Taajuusmuuttaja sähkömoottorille

Taajuusmuuttajien käytön tekniset näkökohdat

Nykyään oikosulkumoottorista on tullut päälaite useimmissa sähkökäytöissä. Ohjaukseen käytetään yhä useammin taajuusmuuttajaa - PWM-säädöllä varustettua invertteriä. Tällainen ohjaus antaa monia etuja, mutta aiheuttaa myös ongelmia tiettyjä teknisiä ratkaisuja valittaessa. Yritetään ymmärtää niitä tarkemmin.

Taajuusmuuttajien laite

Laajan valikoiman tehokkaita suurjännitetransistori-IGBT-moduuleja kehitetty ja tuotanto mahdollisti monivaiheisten tehokytkimien toteuttamisen suoraan digitaalisilla signaaleilla. Ohjelmoitavat laskentalaitteet mahdollistivat numeeristen sarjojen muodostamisen signaaleja antavissa kytkimien tuloissa asynkronisten sähkömoottoreiden taajuudensäätö… Suurilla laskentaresursseilla varustettujen yksisiruisten mikro-ohjainten kehitys ja massatuotanto mahdollisti siirtymisen digitaalisilla ohjaimilla varustettuihin servokäyttöihin.

Tehotaajuusmuuttajat toteutetaan pääsääntöisesti kaavion mukaan, joka sisältää voimakkaisiin diodeihin tai tehotransistoreihin perustuvan tasasuuntaajan ja diodeilla shuntteihin IGBT-transistoreihin perustuvan invertterin (ohjatun kytkimen) (kuva 1).

Riisi. 1. Taajuusmuuttajapiiri

Tuloporras tasaa syötetyn sinimuotoisen verkkojännitteen, joka induktiivis-kapasitiivisella suodattimella tasoituksen jälkeen toimii virtalähteenä ohjatulle invertterille, joka tuottaa signaalin pulssimodulaatio, joka tuottaa sinimuotoisia virtoja staattorin käämeissä parametreilla, jotka tarjoavat sähkömoottorin tarvittavan toimintatilan.

Tehonmuuntimen digitaalinen ohjaus tapahtuu käsillä olevia tehtäviä vastaavilla mikroprosessorilaitteistoilla ja -ohjelmistoilla. Laskentayksikkö generoi reaaliajassa ohjaussignaaleja 52 moduulille ja käsittelee myös taajuusmuuttajan toimintaa ohjaavien mittausjärjestelmien signaaleja.

Teholähteet ja ohjaustietokoneet yhdistetään rakenteellisesti suunniteltuun teollisuustuotteeseen, jota kutsutaan taajuusmuuttajaksi.

Teollisuuslaitteissa käytetään kahta päätyyppiä taajuusmuuttajia:

• patentoidut muuntimet tietyntyyppisille laitteille.

• yleistaajuusmuuttajat on suunniteltu AM-toiminnan monitoimiseen ohjaukseen käyttäjän määrittämissä tiloissa.

Taajuusmuuttajan toimintatilojen asetus ja hallinta voidaan tehdä ohjauspaneelista, joka on varustettu näytöllä syötetyn tiedon ilmaisemiseksi.Yksinkertaiseen skalaaritaajuuden säätöön voit käyttää sarjaa yksinkertaisia ​​logiikkatoimintoja, jotka ovat saatavilla säätimen tehdasasetuksissa ja sisäänrakennettua PID-säädintä.

Monimutkaisempien ohjausmuotojen toteuttamiseksi takaisinkytkentäanturin signaaleilla on tarpeen kehittää ACS-rakenne ja algoritmi, joka ohjelmoidaan liitetyn ulkoisen tietokoneen avulla.

Useimmat valmistajat valmistavat erilaisia ​​taajuusmuuttajia, jotka eroavat tulo- ja lähtösähköisistä ominaisuuksista, tehosta, suunnittelusta ja muista parametreista. Ulkopuolisiin laitteisiin (verkko, moottori) voidaan kytkeä lisäelementtejä: magneettikäynnistimet, muuntajat, kuristimet.

Ohjaussignaalien tyypit

On tarpeen tehdä ero erityyppisten signaalien välillä ja käyttää jokaista erillistä kaapelia. Erilaiset signaalit voivat vaikuttaa toisiinsa. Käytännössä tämä erotus on yleinen, esimerkiksi kaapeli paineanturi voidaan liittää suoraan taajuusmuuttajaan.

