Regulacija s frekvenčnim pogonom omogoča s pomočjo posebnega pretvornika prilagodljivo spreminjanje načinov delovanja elektromotorja: zagon, ustavitev, pospeševanje, zaviranje, spreminjanje hitrosti vrtenja.
Spreminjanje frekvence napajalne napetosti povzroči spremembo kotne hitrosti magnetno polje stator. Ko se frekvenca zmanjša, se motor zmanjša in zdrs poveča.
Načelo delovanja pogonskega frekvenčnega pretvornika
Glavna pomanjkljivost asinhronih motorjev je težava pri nadzoru hitrosti tradicionalne načine: spreminjanje napajalne napetosti in vnos dodatnega upora v tokokrog navitja. Frekvenčni pogon elektromotorja je naprednejši. Do nedavnega so bili pretvorniki dragi, vendar je pojav IGBT tranzistorjev in mikroprocesorskih krmilnih sistemov tujim proizvajalcem omogočil ustvarjanje cenovno dostopnih naprav. Najnaprednejši zdaj so statični
Kotna hitrost magnetnega polja statorja ω 0 se spreminja sorazmerno s frekvenco ƒ 1 v skladu s formulo:
ω 0 = 2π׃ 1 /p,
kjer je p število parov polov.
Metoda zagotavlja nemoten nadzor hitrosti. V tem primeru se drsna hitrost motorja ne poveča.
Da bi dosegli visoko energijsko učinkovitost motorja - izkoristek, faktor moči in preobremenitveno zmogljivost, se skupaj s frekvenco napajalna napetost spreminja v skladu z določenimi odvisnostmi:
- navor konstantne obremenitve - U 1 / ƒ 1 = const;
- ventilatorski značaj obremenitvenega momenta - U 1 / ƒ 1 2 = const;
- navor obremenitve, obratno sorazmeren s hitrostjo - U 1 /√ ƒ 1 = konst.
Te funkcije se izvajajo s pomočjo pretvornika, ki hkrati spreminja frekvenco in napetost na statorju motorja. Električna energija se prihrani z regulacijo z uporabo zahtevanih tehnoloških parametrov: tlak črpalke, zmogljivost ventilatorja, hitrost podajanja stroja itd. V tem primeru se parametri spreminjajo gladko.
Metode frekvenčne regulacije asinhronih in sinhronih elektromotorjev
V frekvenčnem pogonu na osnovi asinhronskih motorjev z kletkasti rotor Uporabljata se dva načina krmiljenja - skalarni in vektorski. V prvem primeru se amplituda in frekvenca napajalne napetosti hkrati spremenita.
To je potrebno za vzdrževanje delovnih lastnosti motorja, najpogosteje konstantnega razmerja njegovega največjega navora do momenta upora na gredi. Zaradi tega učinkovitost in faktor moči ostaneta nespremenjena v celotnem območju vrtenja.
Vektorsko krmiljenje je sestavljeno iz hkratnega spreminjanja amplitude in faze toka na statorju.
Vrsta frekvenčnega pretvornika deluje le, če lahke obremenitve, z rastjo višje sprejemljive vrednosti sinhronost je lahko motena.
Prednosti frekvenčnega pretvornika
Frekvenčna regulacija ima v primerjavi z drugimi metodami celo vrsto prednosti.
- Avtomatizacija delovanja motorjev in proizvodnih procesov.
- Gladek zagon, odpravljanje tipičnih napak, ki se pojavijo med pospeševanjem motorja. Povečanje zanesljivosti frekvenčnih pretvornikov in opreme z zmanjšanjem preobremenitev.
- Povečana učinkovitost delovanja in splošna zmogljivost pogona.
- Ustvarjanje konstantne hitrosti motorja ne glede na naravo obremenitve, kar je pomembno med prehodnimi procesi. Uporaba povratne zveze omogoča vzdrževanje konstantne vrtilne frekvence motorja pri različnih motečih vplivih, zlasti pri spremenljivih obremenitvah.
- Pretvorniki se enostavno vključijo v obstoječe tehnični sistemi brez bistvenih predelav in ustavljanja tehnoloških procesov. Razpon zmogljivosti je velik, a z njihovo večanjem se cene močno zvišajo.
- Sposobnost opustitve variatorjev, menjalnikov, dušilk in druge krmilne opreme ali razširitev obsega njihove uporabe. Posledica tega so znatni prihranki energije.
- Odprava škodljivih vplivov prehodnih procesov na tehnološka oprema, kot je vodni udar ali povečan tlak tekočine v cevovodih z zmanjšanjem njene porabe ponoči.
Napake
Kot vsi pretvorniki so tudi frekvenčni pretvorniki viri motenj. Namestiti morajo filtre.
Vrednosti blagovne znamke so visoke. Z večanjem moči naprav se občutno poveča.
Frekvenčni nadzor pri transportu tekočin
V objektih, kjer črpajo vodo in druge tekočine, se regulacija pretoka večinoma izvaja z zasunki. Trenutno je obetavna smer uporaba frekvenčni pogončrpalko ali ventilator, ki poganja njihove lopatice.
Aplikacija frekvenčni pretvornik kot alternativa dušilni loputi zagotavlja učinek varčevanja z energijo do 75 %. Ventil, ki zadržuje pretok tekočine, ne opravlja koristnega dela. Hkrati se poveča izguba energije in snovi med njegovim transportom.
Frekvenčni pretvornik omogoča podporo potrošniku stalen pritisk ko se spremeni pretok tekočine. Signal se pošlje iz senzorja tlaka v pogon, ki spremeni število vrtljajev motorja in s tem uravnava njegovo število vrtljajev, pri čemer ohranja dani pretok.
Črpalne enote se krmilijo s spreminjanjem njihove zmogljivosti. Poraba energije črpalke je kubična funkcija zmogljivosti ali hitrosti vrtenja kolesa. Če se hitrost zmanjša za 2-krat, se bo zmogljivost črpalke zmanjšala za 8-krat. Če imate dnevni razpored porabe vode, lahko določite prihranke energije za to obdobje, če upravljate frekvenčni pretvornik. Zaradi tega je možno avtomatizirati črpališče in s tem optimizirati pritisk vode v omrežjih.
Delovanje prezračevalnih in klimatskih sistemov
Največji pretok zraka v prezračevalnih sistemih ni vedno potreben. Pogoji delovanja lahko zahtevajo zmanjšano zmogljivost. Tradicionalno se za to uporablja dušenje, ko je hitrost kolesa konstantna. Zaradi variabilnega frekvenčnega pogona je bolj priročno spreminjati pretok zraka, ko je sezonsko in podnebne razmere, sproščanje toplote, vlage, hlapov in škodljivih plinov.
Prihranki energije v prezračevalnih in klimatskih sistemih niso nižji kot v črpalnih postajah, saj je poraba energije vrtenja gredi kubična funkcija hitrosti.
Naprava za frekvenčni pretvornik
Sodobni frekvenčni pretvornik je zasnovan z dvojnim pretvorniškim vezjem. Sestavljen je iz usmernika in impulznega pretvornika s krmilnim sistemom.
Po popravljanju omrežne napetosti se signal zgladi s filtrom in dovede do razsmernika s šestimi tranzistorskimi stikali, kjer je vsako od njih povezano s statorskimi navitji asinhronega elektromotorja. Blok pretvori popravljeni signal v trifazni signal zahtevane frekvence in amplitude. Močnostni IGBT tranzistorji v izhodnih stopnjah imajo visoko preklopno frekvenco in zagotavljajo jasen kvadratni signal brez popačenj. Zaradi filtrirnih lastnosti navitij motorja ostane oblika tokovne krivulje na njihovem izhodu sinusna.
Metode prilagajanja amplitude signala
Vrednost izhodne napetosti se regulira na dva načina:
- Amplituda - sprememba vrednosti napetosti.
