Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Ponieważ napęd elektryczny jest jednym z głównych sposobów mechanizacji produkcji i prac domowych, w niektórych przypadkach konieczne staje się dostosowanie prędkości silników elektrycznych. W zależności od rodzaju i zasady działania stosowane są różne rozwiązania techniczne. Jednym z nich jest przetwornica częstotliwości. Co to jest i gdzie stosuje się chastotnik, powiemy w tym artykule.Definicja
Z definicji przetwornica częstotliwości jest elektronicznym konwerterem mocy do zmiany częstotliwości prądu przemiennego. Ale w zależności od projektu zmienia się zarówno poziom napięcia, jak i liczba faz. Może nie do końca rozumiesz, dlaczego takie urządzenie jest potrzebne, ale postaramy się o tym opowiedzieć prostymi słowami.
Częstotliwość obrotu wału silników synchronicznych i asynchronicznych (BP) zależy od częstotliwości obrotu strumienia magnetycznego stojana i jest określona wzorem:
n = (60 * F / p) * (1-S),
gdzie n jest liczbą obrotów wału tętniczego, p jest liczbą par biegunów, s jest poślizgiem, f jest częstotliwością prądu przemiennego (dla Federacji Rosyjskiej - 50 Hz).
Mówiąc prościej, prędkość wirnika zależy od częstotliwości i liczby par biegunów. Liczba par biegunów jest określona przez konstrukcję cewek stojana, a częstotliwość prądu w sieci jest stała. Dlatego, aby regulować prędkość, możemy regulować częstotliwość tylko za pomocą przetworników.
Urządzenie
W związku z powyższym ponownie formułujemy odpowiedź na pytanie, co to jest:
Przetwornica częstotliwości jest urządzeniem elektronicznym do zmiany częstotliwości prądu przemiennego, a tym samym prędkości wirnika asynchronicznej (i synchronicznej) maszyny elektrycznej.
Symbole według GOST 2.737-68 można zobaczyć poniżej:
Nazywa się to elektronicznym, ponieważ opiera się na obwodzie opartym na przełącznikach półprzewodnikowych. W zależności od cech funkcjonalnych i rodzaju sterowania, zarówno obwód elektryczny, jak i algorytm działania zostaną zmodyfikowane.
Na poniższym diagramie można zobaczyć, jak działa przetwornica częstotliwości:
Zasada działania przetwornicy częstotliwości jest następująca:
- Napięcie sieciowe jest doprowadzane do prostownika 1 i staje się prostowane pulsacyjnie.
- W bloku 2 pulsacje są wygładzane, a składnik reaktywny jest częściowo kompensowany.
- Blok 3 jest grupą przełączników mocy sterowanych przez system sterowania (4) z wykorzystaniem metody modulacji szerokości impulsu (PWM). Taka konstrukcja pozwala uzyskać na wyjściu dwupoziomowe napięcie regulowane PWM, które po wygładzeniu zbliża się do sinusoidalnego widoku. W drogich modelach zastosowano schemat trójwarstwowy, w którym używa się więcej kluczy. Pozwala to na osiągnięcie bliższego przebiegu sinusoidalnego. Jako przełączniki półprzewodnikowe można stosować tyrystory, tranzystory polowe lub tranzystory IGBT. Ostatnio dwa ostatnie typy są najbardziej poszukiwane i popularne ze względu na wydajność, niewielkie straty i wygodę zarządzania.
- Przy pomocy PWM powstaje wymagany poziom napięcia prostymi słowami - w ten sposób modulowana jest fala sinusoidalna, naprzemiennie przełączająca pary kluczy, tworząc napięcie liniowe.
Krótko opisaliśmy, jak działa przetwornica częstotliwości dla silnika elektrycznego i z czego składa się. Jest on używany jako wtórne źródło zasilania i nie kontroluje po prostu kształtu prądu sieci zasilającej, ale przekształca jego wielkość i częstotliwość zgodnie z określonymi parametrami.
Rodzaje chastotnikov i zakres
Metody kontroli
Regulacja prędkości może być wykonywana na różne sposoby, zarówno metodą ustalania wymaganej częstotliwości, jak i metodą regulacji. Metoda kontroli częstotliwości jest podzielona na dwa typy:
- Z kontrolą skalarną.
