Frekvenciaváltó - típusok, működési elv, csatlakozási sémák

Bármely villanymotor forgórészét az állórész tekercsében lévő forgó elektromágneses tér által keltett erők hajtják. Sebességét általában az elektromos hálózat ipari frekvenciája határozza meg.

50 hertzes szabványértéke ötven rezgési periódusra utal egy másodperc alatt. Egy perc alatt a számuk 60-szorosára nő, és 50×60 = 3000 fordulat. A forgórész ugyanannyiszor forog az alkalmazott elektromágneses tér hatására.

Ha megváltoztatja az állórészre alkalmazott hálózati frekvencia értékét, akkor beállíthatja a forgórész és a hozzá csatlakoztatott hajtás forgási sebességét. Ez az elv az elektromos motorok vezérlésének alapja.

A frekvenciaváltók típusai

Tervezés szerint a frekvenciaváltók a következők:

1. indukciós típus;

2. elektronikus.

Gyártott aszinkron motorok séma szerint fázisrotorral és generátor üzemmódban indultak, az első típus képviselői. Működés közben alacsony hatásfokkal rendelkeznek, és alacsony hatásfok jellemzi őket.Ezért nem találtak széles körű alkalmazást a gyártásban, és rendkívül ritkán használják.

Az elektronikus frekvenciaátalakítási módszer lehetővé teszi az aszinkron és a szinkron gépek zökkenőmentes fordulatszám-szabályozását. Ebben az esetben a két szabályozási elv egyike alkalmazható:

1. A forgási sebesség frekvenciától (V / f) való függésének előre meghatározott jellemzője szerint;

2. vektorszabályozási módszer.

Az első módszer a legegyszerűbb és kevésbé tökéletes, a második pedig a kritikus ipari berendezések forgási sebességének pontos szabályozására szolgál.

A frekvenciakonverziós vektorvezérlés jellemzői

A különbség e módszer között a kölcsönhatás, az átalakító vezérlőberendezésének a forgórész frekvenciájával forgó mágneses fluxus térvektorára gyakorolt ​​hatása.

Az ezen az elven működő konverterek algoritmusai kétféleképpen jönnek létre:

1. érzékelő nélküli vezérlés;

2. áramlásszabályozás.

Az első módszer a sorozatok váltakozásától való bizonyos függőség meghatározásán alapul impulzusszélesség moduláció (PWM) inverter előre beállított algoritmusokhoz. Ebben az esetben a konverter kimeneti feszültségének amplitúdóját és frekvenciáját a csúszóáram és a terhelés szabályozza, de a forgórész fordulatszámának visszacsatolása nélkül.

Ezt a módszert több, a frekvenciaváltóval párhuzamosan kapcsolt villanymotor vezérlésére használják.A fluxusszabályozás magában foglalja a motoron belüli üzemi áramok figyelését, azok aktív és reaktív komponensekre való felbomlását, valamint az átalakító működésének beállítását a kimeneti feszültségvektorok amplitúdójának, frekvenciájának és szögének beállításához.

Ez javítja a motor pontosságát és növeli a beállítási határokat. Az áramlásszabályozás alkalmazása kiterjeszti az alacsony fordulatszámon, nagy dinamikus terhelés mellett működő hajtások, például daruemelők vagy ipari tekercselőgépek képességeit.

A vektoros technológia alkalmazása lehetővé teszi a dinamikus nyomatékszabályozás megvalósítását háromfázisú aszinkron motorok. 

Egyenértékű áramkör

Az indukciós motor egyszerűsített elektromos áramköre a következőképpen ábrázolható.

Az állórész tekercsekre u1 feszültség vonatkozik, amelyeknek aktív ellenállása R1 és induktív ellenállása X1. Az Xv légrés ellenállását leküzdve a forgórész tekercsévé alakul, és olyan áramot hoz létre benne, amely legyőzi az ellenállását.

Egy vektoráramkör ekvivalens áramköre

Felépítése segít megérteni az indukciós motorban lezajló folyamatokat.

Az állórész áramának energiája két részre oszlik:

• iµ – áramlásképző válaszfal;

• iw – nyomatékgeneráló komponens.

Ebben az esetben a forgórész csúszásfüggő aktív ellenállással rendelkezik R2 / s.

Érzékelő nélküli vezérlés esetén a következőket mérik:

• feszültség u1;

• jelenlegi i1.

Értékeik alapján kiszámítják:

• iµ – az áramlást alkotó áramlási komponens;

• iw – értéket előállító nyomaték.

A számítási algoritmus immár egy indukciós motor elektronikus ekvivalens áramkörét tartalmazza áramszabályozókkal, amely figyelembe veszi az elektromágneses tér telítési viszonyait és az acél mágneses energiaveszteségét.

Az áramvektorok mindkét szögben és amplitúdójában eltérő komponense a forgórész koordinátarendszerével együtt forog, és állórész-tájoló rendszerré válik.

Ezen elv szerint a frekvenciaváltó paramétereit az aszinkronmotor terhelése szerint állítják be.

A frekvenciaváltó működési elve

Ez az inverternek is nevezett eszköz a hálózati tápegység hullámformájának kétszeres megváltoztatásán alapul.