- Modulacija širine impulza je metoda pretvorbe impulznega signala, pri kateri se njegovo trajanje spremeni, frekvenca pa ostane nespremenjena. Tu je moč odvisna od širine impulza.
Druga metoda se najpogosteje uporablja v povezavi z razvojem mikroprocesorske tehnologije. Sodobni pretvorniki so izdelani na osnovi izklopnih GTO tiristorjev ali IGBT tranzistorjev.
Zmogljivosti in aplikacije pretvornikov
Frekvenčni pretvornik ima veliko zmogljivosti.
- Regulacija frekvence trifazne napajalne napetosti od nič do 400 Hz.
- Pospeševanje ali zaviranje elektromotorja od 0,01 sek. do 50 min. po danem zakonu časa (običajno linearno). Med pospeševanjem je možno ne samo zmanjšati, ampak tudi povečati dinamični in začetni navor do 150%.
- Vzvratno premikanje motorja z določenimi načini zaviranja in pospeševanja do želene hitrosti v drugo smer.
- Pretvorniki imajo nastavljivo elektronsko zaščito pred kratkimi stiki, preobremenitvami, puščanjem tal in odprtimi električnimi vodi motorja.
- Digitalni zasloni pretvornikov prikazujejo podatke o njihovih parametrih: frekvenca, napajalna napetost, hitrost, tok itd.
- Pretvorniki prilagodijo napetostno-frekvenčne karakteristike glede na potrebno obremenitev motorjev. Funkcije krmilnih sistemov, ki temeljijo na njih, zagotavljajo vgrajeni krmilniki.
- Pri nizkih frekvencah je pomembno, da uporabite vektorsko krmiljenje, ki vam omogoča delo s polnim navorom motorja, vzdrževanje konstantne hitrosti pri spremembi obremenitev in nadzor navora na gredi. Frekvenčni pretvornik deluje dobro, če so podatki na imenski tablici motorja pravilno vneseni in po uspešnem testiranju. Znani izdelki podjetij HYUNDAI, Sanyu itd.
Področja uporabe pretvornikov so naslednja:
- črpalke v sistemih za oskrbo s toplo in hladno vodo ter toploto;
- črpalke za gnojevko, pesek in celulozo predelovalnih obratov;
- transportni sistemi: transporterji, valjčne mize in druga sredstva;
- mešalniki, mlini, drobilniki, ekstruderji, dozirniki, podajalniki;
- centrifuge;
- dvigala;
- metalurška oprema;
- oprema za vrtanje;
- električni pogoni obdelovalnih strojev;
- oprema za bagre in žerjave, mehanizmi za manipulatorje.
Proizvajalci frekvenčnih pretvornikov, ocene
Domači proizvajalec je že začel proizvajati izdelke, ki so po kakovosti in ceni primerni za uporabnike. Prednost je možnost hitre pridobitve želene naprave ter podrobno svetovanje pri nastavitvi.
Podjetje "Effective Systems" proizvaja serijske izdelke in pilotne serije opreme. Izdelki se uporabljajo za gospodinjstvo, mala podjetja in industrijo. Proizvajalec "Vesper" proizvaja sedem serij pretvornikov, med katerimi so večnamenski, primerni za večino industrijskih mehanizmov.
Vodja v proizvodnji frekvenčnih pretvornikov je dansko podjetje Danfoss. Njeni izdelki se uporabljajo v sistemih prezračevanja, klimatizacije, oskrbe z vodo in ogrevanja. Finsko podjetje Vacon, ki je del danske družbe, proizvaja modularne zasnove, iz katerega lahko sestavite potrebne naprave brez nepotrebnih delov, kar vam omogoča prihranek na komponentah. Znani so tudi pretvorniki mednarodnega koncerna ABB, ki se uporabljajo v industriji in vsakdanjem življenju.
Sodeč po pregledih lahko za reševanje preprostih tipičnih težav uporabite poceni domače pretvornike, za zapletene pa potrebujete blagovno znamko z bistveno več nastavitvami.
Zaključek
Frekvenčni pretvornik krmili elektromotor s spreminjanjem frekvence in amplitude napajalne napetosti, hkrati pa ga ščiti pred okvarami: preobremenitvami, kratkimi stiki, prekinitve napajalnega omrežja. Ti opravljajo tri glavne funkcije, povezane s pospeševanjem, zaviranjem in hitrostjo motorjev. To omogoča povečanje učinkovitosti opreme na številnih področjih tehnologije.
Trenutno je asinhroni elektromotor postal glavna naprava v večini električnih pogonov. Vse pogosteje se za krmiljenje uporablja pretvornik s krmiljenjem PWM. Takšno upravljanje daje veliko prednosti, povzroča pa tudi težave pri izbiri določenih tehničnih rešitev. Poskusimo jih podrobneje razumeti.
Naprava za frekvenčni pretvornik
Razvoj in proizvodnja široke palete močnostnih visokonapetostnih tranzistorskih IGBT modulov je omogočila implementacijo večfaznih močnostnih stikal, ki jih neposredno krmilijo digitalni signali. Programirljiva računalniška orodja so omogočila generiranje numeričnih zaporedij na vhodih stikal, ki dajejo signale. Razvoj in množična proizvodnja enočipnih mikrokontrolerjev z velikimi računalniškimi viri sta omogočila prehod na servo električne pogone z digitalnimi krmilniki.
Pretvorniki močnostne frekvence so praviloma izvedeni po vezju, ki vsebuje usmernik z močnimi močnostnimi diodami ali tranzistorji in pretvornik (krmiljeno stikalo) z uporabo IGBT tranzistorjev, šuntiranih z diodami (slika 1).
riž. 1. Vezje frekvenčnega pretvornika
Vhodna stopnja usmerja dovedeno sinusno omrežno napetost, ki po izravnavi z induktivno-kapacitivnim filtrom služi kot vir napajanja za krmiljen pretvornik, ki pod delovanjem digitalnih krmilnih ukazov generira signal c, ki generira sinusne tokove v statorskih navitjih s parametri, ki zagotavljajo zahtevani način delovanja elektromotorja.
Digitalno krmiljenje močnostnega pretvornika se izvaja z mikroprocesorsko strojno in programsko opremo, ki ustreza dodeljenim nalogam. Računalniška naprava v realnem času generira krmilne signale za 52 modulov, obdeluje pa tudi signale merilnih sistemov, ki nadzorujejo delovanje pogona.
Napajalne naprave in krmilne računalniške naprave so združene v strukturno oblikovan industrijski izdelek, imenovan frekvenčni pretvornik.
IN industrijska oprema Uporabljata se dve glavni vrsti frekvenčnih pretvornikov:
pretvorniki blagovnih znamk za posebne vrste opreme.
univerzalni frekvenčni pretvorniki so zasnovani za večnamensko kontrolo delovanja IM v načinih, ki jih določi uporabnik.
Namestitev in nadzor načinov delovanja frekvenčnega pretvornika je mogoče izvesti s pomočjo nadzorne plošče, opremljene z zaslonom za prikaz vnesenih informacij. IN preprosta različica Za skalarno krmiljenje frekvence lahko uporabite nabor preprostih logičnih funkcij, ki so na voljo v tovarniških nastavitvah regulatorja, in vgrajen PID regulator.
Za izvedbo bolj zapletenih načinov krmiljenja z uporabo signalov povratnih senzorjev je potrebno razviti strukturo ACS in algoritem, ki ga je treba programirati s povezanim zunanjim računalnikom.
Večina proizvajalcev proizvaja vrsto frekvenčnih pretvornikov, ki se razlikujejo po vhodu in izhodu električne lastnosti, moč, dizajn in drugi parametri. Za povezavo z zunanjo opremo (napajalnik, motor) lahko uporabite dodatne zunanje elemente: magnetni zaganjalniki, transformatorji, dušilke.