- Z kontrolą wektorową.
Urządzenia pierwszego typu regulują częstotliwość zgodnie z daną funkcją U / F, czyli napięcie zmienia się wraz z częstotliwością. Przykład tej zależności napięcia od częstotliwości można zobaczyć poniżej.
Może się różnić i być zaprogramowany dla określonego obciążenia, na przykład na wentylatorach nie jest liniowy, ale przypomina gałąź paraboli. Ta zasada działania utrzymuje stały strumień magnetyczny w szczelinie między wirnikiem a stojanem.
Cechą kontroli skalarnej jest jej rozpowszechnienie i względna łatwość implementacji. Używany najczęściej do pomp, wentylatorów i sprężarek. Takie chastotniki często używają, jeśli chcesz utrzymać stabilne ciśnienie (lub inny parametr), mogą to być pompy głębinowe do studni, jeśli weźmiemy pod uwagę zastosowanie domowe.
W produkcji zakres zastosowania jest szeroki, na przykład regulacja ciśnienia w tych samych rurociągach i wydajność automatycznych systemów wentylacyjnych. Zakres regulacji wynosi zwykle 1:10, w prostym języku maksymalna prędkość od minimum może różnić się o 10 razy. Ze względu na funkcje implementacji algorytmów i obwodów, takie urządzenia są zwykle tańsze, co jest główną zaletą.
Wady:
- Niezbyt dokładne obroty wsparcia.
- Wolniejsza reakcja na zmianę trybu.
- Najczęściej nie ma możliwości kontrolowania momentu na wale.
- Wraz ze wzrostem prędkości powyżej nominalnej, moment obrotowy na wale silnika spada (to znaczy, gdy podnosimy częstotliwość powyżej nominalnej 50 Hz).
To ostatnie wynika z faktu, że napięcie wyjściowe zależy od częstotliwości, przy częstotliwości nominalnej napięcie jest równe napięciu sieci, a powyżej „nie wie, jak podnieść”, na wykresie można zobaczyć parzystą część wykresu po 50 Hz. Należy zauważyć, a zależność momentu od częstotliwości, zgodnie z prawem 1 / f, na poniższym wykresie jest pokazana na czerwono, a zależność mocy od częstotliwości na niebiesko.
Przemienniki częstotliwości ze sterowaniem wektorowym mają inną zasadę działania, tutaj nie tylko napięcie odpowiada krzywej U / f. Charakterystyka napięcia wyjściowego zmienia się w zależności od sygnałów z czujników, dzięki czemu na wale utrzymywany jest pewien moment. Ale dlaczego potrzebujemy takiej metody kontroli? Dokładniejsza i szybsza regulacja - charakterystyczne cechy przetwornicy częstotliwości ze sterowaniem wektorowym. Jest to ważne w takich mechanizmach, w których zasada działania wiąże się z gwałtowną zmianą obciążenia i momentu ciała wykonawczego.
Takie obciążenie jest typowe dla tokarek i innych typów maszyn, w tym CNC. Dokładność sterowania wynosi do 1, 5%, zakres regulacji wynosi 1: 100, dla większej dokładności z czujnikami prędkości itp., Odpowiednio 0, 2% i 1: 10000.
Na forach panuje opinia, że dziś różnica w cenie pomiędzy handlarzami wektorów i skalarnych częstotliwości jest mniejsza niż kiedyś (15-35% w zależności od producenta), a główną różnicą jest więcej oprogramowania układowego niż obwodów. Zauważ również, że większość modeli wektorowych obsługuje sterowanie skalarne.
Korzyści:
- większa stabilność i dokładność;
- szybsza reakcja na zmiany obciążenia i wysoki moment obrotowy przy niskiej prędkości;
- szerszy zakres regulacji.
Główną wadą jest to, że jest droższy niż skalarne.
W obu przypadkach częstotliwość można ustawić ręcznie lub za pomocą czujników, na przykład czujnika ciśnienia lub przepływomierza (jeśli mówimy o pompach), potencjometru lub enkodera.