Kuvassa Kuvassa 2 on esitetty suositeltu tapa kytkeä taajuusmuuttaja erilaisten piirien ja ohjaussignaalien läsnä ollessa.

Riisi. 2. Esimerkki taajuusmuuttajan teho- ja ohjauspiirien kytkemisestä

Seuraavat signaalityypit voidaan erottaa:

• analogiset - jännite- tai virtasignaalit (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), joiden arvo muuttuu hitaasti tai harvoin, yleensä nämä ovat ohjaus- tai mittaussignaaleja;

• diskreetit jännite- tai virtasignaalit (0…10 V, 0/4…20 mA), jotka voivat ottaa vain kaksi harvoin muuttuvaa arvoa (korkea tai matala);

• digitaalinen (data) - jännitesignaalit (0 … 5 V, 0 … 10 V), jotka muuttuvat nopeasti ja suurella taajuudella, yleensä nämä ovat signaaleja porteista RS232, RS485 jne.;

• rele — relekoskettimet (0…220 V AC) voivat sisältää induktiivisia virtoja kytketystä kuormasta riippuen (ulkoiset releet, lamput, venttiilit, jarrut jne.).

Taajuusmuuttajan tehon valinta

Taajuusmuuttajan tehoa valittaessa on välttämätöntä luottaa sähkömoottorin tehon lisäksi myös muuntajan ja moottorin nimellisvirtoihin ja -jännitteisiin. Tosiasia on, että taajuusmuuttajan ilmoitettu teho viittaa vain sen toimintaan tavallisella 4-napaisella asynkronisella moottorilla vakiosovelluksissa.

Todellisissa laitteissa on monia näkökohtia, jotka voivat aiheuttaa laitteen nykyisen kuormituksen lisääntymisen, esimerkiksi käynnistyksen aikana. Periaatteessa taajuusmuuttajan käyttö mahdollistaa pehmeän käynnistyksen aiheuttaman virta- ja mekaanisen kuormituksen vähentämisen. Esimerkiksi käynnistysvirtaa pienennetään 600 %:sta 100-150 %:iin nimellisvirrasta.

Aja pienemmällä nopeudella

On syytä muistaa, että vaikka taajuusmuuttaja mahdollistaa helposti 10:1 nopeudensäädön moottorin käydessä alhaisilla nopeuksilla, sen oman tuulettimen teho ei välttämättä riitä. Tarkkaile moottorin lämpötilaa ja järjestä pakotettu ilmanvaihto.

Elektromagneettinen yhteensopivuus

Koska taajuusmuuttaja on voimakas suurtaajuisten harmonisten lähde, moottoreiden liittämiseen tulee käyttää vähintään pituista suojattua kaapelia. Tällainen kaapeli on asennettava vähintään 100 mm:n etäisyydelle muista kaapeleista.Tämä minimoi ristiinkuulustelun. Jos kaapeleita on tarkoitus risteyttää, risteys tehdään 90 asteen kulmassa.

Se saa virtansa hätägeneraattorista

Taajuusmuuttajan tarjoama pehmeä käynnistys mahdollistaa generaattorin tarvittavan tehon pienentämisen. Koska tällaisella käynnistyksellä virta pienenee 4-6 kertaa, generaattorin tehoa voidaan vähentää saman verran. Generaattorin ja taajuusmuuttajan väliin on kuitenkin asennettava kontaktori, jota ohjataan taajuusmuuttajan relelähdöllä. Tämä suojaa taajuusmuuttajaa vaarallisilta ylijännitteiltä.

Kolmivaiheisen muuntimen syöttö yksivaiheisesta verkosta

Kolmivaiheisia taajuusmuuttajia voidaan käyttää yksivaiheisesta verkosta, mutta niiden lähtövirta ei saa ylittää 50 % nimellisvirrasta.

Säästä energiaa ja rahaa

Säästöt syntyvät useista syistä, ensinnäkin kasvusta kosini phi arvoihin 0,98, ts. maksimitehoa käytetään hyödylliseen työhön, minimi menee hukkaan. Toiseksi, kerroin lähellä tätä saadaan kaikissa moottorin toimintatiloissa.

Ilman taajuusmuuttajaa asynkronisten moottoreiden kosini phi on alhaisella kuormituksella 0,3-0,4. Kolmanneksi ei tarvita ylimääräisiä mekaanisia säätöjä (pellit, kaasut, venttiilit, jarrut jne.), kaikki tehdään elektronisesti. Tällaisella ohjauslaitteella säästö voi olla jopa 50 %.