Vrste krmilnih signalov
Treba je razlikovati med različnimi vrstami signalov in za vsako od njih uporabiti ločen kabel. Različne vrste signali lahko vplivajo drug na drugega. V praksi se takšna ločitev pogosto pojavlja, na primer, kabel iz lahko priključite neposredno na frekvenčni pretvornik.
riž. 2. Primer povezovanja močnostnih in krmilnih vezij frekvenčnega pretvornika
Razlikujemo lahko naslednje vrste signalov:
analogni - napetostni ali tokovni signali (0...10 V, 0/4...20 mA), katerih vrednost se spreminja počasi ali redko, običajno so to krmilni ali merilni signali;
diskretni napetostni ali tokovni signali (0 ... 10 V, 0/4 ... 20 mA), ki lahko sprejmejo samo dve redko spreminjajoči se vrednosti (visoke ali nizke);
digitalni (podatkovni) - napetostni signali (0...5 V, 0...10 V), ki se spreminjajo hitro in z visoko frekvenco, običajno so to signali iz vrat RS232, RS485 itd.;
rele - kontakti releja (0...220 V AC) lahko vključuje induktivne tokove glede na priključeno breme (zunanji releji, svetilke, ventili, zavorne naprave itd.).
Izbira moči frekvenčnega pretvornika
Pri izbiri moči frekvenčnega pretvornika je treba izhajati ne samo iz moči elektromotorja, ampak tudi iz nazivnih tokov in napetosti pretvornika in motorja. Dejstvo je, da navedena moč frekvenčnega pretvornika velja le za njegovo delovanje s standardnim 4-polnim asinhronim elektromotorjem v standardnih aplikacijah.
Pravi pogoni imajo veliko vidikov, ki lahko povzročijo povečanje trenutne obremenitve pogona, na primer med zagonom. Na splošno uporaba frekvenčnega pretvornika omogoča zmanjšanje tokovnih in mehanskih obremenitev zaradi mehkega zagona. Na primer, začetni tok se zmanjša s 600% na 100-150% nazivne vrednosti.
Delovanje pogona pri zmanjšani hitrosti
Ne smemo pozabiti, da čeprav frekvenčni pretvornik zlahka zagotavlja nadzor hitrosti 10: 1, ko motor deluje pri nizkih vrtljajih, moč lastnega ventilatorja morda ne bo zadostovala. Potrebno je spremljati temperaturo motorja in zagotoviti prisilno prezračevanje.
Elektromagnetna združljivost
Ker je frekvenčni pretvornik močan vir visokofrekvenčnih harmonikov, je treba za povezavo motorjev uporabiti oklopljen kabel minimalne dolžine. Tak kabel mora biti položen na razdalji najmanj 100 mm od ostalih kablov. To zmanjša motnje. Če morate prečkati kable, se prečkanje izvede pod kotom 90 stopinj.
Napajanje iz zasilnega generatorja
Mehki zagon, ki ga zagotavlja frekvenčni pretvornik, vam omogoča zmanjšanje potrebne moči generatorja. Ker se s takim zagonom tok zmanjša za 4-6 krat, se lahko moč generatorja zmanjša za podobno število krat. Toda vseeno mora biti med generatorjem in pogonom nameščen kontaktor, ki ga krmili relejni izhod frekvenčnega pogona. To ščiti frekvenčni pretvornik pred nevarnimi prenapetostmi.
Trifazni pretvornik napajanja iz enofazno omrežje
Trifazni frekvenčni pretvorniki se lahko napajajo iz enofaznega omrežja, vendar njihov izhodni tok ne sme presegati 50% nazivnega toka.
Varčevanje z energijo in denarjem
Prihranki nastanejo iz več razlogov. Prvič, zaradi rasti na vrednosti 0,98, tj. največja moč se porabi za opravljanje koristnega dela, najmanjša gre v izgube. Drugič, koeficient, ki je blizu tega, dobimo v vseh načinih delovanja motorja.
Brez frekvenčnega pretvornika imajo asinhroni motorji pri nizkih obremenitvah kosinus phi 0,3-0,4. Tretjič, ni potrebe po dodatnih mehanskih nastavitvah (lopute, plini, ventili, zavore itd.), vse poteka elektronsko. S tako krmilno napravo lahko prihranek doseže 50 %.
Sinhronizirajte več naprav
Zaradi dodatnih krmilnih vhodov frekvenčnega pretvornika je možno sinhronizirati procese na transporterju ali nastaviti razmerje sprememb nekaterih količin v odvisnosti od drugih. Hitrost vrtenja vretena stroja na primer naredite odvisno od hitrosti podajanja rezkarja. Postopek bo optimiziran, ker ko se obremenitev rezalnika poveča, se pomik zmanjša in obratno.
Zaščita omrežja pred višjimi harmoniki
Za dodatno zaščito se poleg kratkih oklopljenih kablov uporabljajo tudi omrežne dušilke in kondenzatorji. , poleg tega omejuje trenutni val, ko je vklopljen.
Izbira pravega razreda zaščite
Za nemoteno delovanje frekvenčnega pretvornika je potreben zanesljiv hladilnik. Če uporabljate visoke zaščitne razrede, na primer IP 54 in višje, je takšno odvajanje toplote težko ali drago doseči. Zato lahko uporabite ločeno omarico z visoki razred zaščito, kam namestiti module z nižjim razredom in implement splošno prezračevanje in hlajenje.
Vzporedna vezava elektromotorjev na en frekvenčni pretvornik
Zaradi znižanja stroškov lahko z enim frekvenčnim pretvornikom krmilimo več elektromotorjev. Njegovo moč je treba izbrati z rezervo 10-15%. skupna moč vsi elektromotorji. V tem primeru je treba čim bolj zmanjšati dolžino kablov motorja in zelo priporočljivo je namestiti dušilko motorja.
Večina frekvenčnih pretvornikov ne dovoljuje odklopa ali priklopa motorjev s kontaktorji med delovanjem frekvenčnega pretvornika. To je mogoče storiti samo z ukazom za zaustavitev pogona.
Nastavitev krmilne funkcije
Za pridobitev maksimalnih kazalnikov zmogljivosti električnega pogona, kot so: faktor moči, koeficient koristno dejanje, preobremenitvena zmogljivost, gladkost regulacije, vzdržljivost, morate pravilno izbrati razmerje med spremembo delovne frekvence in napetostjo na izhodu frekvenčnega pretvornika.
Funkcija spremembe napetosti je odvisna od narave navora obremenitve. Pri konstantnem vrtilnem momentu mora biti napetost na statorju elektromotorja regulirana sorazmerno s frekvenco (skalarna regulacija U/F = const). Za ventilator je na primer drugo razmerje U/F*F = const. Če povečamo frekvenco za 2-krat, potem je treba napetost povečati za 4-krat (vektorska regulacija). Obstajajo pogoni z bolj zapletenimi krmilnimi funkcijami.
Prednosti uporabe nastavljivega električnega pogona s frekvenčnim pretvornikom
Razen povečanje učinkovitosti in varčevanje z energijo vam takšen električni pogon omogoča pridobitev novih krmilnih lastnosti. To se izraža v zavrnitvi dodatnih mehanskih naprav, ki ustvarjajo izgube in zmanjšujejo zanesljivost sistemov: zavore, blažilniki, dušilke, ventili, krmilni ventili itd. Zaviranje, na primer, je mogoče doseči z obratnim vrtenjem elektromagnetnega polja v statorju elektromotorja. S spremembo samo funkcionalnega razmerja med frekvenco in napetostjo dobimo drugačen pogon, ne da bi spremenili karkoli v mehaniki.
Branje dokumentacije
Treba je opozoriti, da čeprav so frekvenčni pretvorniki podobni drug drugemu in ko obvladate enega, je drugega enostavno razumeti, vendar je treba skrbno prebrati dokumentacijo. Nekateri proizvajalci uvedejo omejitve pri uporabi svojih izdelkov in če jih kršijo, bodo izdelek odstranili iz garancije.