We wszystkich lub prawie wszystkich przetwornicach częstotliwości istnieje funkcja łagodnego rozruchu silnika, która ułatwia uruchamianie silników z generatorów awaryjnych, praktycznie bez ryzyka ich przeciążenia.
Liczba faz
Oprócz sposobów reagowania, chastotniki różnią się również liczbą faz na wejściu i wyjściu. Rozróżnij przetwornice częstotliwości z wejściem jednofazowym i trójfazowym.
Jednocześnie większość modeli trójfazowych może być zasilana z jednej fazy, ale przy takim zastosowaniu ich moc zmniejsza się do 30-50%. Wynika to z dopuszczalnego obciążenia prądowego diod i innych elementów obwodu mocy. Modele jednofazowe są dostępne w zakresie mocy do 3 kW.
To ważne! Należy zauważyć, że w przypadku połączenia jednofazowego z napięciem na wejściu 220V będzie 3-fazowe wyjście przy 220V, a nie przy 380V. Oznacza to, że wyjście liniowe będzie miało dokładnie 220 V, aby było krótkie. W związku z tym, wspólne silniki z uzwojeniami zaprojektowanymi dla napięcia 380/220 V muszą być połączone w trójkąt, a te w 127/220 V - w gwiazdę.
W sieci można znaleźć wiele ofert, takich jak „przetwornica częstotliwości 220 do 380” - w większości przypadków marketing, sprzedawcy nazywają dowolne trzy fazy „380V”.
Aby uzyskać rzeczywistą 380V z jednej fazy, należy albo użyć transformatora jednofazowego 220/380 (jeśli wejście przetwornicy częstotliwości jest zaprojektowane na takie napięcie), albo użyć specjalistycznej przetwornicy częstotliwości z wejściem jednofazowym i wyjściem trójfazowym 380V.
Oddzielnym i rzadszym typem przemienników częstotliwości są jednofazowe chastotniki z jednofazowym wyjściem 220. Są one przeznaczone do regulacji silników jednofazowych z uruchamianiem kondensatora. Przykładem takich urządzeń są:
- ERMAN ER-G-220-01
- INNOVERT IDD
Schemat połączeń
W rzeczywistości, aby uzyskać 3-fazowe wyjście z falownika 380V, należy podłączyć 380V do wejścia 3-fazowego:
Podłączenie chastotnika do jednej fazy jest podobne, z wyjątkiem połączenia przewodów zasilających:
Jednofazowa przetwornica częstotliwości dla silnika z kondensatorem (pompa lub wentylator małej mocy) jest podłączona zgodnie z następującym schematem:
Jak widać na diagramach, oprócz przewodów i przewodów zasilających silnik, chastotnik ma inne terminale, czujniki, przyciski zdalnego sterowania, magistrale do podłączenia do komputera (zwykle standard RS-485) i tak dalej. Umożliwia to sterowanie silnikiem za pomocą cienkich przewodów sygnałowych, co pozwala na usunięcie przetwornicy częstotliwości w panelu elektrycznym.
Chastotniki są urządzeniami uniwersalnymi, których celem jest nie tylko regulacja prędkości, ale także ochrona silnika przed niewłaściwymi trybami pracy i zasilaniem, a także przed przeciążeniem. Oprócz głównej funkcji urządzenia zapewniają płynny rozruch napędów, co zmniejsza zużycie sprzętu i obciążenie sieci energetycznej. Zasada działania i głębokość ustawiania parametrów większości przetwornic częstotliwości oszczędzają energię podczas sterowania pompami (poprzednio sterowanie odbywało się nie na podstawie wydajności pompy, ale za pomocą zaworów) i innych urządzeń.
W tym momencie kończymy rozważanie pytania. Mamy nadzieję, że po przeczytaniu artykułu stało się dla was jasne, do czego służy przetwornica częstotliwości i do czego służy. Na koniec zalecamy zapoznanie się z przydatnym filmem na ten temat:
Na pewno nie wiesz:
- Jak zmierzyć częstotliwość AC
- Jak działa rozrusznik magnetyczny
- Jak wybrać chastotnik na zasilanie i prąd