Synkronoi useita laitteita

Taajuuskäyttöä ohjaavien lisätulojen ansiosta on mahdollista synkronoida kuljetinprosesseja tai asettaa joidenkin arvojen muutossuhteet toisista riippuen.Esimerkiksi, jotta koneen karan nopeus riippuu leikkurin syöttönopeudesta. Prosessi optimoidaan, koska leikkurin kuorman kasvaessa syöttö vähenee ja päinvastoin.

Verkon suojaus korkeampia harmonisia vastaan

Lisäsuojauksena käytetään lyhyiden suojattujen kaapeleiden lisäksi linjakuristimia ja ohituskondensaattoreita. Kaasulisäksi se rajoittaa käynnistysvirtaa päälle kytkettynä.

Oikean suojausluokan valinta

Luotettava lämmönpoisto on välttämätöntä taajuusmuuttajan sujuvan toiminnan kannalta. Jos käytetään korkeita suojausluokkia, esimerkiksi IP 54 ja korkeampia, tällaisen lämmönpoiston saavuttaminen on vaikeaa tai kallista. Siksi on mahdollista käyttää erillistä korkean suojaustason kaappia, johon voidaan asentaa alemman luokan moduuleja ja suorittaa yleisilmanvaihto ja jäähdytys.

Sähkömoottorien rinnakkaiskytkentä yhteen taajuusmuuttajaan

Kustannusten alentamiseksi yhdellä taajuusmuuttajalla voidaan ohjata useita sähkömoottoreita. Sen teho tulee valita siten, että marginaali on 10-15% kaikkien sähkömoottoreiden kokonaistehosta. Tällöin on tarpeen minimoida moottorikaapeleiden pituus ja on erittäin toivottavaa asentaa moottorikuristin.

Useimmat taajuusmuuttajat eivät salli moottoreiden sammuttamista tai kytkemistä kontaktoreiden kautta taajuusmuuttajan ollessa käynnissä. Tämä tehdään vain laitteen pysäytyskomennolla.

Ohjaustoiminnon asetus

Sähkökäytön maksimaalisen suorituskyvyn, kuten tehokertoimen, hyötysuhteen, ylikuormituskapasiteetin, säädön tasaisuuden, kestävyyden, saavuttamiseksi on tarpeen valita oikein käyttötaajuuden muutoksen ja taajuuden lähtöjännitteen välinen suhde. muunnin.

Jännitteenmuutostoiminto riippuu kuorman vääntömomentin luonteesta. Vakiomomentilla moottorin staattorin jännitettä on säädettävä suhteessa taajuuteen (skalaarisäätö U / F = const). Esimerkiksi tuulettimelle toinen suhde on U / F * F = vakio. Jos lisäämme taajuutta 2 kertaa, jännitteen pitäisi kasvaa 4:llä (vektoriohjaus). On laitteita, joissa on monimutkaisempia ohjaustoimintoja.

Taajuusmuuttajalla varustetun taajuusmuuttajan käytön edut

Tehokkuuden lisäämisen ja energiansäästön lisäksi tällainen sähkökäyttö antaa sinulle uusia ajo-ominaisuuksia. Tämä näkyy ylimääräisten mekaanisten laitteiden hylkäämisessä, jotka aiheuttavat häviöitä ja vähentävät järjestelmien luotettavuutta: jarrut, iskunvaimentimet, kuristimet, venttiilit, ohjausventtiilit jne. Esimerkiksi jarrutus voidaan tehdä kääntämällä sähkömagneettinen kenttä moottorin staattorissa. Muuttamalla vain taajuuden ja jännitteen välistä toiminnallista suhdetta saamme erilaisen taajuusmuuttajan muuttamatta mitään mekaniikassa.

Dokumentaation lukeminen

On huomattava, että vaikka taajuusmuuttajat ovat samankaltaisia ​​​​toistensa kanssa, ja yhden hallitsemisen jälkeen on helppo käsitellä toista, mutta dokumentaatio on kuitenkin luettava huolellisesti. Jotkut valmistajat asettavat rajoituksia tuotteidensa käytölle ja jos niitä rikotaan, ne poistavat tuotteen takuusta.

Saatat olla kiinnostunut: Säädettävä sähkökäyttö energiansäästökeinona