Trenutno je na ruskem trgu zastopanih na desetine blagovnih znamk nizkonapetostnih frekvenčnih pretvornikov iz tujine in tujih držav. Ruski proizvajalci. Med njimi so vodilna evropska podjetja: Siemens, ABB, SEW Eurodrive, Control Techniques (Emerson Corporation), Schneider Electric, Danfoss, K.E.B., Lenze, Allen-Breadly (Rockwell Automation Corporation), Bosch Rexroth. Izdelki teh proizvajalcev so široko zastopani in obstaja obsežna trgovska mreža. Zaenkrat so manj znani izdelki podjetij iz Evrope, kot so Emotron, Vacon, SSD Drives (Parker Corporation), Elettronica Santerno. Obstajajo tudi izdelki ameriških proizvajalcev - General Electric Corporation, AC Technology International (del koncerna Lenze) in WEG (Brazilija).
Resna konkurenca evropskim in Ameriški proizvajalci sestavljajo podjetja iz Azije. Najprej so to podjetja iz Japonske: Mitsubishi Electric, Omron-Yaskawa, Panasonic, Hitachi, Toshiba, Fuji Electric. Korejske in tajvanske blagovne znamke so široko zastopane - LG Industrial Systems, HYUNDAI Electronics, Delta Electronics, Tecorp, Long Shenq Electronic, Mecapion.
Med domači proizvajalci najbolj znano je podjetje Vesper. Opazite lahko tudi specializirane pretvornike blagovnih znamk ACh, EPV (JSC Elektroapparat), REN2K ali REMS (MKE).
Večina proizvajalcev ponuja frekvenčne pretvornike, ki lahko delujejo v odprti zanki in zaprta zanka krmiljenje (vektorsko krmiljenje), z nizi programabilnih vhodov in izhodov, z vgrajenim PID regulatorjem. Tudi v najcenejših korejskih ali tajvanskih frekvenčnih pretvornikih najdete tako imenovane brezsenzorske, tj. brez senzorja položaja rotorja, vektorski način delovanja. Nadzorno območje je lahko 1:50.
Vodilni proizvajalci pa ponujajo naprednejši vektorski način krmiljenja brez povratnega senzorja, ki temelji na naprednih krmilnih algoritmih. Eden od pionirjev na tem področju je bil ABB, ki je predlagal DTR (Direct torque control) – metodo nadzora hitrosti in navora brez povratnega senzorja. Angleško podjetje Control Techniques je uvedlo način krmiljenja pretoka rotorja (RFC) brez uporabe povratnega senzorja, ki vam omogoča nadzor navora z natančnostjo, ki zadostuje za večino nalog, razširite nadzorno območje na 100, zagotovite visoko natančnost vzdrževanja hitrosti pri nizkih vrtljajih in doseči enak preobremenitveni tok kot v načinih zaprte zanke.
Veliki proizvajalci ponujajo večnamenske naprave s celo vrsto možnosti (razširitveni moduli, zavorni upori, vgrajeni krmilniki, filtri, dušilke itd.) ali jih opremijo s CNC sistemi ali krmilniki gibanja.
Vse pogosteje lahko opazite uporabo pogona v regenerativnem načinu, tj. z možnostjo vračanja pri zaviranju sproščene energije nazaj v omrežje (dvigala, tekoče stopnice, žerjavi). Običajno se za to uporablja specializiran pogon z nadzorovanim usmernikom. Vodilna podjetja, kot je Control Techniques, ponujajo regeneracijo kot enega od načinov delovanja frekvenčnega pretvornika Unidrive SP, s čimer dosegajo znatne prihranke energije in visoka učinkovitost sistemi.
Opisani razpon omogoča inženirju izbiro ustreznega frekvenčnega pretvornika s široko paleto vgrajenih funkcij in programov. Hkrati vodilne evropske blagovne znamke, na primer iz Velike Britanije in Nemčije, uspešno tekmujejo s ceno z večjo funkcionalnostjo in kakovostjo.
Predstavljamo vam opis nekaterih izdelkov, ki so na voljo na ruskem trgu. Informacije o dobaviteljih najdete na naši spletni strani:
Rockwell Automation, nesporni vodja na trgu električne energije, je izdal novo serijo pogonov s spremenljivo frekvenco Allen-Bradley® PowerFlex® z močjo od 0,25 kW do 6770 kW. Nova visoko učinkovita serija združuje kompaktno zasnovo s širokim funkcionalnost in odlične zmogljivosti. Uporablja se v prehrambeni, papirni, tekstilni industriji, kovinski, lesni, črpalni in prezračevalni opremi itd. Paleta vsebuje dva razreda pogonov – komponentne in arhitekturne. Modeli iz razreda Component so zasnovani za reševanje standardnih krmilnih nalog, pogoni razreda Architectural pa se zaradi prilagodljivih konfiguracijskih sprememb enostavno prilagajajo in integrirajo v krmilne sisteme različne energetske opreme. Vsi modeli ponujajo izjemne komunikacijske zmogljivosti, širok nabor operaterskih plošč in orodij za programiranje, kar močno olajša delovanje in pospeši zagon opreme.
PowerFlex® 4
Pogon Powerflex 4 je najkompaktnejši in najcenejši član te družine. Idealna naprava za nadzor hitrosti, ta model zagotavlja vsestranskost, hkrati pa izpolnjuje zahteve proizvajalcev in končnih uporabnikov po prilagodljivosti, kompaktnosti in enostavni uporabi.
Pogon izvaja napetostno-frekvenčni zakon krmiljenja z možnostjo kompenzacije zdrsa. Odlična dopolnitev tega modela je različica ultrakompaktnega pogona Power@Flex4M z razširjenim razponom delovne moči do 2,2 kW pri enofaznih različicah in do 11 kW pri trifazna napetost 400VAC. Predlagana cenovna lestvica za ta model nam omogoča, da upamo, če ne na hit sezone, potem na njegovo dokaj široko priljubljenost.
PowerFlex® 7000
Pretvorniki serije PowerFlex 7000 so tretja generacija pretvornikov srednje napetosti podjetja Rockwell Automation. Zasnovan za regulacijo hitrosti, navora, smeri vrtenja asinhronih in sinhronih AC motorjev. Edinstvena zasnova serije PowerFlex 7000 vključuje patentirano zasnovo napajalnih kletk PowerCage, ki vsebujejo komponente električne energije glavnega pogona. Nova modularna zasnova je enostavna in ima majhno število komponent, kar zagotavlja visoko zanesljivost in enostavno upravljanje. Glavne prednosti srednjenapetostnih pogonov vključujejo: zmanjšane obratovalne stroške, možnost zagona velikih motorjev iz majhnih napajalnikov in izboljšane kakovostne značilnosti nadzorovanega procesa in uporabljene opreme.
Glede na izhodno moč so pogoni na voljo v treh velikostih:
Ohišje A – Razpon moči 150-900 kW z napajalno napetostjo 2400-6600 V
Ohišje B – Razpon moči 150-4100 kW z napajalno napetostjo 2400-6600V
Ohišje C – Razpon moči 2240-6770 kW pri napajalni napetosti 4160-6600 V
Pogoni PowerFlex 7000 so na voljo s 6-pulznimi, 18-impulznimi ali možnostmi PWM, kar daje uporabniku veliko prilagodljivost pri zmanjševanju vpliva harmonikov električnega omrežja. Poleg tega zagotavlja neposredno vektorsko kontrolo brez senzorjev za izboljšan nadzor območij nizke hitrosti, v primerjavi s pogoni, ki uporabljajo metodo krmiljenja U/f, kot tudi zmožnost uravnavanja navora motorja, kot se izvaja v pogonih DC. Kot operaterska plošča je na voljo modul s tekočekristalnim zaslonom s 16 vrsticami in 40 znaki.
