Frekvenční měnič pro asynchronní motor: princip činnosti, výběr frekvenčního měniče

Asynchronní elektromotory jsou nejběžnějšími elektrickými stroji. Vyznačují se jednoduchostí designu, nízkou cenou, vysokou udržovatelností a dalšími výhodami. Jsou široce používány k pohonu průmyslových zařízení, mechanismů a zařízení pro nejrůznější účely. Rozsah jejich použití je poněkud omezen vysokými rozběhovými proudy, obtížnou regulací otáček a rázovým mechanickým zatížením zařízení připojeného k hřídeli během spouštění.

Frekvenční měniče umožňují měkký rozběh elektrických strojů, omezení rozběhových proudů, synchronizaci točivého momentu na hřídeli se zatěžovacím momentem, přesné nastavení rychlosti otáčení a připojení třífázových motorů do jednofázové sítě bez kondenzátorů.

Elektromotor je zařízení pro přeměnu elektřiny na rotační pohyb rotační části elektrického stroje. K přeměně energie v motorech dochází v důsledku interakce magnetických polí vinutí statoru a rotoru. Tyto elektrické stroje jsou široce používány ve všech průmyslových odvětvích, jako pohon pro elektrická vozidla a nářadí, v automatizačních systémech, domácích spotřebičích a tak dále.

Princip činnosti frekvenčních měničů

Princip činnosti frekvenční regulace je založen na závislosti rychlosti otáčení a točivého momentu na hřídeli střídavého motoru na frekvenci napájecího napětí. Regulátory frekvence mění frekvenci napětí dodávaného do elektromotoru, čímž regulují otáčky rotoru a točivý moment.

Převod frekvence lze provést několika způsoby. Obvod frekvenčního převodu s přímým elektrickým připojením k síti je řízený usměrňovač pomocí tyristorů. Řídicí jednotka generuje signály, které střídavě odemykají polovodičová zařízení, která dodávají napětí o dané frekvenci do vinutí elektrického stroje.

Toto schéma se vyznačuje vysokou účinností, zajišťuje stabilní provoz motoru při nízkých otáčkách rotoru a přenáší generovanou elektřinu při brzdění motoru do sítě.

Avšak takové nevýhody, jako je nemožnost měnit frekvenci směrem nahoru, přítomnost stejnosměrné složky a subharmonických složek ve výstupním napětí, které způsobují přehřívání vinutí a výskyt elektromagnetického rušení, omezují rozsah použití frekvenčních měničů s přímou vazbou. .

Většina moderních frekvenčních měničů pro asynchronní motory je založena na obvodech s dvojitou konverzí. Toto technické řešení má následující výhody:

• Schopnost měnit frekvenci nahoru i dolů.
• Výstupní napětí je čistá sinusovka.
• Absence vyšších harmonických.
• Plynulá, vysoce přesná frekvenční regulace napájecího napětí motoru.

Tento frekvenční měnič se skládá ze tří bloků:

• Diodový nebo tyristorový usměrňovač s kapacitními, indukčními nebo kombinovanými filtry. Tento uzel usměrňuje síťové napětí a vyhlazuje ho.
• Invertující blok. Tento prvek reverzně převádí stejnosměrné napětí na střídavé napětí. Indukční prvek na výstupu filtruje stejnosměrnou složku a také vysokofrekvenční rušení, jehož přítomnost negativně ovlivňuje chod elektromotoru.
• Řídicí obvod na bázi mikroprocesoru. Jeho hlavní funkcí je nastavení frekvence výstupního napětí a proudu. Frekvence proudu na výstupu měniče je určena šířkou nebo dobou trvání řídicích impulsů z řídicího obvodu (modulace šířky impulsů nebo frekvence). Procesor také komunikuje se vzdálenými řídicími body, automaticky reguluje zpětnou vazbu o mechanických a elektrických charakteristikách k němu připojeného elektrického stroje a také další funkce.

Frekvenční měniče VEDA VFD – Řada frekvenčních měničů VEDA VFD zahrnuje standardní modely určené pro širokou škálu aplikací v různých průmyslových odvětvích. Produkty VEDA VFD jsou vyvíjeny v Rusku a vyráběny v plně automatizovaných továrnách v Číně pod dohledem specialistů VEDA MC. Všechny modely frekvenčních měničů mají modulární strukturu, takže jejich funkčnost lze rozšířit použitím přídavných desek.