Kezdetben az ipari feszültséget egy egyenirányítóba táplálják erős diódákkal, amelyek eltávolítják a szinuszos harmonikusokat, de hagyják a jel hullámzását. Eltávolításukhoz egy induktivitású (LC-szűrő) kondenzátortelepet biztosítanak, amely stabil, simított formát biztosít az egyenirányított feszültségnek.

A jel ezután a frekvenciaváltó bemenetére kerül, amely egy háromfázisú, hatból álló hídáramkör teljesítménytranzisztorok IGBT vagy MOSFET sorozat fordított polaritású feszültségvédő diódákkal. A korábban erre a célra használt tirisztorok nem rendelkeznek megfelelő sebességgel és nagy zavarokkal működnek.

A motor "fék" üzemmódjának bekapcsolásához az áramkörbe egy vezérelt tranzisztor telepíthető, erős ellenállással, amely energiát disszipál. Ez a technika lehetővé teszi a motor által generált feszültség eltávolítását, hogy megvédje a szűrőkondenzátorokat a túltöltéstől és a károsodástól.

Az átalakító vektorfrekvencia-szabályozási módszere lehetővé teszi olyan áramkörök létrehozását, amelyek az ACS-rendszerekből származó jelek automatikus vezérlését végzik. Ehhez egy irányítási rendszert használnak:

1. amplitúdó;

2. PWM (impulzusszélesség-szimuláció).

Az amplitúdószabályozási módszer a bemeneti feszültség változtatásán, a PWM pedig a teljesítménytranzisztorok állandó bemeneti feszültség melletti kapcsolási algoritmusán alapul.

A PWM szabályozással egy jelmodulációs periódus jön létre, amikor az állórész tekercset szigorú sorrendben csatlakoztatják az egyenirányító pozitív és negatív kapcsaihoz.

Mivel a generátor órafrekvenciája meglehetősen magas, ezért az induktív ellenállású villanymotor tekercsében normál szinuszos hullámra simítják.

A PWM szabályozási módszerek maximalizálják az energiaveszteségek kiküszöbölését és magas konverziós hatékonyságot biztosítanak a frekvencia és amplitúdó egyidejű szabályozásának köszönhetően. Elérhetővé váltak a GTO sorozatú teljesítményzárolt tirisztoros vezérlési technológiák vagy a szigetelt kapus IGBT tranzisztorok bipoláris márkáinak fejlesztése miatt.

A háromfázisú motor vezérléséhez való felvételük elve a képen látható.

A hat IGBT mindegyike antipárhuzamos áramkörben van csatlakoztatva a saját fordított áramú diódájához. Ebben az esetben az indukciós motor aktív árama minden tranzisztor áramkörén áthalad, reaktív komponense pedig a diódákon keresztül van irányítva.

A külső elektromos zajnak az inverter és a motor működésére gyakorolt ​​hatásának kiküszöbölése érdekében a frekvenciaváltó áramköre tartalmazhat zajcsökkentő szűrőfelszámolás:

• rádióinterferencia;

• a működő berendezések által okozott elektromos kisülések.

Ezeket a vezérlő jelzi, és a motor és az inverter kimeneti kapcsai között árnyékolt huzalozás történik az ütés csökkentése érdekében.

Az aszinkron motorok működési pontosságának javítása érdekében a frekvenciaváltók vezérlőáramköre a következőket tartalmazza:

• kommunikációs bemenet fejlett interfész-képességekkel;

• beépített vezérlő;

• Memóriakártya;

• szoftver;

• információs LED kijelző, amely a fő kimeneti paramétereket mutatja;

• fékcsopper és beépített EMC szűrő;

• áramköri hűtési rendszer, amely a megnövelt erőforrások ventilátorainak fújásán alapul;

• a motor egyenárammal történő fűtésének funkciója és néhány egyéb lehetőség.

Működési kapcsolási rajzok

A frekvenciaváltókat úgy tervezték, hogy egyfázisú vagy háromfázisú hálózatokkal működjenek. Ha azonban vannak ipari egyenáram-források, amelyek feszültsége 220 V, akkor az inverterek táplálhatók belőlük.

A háromfázisú modelleket 380 voltos hálózati feszültségre tervezték, és azt az elektromos motorhoz táplálják. Az egyfázisú inverterek 220 voltos tápfeszültséggel rendelkeznek, és három fázist adnak ki időben elosztva.

A frekvenciaváltó csatlakoztatási sémája a motorhoz a következő sémák szerint hajtható végre:

• csillagok;

• háromszög.

A motor tekercseit egy "csillagba" szerelik össze az átalakító számára, amelyet egy háromfázisú, 380 voltos hálózat táplál.

A "delta" séma szerint a motor tekercseit akkor szerelik össze, amikor az áramváltót egyfázisú 220 voltos hálózathoz csatlakoztatják.

Az elektromos motor frekvenciaváltóhoz való csatlakoztatásának módjának kiválasztásakor ügyelni kell arra a teljesítményarányra, amelyet egy működő motor minden üzemmódban képes létrehozni, beleértve a lassú, terhelt indítást is, az inverter képességeivel.

A frekvenciaváltót nem lehet folyamatosan túlterhelni, és a kimeneti teljesítményének kis tartaléka biztosítja a hosszú távú és problémamentes működést.