Večji vztrajnostni moment brez dodatnega menjalnika
Servomotorji z nizko vztrajnostjo iz serije Beckhoff AM3000, ki so izdelani z uporabo novih materialov in tehnologije, se uporabljajo predvsem v dinamičnih aplikacijah z visokimi obremenitvami, na primer za pogon osi strojev za obdelavo kovin ali naprav brez zobnikov. V kombinaciji z visoko vztrajnostjo rotorja nudijo enake prednosti kot motorji serije AM3xxx, kot je polno statorsko navitje, ki omogoča znatno zmanjšanje skupnih dimenzij motorja. Prirobnice, konektorji in gredi nove serije motorjev AM3500 so združljivi z dobro preverjenimi motorji AM3000. Novi modeli AM3500 so na voljo v velikostih prirobnic 3 – 6 in imajo navore od 1,9 do 15 Nm. Hitrost vrtenja motorja se giblje od 3000 do 6000 vrt/min. Za povratne sisteme so na voljo koordinatni pretvorniki ali senzorji absolutnega položaja (eno- ali večobratni). Ohišje je ocenjeno na IP 64; Na voljo so opcije z zaščitnim razredom IP 65/67. Ta serija motorjev izpolnjuje varnostne standarde CE, UL in CSA.
Nova generacija pogonov
Linija Emotron je bila razširjena z pogoni NGD: FDU2.0, VFX2.0 (moč od 0,75 kW do 1,6 MW) in VSC/VSA (0,18–7,5 kW). Vozi z spremenljiva hitrost FDU2.0 (za centrifugalne mehanizme) in VFX2.0 (za batne mehanizme) uporabniku omogočata nastavitev delovnih parametrov v zahtevanih enotah, imata odstranljivo nadzorno ploščo s funkcijo kopiranja nastavitev, modeli do 132 kW imajo standardno ekonomično Izvedba IP54 (modeli od 160 do 800 kW se lahko vgradijo tudi v posebna kompaktna ohišja IP54). Izmenjava podatkov med procesom poteka s pomočjo Fieldbus (Profibus-DP, DeviceNet, Ethernet), preko vrat (RS-232, RS-485, Modbus RTU), ter analognih in digitalnih izhodov.
Majhni vektorski pogoni VSA in VSC so posebej zasnovani za krmiljenje hitrosti trifaznih asinhronih motorjev. visoka moč: 220 V vhodni modeli so na voljo od 0,18 do 2,2 kW, 380 V modeli pa od 0,75 do 7,5 kW.
Družina ATV61-ATV71
Trg frekvenčnih pretvornikov v Rusiji se hitro razvija. Ni presenetljivo, da pritegne številne proizvajalce, tako velike kot manj znane. Trenutno je ruski trg zelo segmentiran. Toda tukaj je paradoks: kljub dejstvu, da je trenutno na trgu več kot 30 blagovnih znamk, pomemben tržni delež pripada 7–8 podjetjem in ne več kot dvema jasnima voditeljema. Hkrati veličastno tehnične specifikacije oprema ni zagotovilo za uspeh. Vodilne položaje v Rusiji so zasedla podjetja, ki vlagajo znatna sredstva v razvoj poslovanja in poslovno infrastrukturo.
Podjetje Schneider Electric, katerega interese v Rusiji zastopa JSC Schneider Electric, je leta 2007 znatno razširilo svojo ponudbo izdelkov. Zdaj je družina ATV61-ATV71 dopolnjena z modifikacijo za napetost 690 V in pojavilo se je veliko različic s stopnjo zaščite IP54. Obstaja tudi poseben model za pogon dvigala in žerjava ATV71*383 z edinstveno tehnologijo krmiljenja sinhroni motor. Do konca leta 2008 se bo v liniji Altivar pojavila naprava z močjo 2400 kW pri 690 V. Altivar 61 lahko zdaj deluje v aplikacijah s povečavnim transformatorjem.
Nova varčna serija Altivar 21 je zasnovana posebej za ogrevalne, klimatske in prezračevalne sisteme v stanovanjskih in javne zgradbe. Altivar 21 krmili motorje od 0,75 do 75 kW pri napetostih 380 V in 200 ... 240 V.
Altivar 21 ima številne uporabniške funkcije:
– vgrajen PI regulator;
– »poberi sproti«;
– funkcija spanja/budnosti;
– upravljanje zaščite in alarmiranja;
– odpornost na omrežne motnje, delovanje pri temperaturah do + 50°C in padcu napetosti do -50%.
Z novo tehnologijo brez kondenzatorjev Altivar 21 ne potrebuje naprav za blaženje harmonikov. Skupni koeficient je THDI 30 %. Opuščanje kondenzatorjev in uporaba močnejših polprevodnikov je podaljšalo čas delovanja.
Vodilni položaj Schneider Electrica na trgu pretvornikov je rezultat resnega dela za izboljšanje tolerance napak pretvornikov. MTTF za nekatere modele je do 640.000 ur. Altivar deluje pri padcih napetosti do -50%, temperaturah do +50%, v kemično agresivnih okoljih in z impulznim šumom v omrežju. To je resen argument za ponovni nakup. Zaupanje kupca v opremo in ugled podjetja ni mogoče preceniti.
Vozi od SICK
Sodobna proizvodnja zahteva avtomatizacijo številnih ročnih nastavitev različne parametre na različnih strojih in pakirnicah. Pogosto se mora operater spremeniti geometrijski parametri izdelan izdelek ali druge podobne naloge. V tem primeru so pozicionirni pogoni SICK-Stegmann idealna poceni naprava za to vrsto delovanja.
HIPERDRIVE® – pozicionirni pogoni so rezultat integracije brezkrtačnega enosmernega motorja, menjalnika, absolutnega večobratnega dajalnika, močnostne in krmilne elektronike v eni napravi. Pogoni imajo med drugim omrežni vmesnik Profibus ali DeviceNet. Ta naprava je namenjena izvajanju nalog določanja položaja od točke do točke in je naprava črne skrinjice, ki jo je enostavno upravljati.
Trenutno se za takšne naloge uporabljajo servo pogoni. Toda uporaba takih sistemov ima številne pomanjkljivosti. Prvič, to ni ekonomsko upravičeno. Servo sistemi običajno zahtevajo tudi pretvornik, zavoro in dajalnik absolutne vrednosti.
Glavne prednosti teh pogonov:
– Visoko integrirana naprava
Zmanjšanje velikosti pogona
Enostavna montaža in nastavitev
Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika ali, kot se pogosto imenuje, pretvornik: izmenična napetost industrijsko omrežje je popravljeno z blokom usmerniških diod in filtrirano z banko visokozmogljivih kondenzatorjev, da se zmanjša valovanje nastale napetosti. Ta napetost se napaja v mostično vezje, ki vključuje šest nadzorovanih tranzistorjev IGBT ali MOSFET z antiparalelnimi diodami, ki ščitijo tranzistorje pred razpadom zaradi napetosti obratne polarnosti, ki se pojavi pri delu z navitji motorja. Poleg tega vezje včasih vključuje vezje za "odvajanje" energije - tranzistor z uporom za disipacijo velike moči. To vezje se uporablja v zavornem načinu za zatiranje generirane napetosti motorja in zaščito kondenzatorjev pred prenapolnjenostjo in odpovedjo.
Blokovni diagram pretvornika je prikazan spodaj.
Frekvenčni pretvornik v kombinaciji z asinhronim elektromotorjem omogoča zamenjavo enosmernega električnega pogona. Sistemi za krmiljenje vrtilnih frekvenc enosmernega motorja so dokaj enostavni, vendar je šibka točka takšnega električnega pogona elektromotor. Je drago in nezanesljivo. Med delovanjem ščetke iskrijo, komutator pa se obrabi pod vplivom električne erozije. Tega elektromotorja ni mogoče uporabljati v prašnem ali eksplozivnem okolju.