Výběr frekvenčního měniče

Při návrhu frekvenčního měniče je nutné vzít v úvahu mnoho nuancí. Při výběru frekvenčního generátoru se řídí následujícími kritérii:

• Účel převodníku. Mnoho výrobců vyrábí měniče určené pro elektromotory čerpadel, výtahů, elektrické pohony ventilačních systémů, ale i univerzální zařízení pro všeobecné průmyslové použití. Pro konkrétní technologická zařízení jsou vyráběny specializované frekvenční generátory. Možnost jejich přizpůsobení je výrazně omezena. Obecné průmyslové regulátory frekvence lze konfigurovat pro různé pohony.
• Způsob řízení a podpora různých komunikačních protokolů. Frekvenční měniče jsou obvykle integrovány do komplexních automatizačních a dálkových monitorovacích a řídicích systémů. Frekvenční měnič musí být vybaven řídicí jednotkou, která podporuje komunikaci pomocí protokolu používaného v konkrétním systému řízení procesu.
• Výkon a kapacita dobíjení. Jmenovitý elektrický výkon měniče by měl být o 15-30 % vyšší než u elektromotoru. Při výpočtu výkonu se berou v úvahu startovací proudy elektrického stroje, špičkové zatížení motoru a jejich trvání. Chyby vedou k přehřátí frekvenčního měniče a výpadku výkonových tranzistorů nebo tyristorů.
• Rozsah a přesnost regulace. Interval změny frekvence a přesnost jeho nastavení musí splňovat požadavky procesních podmínek. Možnost změny frekvence skalárních měničů je 1:10 v případě požadavku na širší rozsah je nutný měnič kmitočtu s vektorovým řízením.
• Elektromagnetická kompatibilita. Frekvenční měnič pro asynchronní motor je citlivý na elektromagnetické rušení a sám je jeho zdrojem. Zařízení se vybírá na základě podmínek instalace. V případě potřeby může být nutné jej nainstalovat do samostatné místnosti, připojit speciální filtry a použít stíněné kabely. Společnost Danfoss vyrábí měniče vybavené vestavěnými EM filtry.
• Dostupnost funkcí pro vypnutí motoru v případě přehřátí, fázové nerovnováhy, přetížení a dalších nouzových a abnormálních provozních režimů.
• Dostupnost automatizovaného řízení událostí. Pro synchronizaci provozu průmyslových zařízení jsou potřeba frekvenční generátory, které mají řídicí funkce pro dosažení určité hodnoty technologických parametrů.
• Počet vstupů a výstupů pro připojení dálkového ovládání a monitorovacích zařízení. V případě modernizace systému automatického řízení nebo komplikací systému automatické převodovky se doporučuje volit frekvenční jednotky s nadměrným počtem analogových a diskrétních konektorů. Pro elektrické pohony automatizovaných systémů se doporučuje zvolit frekvenční regulátor s vestavěnou pamětí a funkcí záznamu událostí.
• Jmenovitý proud a napětí. Elektrické parametry frekvenčního generátoru musí odpovídat charakteristikám elektromotoru.

Volba regulátoru frekvence pro průmyslová zařízení se provádí na základě výpočtů pomocí specializovaných metod. Sebemenší chyby mohou vést k nehodám, které mohou mít nepředvídatelné následky. Návrh elektrického pohonu a výběr měniče je vhodné svěřit specialistům na automatizaci. Správná volba frekvenčního generátoru poskytuje úsporu energie až 40-50%, snižuje náklady na opravy a údržbu elektropohonu a poskytuje dobrý ekonomický efekt.

V tomto článku se podíváme na to, co je frekvenční měnič. Řekneme vám o jeho odrůdách, principu fungování a schématech připojení k elektromotoru.

Frekvenční měnič je statické převodní zařízení určené k řízení rychlosti otáčení asynchronních elektromotorů a je určeno k regulaci a převodu napětí s určitou frekvencí a amplitudou. Frekvenční měnič je zařízení pro řízení asynchronních elektromotorů, jeho použití umožňuje výrazné prodloužení životnosti zařízení.

Regulátory frekvence se skládají z následujících zařízení:

• Usměrňovač: Polovodičové diody přeměňují střídavý proud na stejnosměrný proud.
• Napěťový filtr: používá se k vyhlazení stejnosměrného napětí vycházejícího z usměrňovače, které má významné pulzace vypůjčené ze střídavého proudu. Filtr odstraní nosnou frekvenci a ponechá pouze provozní výstupní frekvenci, čímž se průběh výstupního napětí přiblíží sinusovému tvaru, čímž se eliminuje veškeré přepětí na vinutí motoru.
• Systém založený na mikroprocesoru: řídí vstupní usměrňovač, přijímá a zpracovává signály ze senzorů, spolupracuje s automatizovaným systémem vyšší úrovně, zaznamenává a ukládá informace o událostech a generuje výstupní napětí převodníku odpovídající frekvence. Provádí funkce ochrany proti přetížení, výpadku fáze a dalším nouzovým provozním režimům.

Konstrukce regulátoru frekvence:

ZPT – stejnosměrný spoj; BP – napájecí zdroj; DT – snímač proudu; U – amplituda; M – motor.

Typy frekvenčních měničů

Existují dva typy frekvenčních měničů:

• S přímým připojením. Výkonová část takových zařízení je řízený tranzistorový usměrňovač, ve kterém se postupně otevírají určité skupiny blokovaných tranzistorů a vinutí statoru jsou postupně připojeny k síti.
• S výrazným stejnosměrným meziobvodem. Výstupní síťové napětí je usměrněno a filtrováno, vyhlazeno a následně přivedeno do střídače, kde je přeměněno na střídavý proud požadované frekvence a napětí požadované amplitudy. IGBT tranzistory fungují jako výkonové spínače.

