čerpadlo-ventilátor;
• použití v podmínkách dynamické nestability a výbušnosti;
• namontované přímo na skříni motoru;
• metoda vektorového řízení;
• pro jeřáby a zvedací mechanismy.
Způsoby připojení a nastavení
Všechny moderní frekvenční měniče jsou vybaveny speciálními svorkami pro pohodlnější připojení k elektromotoru. Všechny složité obvody jsou již namontovány v pouzdře jednotky. V elektrickém obvodu zaujímá střídač své místo bezprostředně za jističem, které musí odpovídat jmenovitému provoznímu proudu elektromotoru.
Když je měnič kmitočtu připojen k jednofázovému obvodu, vypínací práh jističe se vypočítá z hodnoty, která je trojnásobkem provozního proudu v tomto obvodu.
Pro třífázové napájení je třeba použít speciální třífázový jistič se společnou pákou. Vypínací proud stroje by se v tomto případě měl rovnat provoznímu proudu každé z fází motoru.
“Pozor! Instalace jističe při připojení motoru k měniči musí být provedena v přerušení nulového vodiče. Je zakázáno instalovat stroj do mezery zemnícího vodiče! “
Nastavení připojení frekvenčního měniče spočívá ve správném připojení vodičů a žil kabelů požadovaného průřezu ke konkrétním svorkám připojeného elektromotoru.
Způsoby připojení frekvenčních měničů k elektromotorům:
Trojúhelník. Výstupy měniče jsou připojeny k sériově zapojeným statorovým vinutím řízeného motoru. Toto zapojení se používá pro připojení domácností k jednofázovým sítím, kde napětí na výstupu střídače nepřekročí vstupní hodnotu o více než 50 %.
Hvězda. Typ zapojení, ve kterém jsou výstupy měniče připojeny k paralelně zapojeným vinutím motoru. Takové zapojení se používá, když je převodník připojen k třífázové síti průmyslových objektů.
Stále máte otázky?
Odborníci ENERGOPUSK zodpoví vaše dotazy:
8-800-700-11-54 (8–18, Po–Pá)