Asinhroni elektromotorji so v mnogih pogledih boljši od enosmernih motorjev: so enostavni in zanesljivi, saj nimajo gibljivih kontaktov. Imajo manjše dimenzije, težo in ceno v primerjavi z enosmernimi motorji za enako moč. Asinhroni motorji so enostavni za izdelavo in upravljanje.
Glavna pomanjkljivost asinhronih elektromotorjev je težava pri uravnavanju njihove hitrosti s tradicionalnimi metodami (spreminjanje napajalne napetosti, uvedba dodatnih uporov v navitje).
Krmiljenje asinhronega elektromotorja v frekvenčnem načinu je bilo do nedavnega velik problem, čeprav je bila teorija frekvenčnega krmiljenja razvita že v tridesetih letih. Razvoj frekvenčnih pretvornikov je bil oviran zaradi visokih stroškov frekvenčnih pretvornikov. Pojav napajalnih vezij s tranzistorji IGBT in razvoj visoko zmogljivih mikroprocesorskih krmilnih sistemov sta različnim podjetjem v Evropi, ZDA in na Japonskem omogočila ustvarjanje sodobnih frekvenčnih pretvornikov po dostopni ceni.
Nadzor hitrosti aktuatorji je mogoče storiti z uporabo razne naprave: mehanski variatorji, hidravlične sklopke, upori dodatno vstavljeni v stator ali rotor, elektromehanski frekvenčni pretvorniki, statični frekvenčni pretvorniki.
Uporaba prvih štirih naprav ne zagotavlja visoke kakovosti nadzor hitrosti, neekonomičen, drag za namestitev in delovanje. Statični frekvenčni pretvorniki so trenutno najnaprednejše krmilne naprave za asinhrone pogone.
Načelo frekvenčna metoda regulacija hitrosti asinhronega motorja je, da je s spreminjanjem frekvence f1 napajalne napetosti možno v skladu z izrazom
nespremenjeno število parov polov p sprememba kotna hitrost magnetno polje statorja.
Ta metoda zagotavlja nemoten nadzor hitrosti v širokem razponu, mehanske lastnosti pa so zelo toge.
Regulacijo hitrosti ne spremlja povečanje zdrsa asinhronega motorja, zato so izgube moči med regulacijo majhne.
Da bi dosegli visoko energijsko učinkovitost asinhronega motorja - faktorji moči, učinkovitost, preobremenitvena zmogljivost - je potrebno spreminjati vhodno napetost hkrati s frekvenco.
Zakon o spremembi napetosti je odvisen od narave navora obremenitve Ms. Pri konstantnem obremenitvenem momentu Mc=const mora biti napetost na statorju regulirana sorazmerno s frekvenco:
Za ventilatorsko naravo navora obremenitve ima to stanje obliko:
Z navorom obremenitve, ki je obratno sorazmeren s hitrostjo:
Tako mora za gladko brezstopenjsko regulacijo vrtilne frekvence gredi asinhronega elektromotorja frekvenčni pretvornik zagotoviti hkratno regulacijo frekvence in napetosti na navitju statorja asinhronega motorja.
Prednosti uporabe pogona s spremenljivo hitrostjo v tehnološki procesi
Uporaba krmiljenega električnega pogona zagotavlja varčevanje z energijo in omogoča pridobivanje novih kvalitet sistemov in objektov. Z regulacijo katerega koli tehnološkega parametra dosežemo znatne prihranke energije. Če gre za tekoči trak ali tekoči trak, potem lahko regulirate hitrost njegovega gibanja. Če gre za črpalko ali ventilator, lahko vzdržujete tlak ali regulirate delovanje. Če je to strojno orodje, lahko gladko prilagodite hitrost podajanja ali glavno gibanje.
Poseben ekonomski učinek uporabe frekvenčnih pretvornikov prinaša uporaba frekvenčne regulacije na napravah za transport tekočin. Do zdaj je bil najpogostejši način za uravnavanje delovanja takšnih objektov uporaba zapornih ventilov ali regulacijskih ventilov, danes pa je na voljo frekvenčno krmiljenje asinhronega motorja, na primer rotorja črpalne enote ali ventilatorja. Pri uporabi frekvenčnih regulatorjev je zagotovljena gladka nastavitev hitrosti vrtenja, kar v večini primerov odpravlja uporabo menjalnikov, variatorjev, dušilk in druge krmilne opreme.
Ko je priključen preko frekvenčnega pretvornika, se motor zažene gladko, brez zagonskih tokov in udarcev, kar zmanjša obremenitev motorja in mehanizmov ter s tem podaljša njihovo življenjsko dobo.
Možnosti regulacije frekvence so jasno razvidne iz slike
Tako pri dušenju pretok snovi, ki ga zadržuje vrata ali ventil, ne opravi nobenega koristnega dela. Uporaba nastavljivega električnega pogona črpalke ali ventilatorja vam omogoča nastavitev zahtevanega tlaka ali pretoka, kar ne bo le prihranilo energije, temveč tudi zmanjšalo izgube transportirane snovi.
Struktura frekvenčnega pretvornika
Večina sodobnih frekvenčnih pretvornikov je zgrajena po shemi dvojne pretvorbe. Sestavljeni so iz naslednjih glavnih delov: enosmernega vmesnega toka (nekrmiljenega usmernika), močnostnega impulznega pretvornika in krmilnega sistema.
Vmesni tok je sestavljen iz nekrmiljenega usmernika in filtra. Izmenična napetost napajalnega omrežja se pretvori v enosmerno napetost.
Močnostni trifazni impulzni pretvornik je sestavljen iz šestih tranzistorskih stikal. Vsako navitje elektromotorja je preko ustreznega stikala povezano s pozitivnim in negativnim priključkom usmernika. Pretvornik pretvori popravljeno napetost v trifazno izmenično napetost zahtevane frekvence in amplitude, ki se napaja na navitja statorja elektromotorja.
V izhodnih stopnjah pretvornika se kot stikala uporabljajo močnostni IGBT tranzistorji. V primerjavi s tiristorji imajo višjo preklopno frekvenco, kar jim omogoča ustvarjanje sinusnega izhodnega signala z minimalnim popačenjem.
Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika
Frekvenčni pretvornik je sestavljen iz nekontroliranega diodnega močnostnega usmernika B, avtonomnega pretvornika, krmilnega sistema PWM, avtomatskega krmilnega sistema, dušilke Lv in filtrirnega kondenzatorja Св. Regulacija izhodne frekvence fout. in napetost Uout se izvaja v pretvorniku zaradi visokofrekvenčnega krmiljenja širine impulza.
Za krmiljenje širine impulza je značilna modulacijska doba, znotraj katere je statorsko navitje elektromotorja izmenično priključeno na pozitivni in negativni pol usmernika.
Trajanje teh stanj znotraj obdobja PWM je modulirano po sinusoidnem zakonu. Pri visokih (običajno 2...15 kHz) taktnih frekvencah PWM tečejo sinusni tokovi v navitjih motorja zaradi njihovih lastnosti filtriranja.
Tako je oblika krivulje izhodne napetosti visokofrekvenčno bipolarno zaporedje pravokotnih impulzov (slika 3).
Frekvenca impulza je določena s frekvenco PWM, trajanje (širina) impulzov v obdobju izhodne frekvence AU se modulira po sinusnem zakonu. Oblika krivulje izhodnega toka (toka v navitjih asinhronega elektromotorja) je skoraj sinusna.
Regulacijo izhodne napetosti pretvornika lahko izvedemo na dva načina: amplitudno (AP) s spremembo vhodne napetosti Uv in širino impulza (PWM) s spremembo preklopnega programa ventilov V1-V6 pri Uv = const.
Druga metoda je postala razširjena v sodobnih frekvenčnih pretvornikih zaradi razvoja sodobne elementne baze (mikroprocesorji, IBGT tranzistorji). Pri modulaciji impulzne širine se oblika tokov v navitjih statorja asinhronega motorja izkaže za blizu sinusoidne zaradi filtrirnih lastnosti samih navitij.