Elektronické frekvenční měniče umožňují plynule regulovat otáčky asynchronních a synchronních strojů jedním ze dvou principů:

• Skalární řízení elektromotoru: pracuje podle lineárního zákona, podle kterého jsou frekvence a amplituda vzájemně úměrné (pro rovnoměrný zatěžovací moment musí být jejich poměr konstantní).
• Vektorové řízení asynchronního motoru: udržuje konstantní zatěžovací moment v celém frekvenčním rozsahu, čímž zlepšuje přesnost řízení, měnič se přizpůsobuje změnám výstupního zatížení, což má za následek, že moment motoru je přímo řízen měničem.

U pokročilých modelů frekvenčních měničů lze ovládat následující režimy:

• Ruční ovládání. Motor se spouští a zastavuje pomocí panelu nebo ovládacího panelu frekvenčního měniče (v nouzových situacích dochází k nastavení rychlosti a zastavení automaticky).
• Externí ovládání. Pro řízení charakteristik a určování provozních režimů lze frekvenční měnič s podporou rozhraní pro přenos dat připojit k systému APCS vyšší úrovně.
• Diskrétní vstupy nebo „suchý kontakt“. V tomto režimu lze k frekvenčnímu měniči připojit externí senzory pro řízení procesů automatizovaného systému.
• Event management. Možnost naprogramování času startu nebo stopu a také chodu motoru v jiném režimu.

Princip činnosti frekvenčního měniče

Provoz regulátoru frekvence kombinuje několik fází:

1. Usměrnění síťového napětí vstupními diodovými bloky.
2. Vyhlazování a filtrování napětí přes LC filtrační kondenzátory.
3. Pomocí mikroobvodu a tranzistorů se napětí převádí na třífázovou vlnu s určitými parametry.
4. Výstup obdélníkové vlny je integrován a případně převeden na napětí blízké sinusové vlně.

Schéma principu činnosti frekvenčního měniče:

Při frekvenční regulaci je tedy napětí nejprve převedeno na stejnosměrný proud a následně invertováno na střídavý proud požadované frekvence.

Připojení frekvenčního měniče k elektromotoru

Je nesmírně důležité zajistit správné připojení měniče k elektromotoru.

Nejprve se musíte ujistit, že model měniče je vhodný pro konstrukční úlohu a všechny charakteristiky frekvenčního regulátoru odpovídají parametrům motoru.

Sekvence připojení frekvenčního měniče k elektromotoru se skládá z následujících kroků:

1. Instalace jističe před měnič kmitočtu při připojení ke zdroji napájení.
2. Připojení fázových výstupů měniče ke kontaktům motoru podle jednoho z odpovídajících schémat:

„Trojúhelník“: potřeba připojit jednofázový frekvenční měnič pro asynchronní motor. Schéma zapojení jednofázové frekvence převodník na elektromotor:

„Hvězda“: nutné třífázové připojení frekvenční měnič pro asynchronní motor. Schéma zapojení frekvenčního měniče pro třífázový elektromotor:

Zapojení elektromotoru s hvězdou a trojúhelníkem – jaký je rozdíl?

Charakteristickými rysy obvodů jsou spojení konců vinutí generátoru motoru:

• „hvězda“: konce vinutí jsou navzájem spojeny;
• „trojúhelník“: konec vinutí jedné fáze je spojen se začátkem další.

Elektromotory připojené k frekvenčním měničům pomocí schématu „hvězda“ fungují hladce, ale nemají schopnost vyvinout svůj plný výkon. Pokud je zařízení vzájemně propojeno v konfiguraci trojúhelníku, motor bude pracovat na svůj plný jmenovitý výkon. Nevýhodou tohoto schématu jsou vysoké hodnoty startovacích proudů.

Při výběru způsobu připojení frekvenčních měničů pro asynchronní motory se vyplatí zaměřit se na určení výkonu generovaného motorem v různých režimech. Provoz frekvenčního měniče s přetížením po dlouhou dobu negativně ovlivní provoz zařízení. Jeho kapacita tedy musí být s rezervou, pak bude provoz bezproblémový, prodlouží se životnost zařízení.

Ovládací panel dodávaný s frekvenčním měničem je instalován na vhodném místě pro práci. Dále by měl být zapojen podle schématu uvedeného v návodu k zakoupenému frekvenčnímu měniči.

Výběr frekvenčního měniče pro průmyslová zařízení je důležitým a odpovědným úkolem. Sebemenší chyby při porovnávání parametrů elektromotoru a frekvenčního měniče mohou vést k nehodám a mít nevratné následky. Abyste tomu zabránili, využijte příležitosti získat bezplatnou konzultaci od specialistů z RusAvtomatizatsiya. Naši inženýři vám pomohou vybrat zařízení pro jakékoli podmínky technologického procesu.