To krmiljenje omogoča visoko učinkovitost pretvornika in je enakovredno analognemu krmiljenju z uporabo frekvence in amplitude napetosti.
Sodobni pretvorniki so izdelani na osnovi popolnoma krmiljenih močnostnih polprevodniških naprav - vklopnih GTO - tiristorjev ali bipolarnih IGBT tranzistorjev z izoliranimi vrati. Na sl. Slika 2.45 prikazuje 3-fazno premostitveno vezje avtonomnega pretvornika z uporabo IGBT tranzistorjev.
Sestavljen je iz vhodnega kapacitivnega filtra Cf in šestih IGBT tranzistorjev V1-V6, povezanih back-to-back povratnih tokovnih diod D1-D6.
Z izmeničnim preklopom ventilov V1-V6 po algoritmu, ki ga določi krmilni sistem, se konstantna vhodna napetost Uв pretvori v izmenično pravokotno impulzno izhodno napetost. Aktivna komponenta toka asinhronega elektromotorja teče skozi krmiljena stikala V1-V6, reaktivna komponenta toka pa skozi diode D1-D6.
I – trifazni mostični pretvornik;
B – trifazni mostični usmernik;
Sf – filtrirni kondenzator;
Možnost priklopa frekvenčnega pretvornika Omron. 
Priključitev frekvenčnih pretvornikov v skladu z zahtevami EMC 
Namestitev in povezava skladna z EMC sta podrobno opisana v ustreznih priročnikih za naprave.
Pretvorniki tehničnih informacij
Načini delovanja centrifugalnih črpalk se energijsko najbolj regulirajo s spreminjanjem hitrosti vrtenja njihovih rotorjev. Hitrost vrtenja rotorjev je mogoče spreminjati, če se kot pogonski motor uporablja nastavljiv električni pogon.
Naprava in značilnosti plinske turbine in motorji z notranjim zgorevanjem so takšni, da lahko zagotovijo spremembo hitrosti vrtenja v zahtevanem območju.
Primerno je analizirati postopek regulacije hitrosti vrtenja katerega koli mehanizma z uporabo mehanskih značilnosti enote.
Razmislimo o mehanskih značilnostih črpalne enote, sestavljene iz črpalke in elektromotorja. Na sl. 1 prikazuje mehanske lastnosti centrifugalna črpalka, opremljen s povratnim ventilom (krivulja 1) in elektromotorjem z rotorjem s kletko (krivulja 2).
riž. 1. Mehanske značilnosti črpalne enote
Razlika med navorom elektromotorja in uporom navora črpalke se imenuje dinamični navor. Če je navor motorja večji od upornega momenta črpalke, se šteje, da je dinamični navor pozitiven; če je manjši, se šteje za negativnega.
Pod vplivom pozitivnega dinamičnega navora črpalna enota začne delovati pospešeno, tj. pospešuje. Če je dinamični navor negativen, črpalna enota deluje z upočasnitvijo, tj. upočasni.
Ko so ti trenutki enaki, nastopi ustaljeno stanje delovanja, tj. črpalka deluje s konstantno hitrostjo. Ta vrtilna hitrost in ustrezen navor sta določena s presečiščem mehanskih karakteristik elektromotorja in črpalke (točka a na sliki 1).
Če med procesom regulacije tako ali drugače spremenimo mehansko karakteristiko, na primer, da jo naredimo mehkejšo z vnosom dodatnega upora v rotorsko vezje elektromotorja (krivulja 3 na sliki 1), se vrtilni moment poveča. električnega motorja bo postal manjši od upornega navora.
Pod vplivom negativnega dinamičnega navora črpalna enota začne delovati z upočasnitvijo, tj. upočasnjuje, dokler se navor in moment upora ponovno ne uravnovesita (točka b na sliki 1). Ta točka ustreza lastni frekvenci vrtenja in lastni vrednosti navora.
Tako proces regulacije hitrosti vrtenja črpalne enote nenehno spremljajo spremembe navora elektromotorja in upornega momenta črpalke.
Regulacijo hitrosti vrtenja črpalke lahko izvedemo bodisi s spreminjanjem hitrosti vrtenja elektromotorja, ki je togo povezan s črpalko, bodisi s spreminjanjem prestavno razmerje prenos, ki povezuje črpalko z električnim motorjem, ki deluje s konstantno hitrostjo.
Regulacija hitrosti elektromotorjev
Črpalne enote uporabljajo predvsem AC motorje. Hitrost vrtenja AC motorja je odvisna od frekvence napajalnega toka f, števila parov polov p in zdrsa s. S spremembo enega ali več teh parametrov lahko spremenite hitrost vrtenja elektromotorja in z njim povezane črpalke.
Glavni element frekvenčnega električnega pogona je. V pretvorniku se konstantna frekvenca napajalnega omrežja f1 pretvori v spremenljivo frekvenco f 2. Hitrost vrtenja elektromotorja, priključenega na izhod pretvornika, se spreminja sorazmerno s frekvenco f 2.
S pomočjo frekvenčnega pretvornika se praktično nespremenjena omrežna parametra napetost U1 in frekvenca f1 pretvorita v spremenljiva parametra U2 in f 2, ki sta potrebna za krmilni sistem. Da bi zagotovili stabilno delovanje elektromotorja, omejili njegovo preobremenitev v tokovnem in magnetnem toku ter ohranili visoko energijsko učinkovitost, je treba v frekvenčnem pretvorniku vzdrževati določeno razmerje med njegovimi vhodnimi in izhodnimi parametri, odvisno od vrste mehanskih lastnosti pretvornika. črpalka. Ta razmerja dobimo iz enačbe zakona o regulaciji frekvence.
Pri črpalkah je treba upoštevati naslednje razmerje:U1/f1 = U2/f2 = konst
Na sl. Slika 2 prikazuje mehanske značilnosti asinhronega elektromotorja s frekvenčno regulacijo. Z zmanjševanjem frekvence f2 mehanska karakteristika ne le spremeni svoj položaj v koordinatah n - M, ampak tudi rahlo spremeni svojo obliko. Zlasti se zmanjša največji navor elektromotorja. To je posledica dejstva, da če se upošteva razmerje U1/f1 = U2/f2 = const in se spremeni frekvenca f1, se vpliv aktivnega upora statorja na velikost navora motorja ne upošteva.
riž. 2. Mehanske lastnosti frekvenčnega pretvornika pri najvišjih (1) in nizkih (2) frekvencah
Ko regulacija frekvence upošteva ta vpliv, največji navor ostane nespremenjen, oblika mehanske karakteristike se ohrani, spremeni se le njen položaj.
Frekvenčni pretvorniki imajo visoke energijske lastnosti zaradi dejstva, da izhod pretvornika zagotavlja obliko krivulj toka in napetosti, ki se približuje sinusoidni. IN v zadnjem času Najpogosteje uporabljeni frekvenčni pretvorniki so IGBT moduli (bipolarni tranzistorji z izoliranimi vrati).
IGBT modul je zelo učinkovit ključni element. Ima nizek padec napetosti, visoko hitrost in nizka moč preklapljanje Frekvenčni pretvornik na osnovi IGBT modulov s PWM in vektorskim algoritmom za krmiljenje asinhronega elektromotorja ima prednosti pred drugimi vrstami pretvornikov. Odlikuje ga visok faktor moči v celotnem območju izhodne frekvence.
Shematski diagram pretvornika je prikazan na sl. 3.
riž. 3. Diagram frekvenčnega pretvornika na modulih IGBT: 1 - ventilatorska enota; 2 - napajalnik; 3 - nenadzorovani usmernik; 4 - nadzorna plošča; 5 - nadzorna plošča; 6 - PWM; 7 - blok za pretvorbo napetosti; 8 - krmilna sistemska plošča; 9 - vozniki; 10 - varovalke inverterske enote; 11 - tokovni senzorji; 12 - asinhroni motor s kletko; Q1, Q2, Q3 - stikala napajalnega tokokroga, krmilnega tokokroga in ventilatorske enote; K1, K2 - kontaktorji za polnjenje kondenzatorjev in napajalni tokokrog; C - blok kondenzatorjev; Rl, R2, R3 - upori za omejevanje toka polnjenja kondenzatorja, praznjenja kondenzatorja in odtočne enote; VT - inverterska močnostna stikala (IGBT moduli)
Na izhodu frekvenčnega pretvornika se oblikuje krivulja napetosti (toka), nekoliko drugačna od sinusoide, ki vsebuje višje harmonične komponente. Njihova prisotnost povzroči povečanje izgub v elektromotorju. Zaradi tega je elektromotor preobremenjen pri vrtilni frekvenci blizu nazivne hitrosti.
Pri delovanju pri nižjih vrtljajih se poslabšajo hladilni pogoji za samoprezračevane elektromotorje, ki se uporabljajo za pogon črpalk. V običajnem regulacijskem območju črpalnih enot (1:2 ali 1:3) se to poslabšanje prezračevalnih pogojev kompenzira z znatnim zmanjšanjem obremenitve zaradi zmanjšanja pretoka in tlaka črpalke.
Pri delovanju na frekvencah blizu nazivne vrednosti (50 Hz) poslabšanje hladilnih pogojev v kombinaciji s pojavom harmonikov višjega reda zahteva zmanjšanje dovoljene mehanska moč za 8-15 %. Zaradi tega se največji navor elektromotorja zmanjša za 1 - 2%, njegova učinkovitost - za 1 - 4%, cosφ - za 5 - 7%.
Da bi se izognili preobremenitvi elektromotorja, je treba omejiti zgornjo vrednost njegove hitrosti vrtenja ali opremiti pogon z močnejšim elektromotorjem. Zadnji ukrep je obvezen, če je črpalna enota predvidena za delovanje pri frekvenci f 2 > 50 Hz. Zgornja vrednost števila vrtljajev motorja je omejena z omejitvijo frekvence f 2 na 48 Hz. Povečanje nazivne moči pogonskega motorja se izvede z zaokroževanjem na najbližjo standardno vrednost.
Skupinsko krmiljenje nastavljivih električnih pogonov enot
Številne črpalne naprave so sestavljene iz več enot. Praviloma niso vse enote opremljene z nastavljivim električnim pogonom. Od dveh ali treh nameščenih enot je dovolj, da eno opremite z nastavljivim električnim pogonom. Če je en pretvornik stalno priključen na eno od enot, pride do neenakomerne porabe njihove motorne življenjske dobe, saj se enota, opremljena z nastavljivim pogonom, uporablja veliko dlje časa.
Za enakomerno porazdelitev obremenitve med vsemi enotami, nameščenimi na postaji, so bile razvite skupinske krmilne postaje, s pomočjo katerih je mogoče enote izmenično priključiti na pretvornik. Krmilne postaje so običajno izdelane za nizkonapetostne (380 V) enote.
Običajno so nizkonapetostne krmilne postaje zasnovane za krmiljenje dveh ali treh enot. Nizkonapetostne krmilne postaje vključujejo avtomatska stikala, ki zagotavljajo zaščito pred medfaznimi kratkimi stiki in zemeljskimi napakami, toplotne releje za zaščito enot pred preobremenitvijo, kot tudi krmilno opremo (ključi itd.).
Preklopno vezje krmilne postaje vsebuje potrebne zapore, ki omogočajo priključitev frekvenčnega pretvornika na katero koli izbrano enoto in zamenjavo delovnih enot brez motenj v tehnološkem načinu delovanja črpalne ali pihalne enote.
Krmilne postaje praviloma skupaj z močnostnimi elementi (odklopniki, kontaktorji itd.) Vsebujejo krmilne in regulacijske naprave (mikroprocesorski krmilniki itd.).
Na željo naročnika so postaje opremljene z napravami za avtomatski vklop rezervnega napajanja (ABN), komercialno merjenje porabljene električne energije in krmiljenje zapiralne opreme.
Po potrebi se v krmilno postajo vnesejo dodatne naprave, ki zagotavljajo uporabo naprave za mehak zagon enot skupaj s frekvenčnim pretvornikom.
Avtomatizirane nadzorne postaje zagotavljajo:
vzdrževanje dane vrednosti procesnega parametra (tlak, nivo, temperatura itd.);
nadzor načinov delovanja elektromotorjev reguliranih in nereguliranih enot (nadzor porabe toka, moči) in njihova zaščita;
samodejni vklop vklop rezervne enote v primeru okvare glavne;
preklapljanje enot neposredno v omrežje ob okvari frekvenčnega pretvornika;
samodejni vklop rezervnega (AVR) električnega vhoda;
samodejni ponovni zagon (AR) postaje po izgubi in globokih padcih napetosti v napajanju električno omrežje;
avtomatska sprememba načina delovanja postaje z zaustavitvijo in zagonom enot ob določenem času;
samodejni vklop dodatne neregulirane enote, če regulirana enota, ko je dosegla nazivno število vrtljajev, ni zagotovila zahtevane oskrbe z vodo;
samodejno menjavanje delovnih enot v določenih intervalih, da se zagotovi enakomerna poraba motornih virov;
operativni nadzor načina delovanja črpalne (pihalne) enote z nadzorne plošče ali dispečerske konzole.
riž. 4. Skupinska krmilna postaja za variabilno frekvenčne električne pogone črpalk
Učinkovitost uporabe frekvenčnih elektromotorjev v črpalnih enotah
Uporaba pogona s spremenljivo frekvenco vam omogoča znatno varčevanje z energijo, saj omogoča uporabo velikih črpalnih enot v načinu nizkega pretoka. Zahvaljujoč temu je mogoče s povečanjem enotske moči enot zmanjšati njihovo skupno število in posledično zmanjšati splošne dimenzije zgradbe, poenostavite hidravlično vezje postaje, zmanjšajte število cevovodnih priključkov.
Tako uporaba krmiljenega električnega pogona v črpalnih enotah omogoča poleg varčevanja z električno energijo in vodo zmanjšanje števila črpalnih enot, poenostavitev hidravličnega kroga postaje in zmanjšanje konstrukcijskega obsega stavbe. črpališče. Pri tem nastanejo sekundarni ekonomski učinki: znižajo se stroški ogrevanja, razsvetljave in popravil stavbe, odvisno od namena postaj in drugih specifičnih pogojev, se lahko zmanjšajo za 20 - 50 %;
IN tehnično dokumentacijo na frekvenčnih pretvornikih je navedeno, da uporaba nastavljivega električnega pogona v črpalnih enotah omogoča prihranek do 50% energije, porabljene za črpanje čistih in odpadne vode, vračilna doba pa je tri do devet mesecev.
Hkrati izračuni in analize učinkovitosti nastavljivega električnega pogona v obstoječih črpalnih agregatih kažejo, da se pri majhnih črpalnih agregatih z agregati z močjo do 75 kW, zlasti kadar delujejo z veliko statično komponento tlaka, poveča uporaba nastavljivih električnih pogonov se izkaže za neustrezno. V teh primerih je mogoče uporabiti enostavnejše krmilne sisteme z dušenjem in spreminjanjem števila delujočih črpalnih enot.
Uporaba nastavljivega električnega pogona v sistemih za avtomatizacijo črpalnih enot na eni strani zmanjša porabo energije, na drugi strani pa zahteva dodatne kapitalske stroške, zato je izvedljivost uporabe nastavljivega električnega pogona v črpalnih enotah določena s primerjavo dani stroški dveh možnosti: osnovne in nove. Za nova možnost sprejeto črpalna enota, opremljen z nastavljivim električnim pogonom, in za osnovno - namestitev, katere enote delujejo s konstantno hitrostjo.