Δίσκος συχνότητας: περιγραφή και κριτικές

2024 Συγγραφέας: Aaron Duncan | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-01 20:05

Ο έλεγχος VFD επιτρέπει τη χρήση ενός ειδικού μετατροπέα για την ευέλικτη αλλαγή των τρόπων λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα: εκκίνηση, διακοπή, επιτάχυνση, φρένο, αλλαγή της ταχύτητας περιστροφής.

Η αλλαγή της συχνότητας της τάσης τροφοδοσίας οδηγεί σε αλλαγή της γωνιακής ταχύτητας του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Όταν η συχνότητα μειώνεται, η ταχύτητα του κινητήρα μειώνεται και η ολίσθηση αυξάνεται.

Η αρχή λειτουργίας του μετατροπέα συχνότητας κίνησης

Το κύριο μειονέκτημα των ασύγχρονων κινητήρων είναι η πολυπλοκότητα του ελέγχου ταχύτητας με παραδοσιακούς τρόπους: αλλάζοντας την τάση τροφοδοσίας και εισάγοντας πρόσθετες αντιστάσεις στο κύκλωμα περιέλιξης. Πιο τέλεια είναι η μετάδοση συχνότητας του ηλεκτροκινητήρα. Μέχρι πρόσφατα, οι μετατροπείς ήταν ακριβοί, αλλά η εμφάνιση των τρανζίστορ IGBT και των συστημάτων ελέγχου μικροεπεξεργαστή επέτρεψε σε ξένους κατασκευαστές να δημιουργήσουν προσιτές συσκευές. Πλέοντέλειοι πλέον είναι οι μετατροπείς στατικής συχνότητας.

Η γωνιακή ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου του στάτη ω₀ αλλάζει ανάλογα με τη συχνότητα ƒ_{1 σύμφωνα με τον τύπο:}

ω₀=2π׃_{1/π, όπου p είναι ο αριθμός των ζευγών των πόλων.}

Η μέθοδος παρέχει ομαλό έλεγχο ταχύτητας. Σε αυτήν την περίπτωση, η ταχύτητα ολίσθησης του κινητήρα δεν αυξάνεται.

Για να έχετε υψηλή ενεργειακή απόδοση του κινητήρα - απόδοση, συντελεστής ισχύος και ικανότητα υπερφόρτωσης, μαζί με τη συχνότητα, αλλάξτε την τάση τροφοδοσίας σύμφωνα με ορισμένες εξαρτήσεις:

• σταθερή ροπή φορτίου – U₁/ ƒ_1=const;
• χαρακτήρας ανεμιστήρα της στιγμής φόρτωσης - U₁/ ƒ₁^2=const;
• Ροπή φορτίου αντιστρόφως ανάλογη της ταχύτητας - U₁/√ ƒ_1=συν.

Αυτές οι λειτουργίες υλοποιούνται χρησιμοποιώντας έναν μετατροπέα που αλλάζει ταυτόχρονα τη συχνότητα και την τάση στον στάτορα του κινητήρα. Εξοικονομείται ηλεκτρική ενέργεια λόγω ρύθμισης χρησιμοποιώντας την απαραίτητη τεχνολογική παράμετρο: πίεση αντλίας, απόδοση ανεμιστήρα, ταχύτητα τροφοδοσίας μηχανής κ.λπ. Σε αυτήν την περίπτωση, οι παράμετροι αλλάζουν ομαλά.

Μέθοδοι ελέγχου συχνότητας ασύγχρονων και σύγχρονων ηλεκτροκινητήρων

Σε μια μονάδα ελεγχόμενης συχνότητας που βασίζεται σε ασύγχρονους κινητήρες με ρότορα κλωβού σκίουρου, χρησιμοποιούνται δύο μέθοδοι ελέγχου - βαθμωτός και διανυσματικός. Στην πρώτη περίπτωση, αλλάζουν ταυτόχροναπλάτος και συχνότητα της τάσης τροφοδοσίας.

Αυτό είναι απαραίτητο για τη διατήρηση της απόδοσης του κινητήρα, τις περισσότερες φορές μια σταθερή αναλογία της μέγιστης ροπής του προς τη στιγμή αντίστασης στον άξονα. Ως αποτέλεσμα, η απόδοση και ο συντελεστής ισχύος παραμένουν αμετάβλητοι σε όλο το εύρος περιστροφής.

Η διανυσματική ρύθμιση συνίσταται στην ταυτόχρονη αλλαγή του πλάτους και της φάσης του ρεύματος στον στάτορα.

Η μετάδοση συχνότητας του κινητήρα σύγχρονου τύπου λειτουργεί μόνο σε μικρά φορτία, με την ανάπτυξη των οποίων πάνω από τις επιτρεπόμενες τιμές, μπορεί να σπάσει ο συγχρονισμός.

Πλεονεκτήματα της μονάδας συχνότητας

Ο έλεγχος συχνότητας έχει μια ολόκληρη σειρά πλεονεκτημάτων σε σχέση με άλλες μεθόδους.

1. Αυτοματισμός του κινητήρα και των διαδικασιών παραγωγής.
2. Απαλή εκκίνηση που εξαλείφει τυπικά σφάλματα που συμβαίνουν κατά την επιτάχυνση του κινητήρα. Βελτίωση της αξιοπιστίας της μονάδας συχνότητας και του εξοπλισμού μειώνοντας τις υπερφορτώσεις.
3. Βελτιώστε τη συνολική οικονομία και απόδοση της οδήγησης.
4. Δημιουργία σταθερής ταχύτητας του ηλεκτροκινητήρα ανεξάρτητα από τη φύση του φορτίου, η οποία είναι σημαντική κατά τις μεταβατικές περιόδους. Η χρήση της ανάδρασης καθιστά δυνατή τη διατήρηση σταθερής ταχύτητας κινητήρα κάτω από διάφορες ενοχλητικές επιδράσεις, ιδίως υπό μεταβλητά φορτία.
5. Οι μετατροπείς ενσωματώνονται εύκολα σε υπάρχοντα τεχνικά συστήματα χωρίς σημαντικές αλλαγές και διακοπή των τεχνολογικών διαδικασιών. Το εύρος ισχύος είναι μεγάλο, αλλά με την αύξηση τουςοι τιμές αυξάνονται σημαντικά.
6. Η δυνατότητα εγκατάλειψης μεταβλητών, κιβωτίων ταχυτήτων, γκαζιού και άλλου εξοπλισμού ελέγχου ή επέκτασης του εύρους εφαρμογής τους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας.
7. Εξάλειψη των επιβλαβών επιπτώσεων των παροδικών παραγόντων στον εξοπλισμό διεργασίας, όπως το σφυρί νερού ή η αυξημένη πίεση υγρού στους αγωγούς, ενώ μειώνεται η κατανάλωσή του τη νύχτα.

Ελαττώματα

Όπως όλοι οι μετατροπείς, έτσι και τα chastotniki είναι πηγές παρεμβολών. Πρέπει να εγκαταστήσουν φίλτρα.

Το κόστος των εμπορικών σημάτων είναι υψηλό. Αυξάνεται σημαντικά με την αύξηση της ισχύος των συσκευών.

Ρύθμιση συχνότητας για μεταφορά υγρών

Σε εγκαταστάσεις όπου αντλείται νερό και άλλα υγρά, ο έλεγχος της ροής γίνεται κυρίως με τη βοήθεια βαλβίδων πύλης και βαλβίδων. Επί του παρόντος, μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση είναι η χρήση μιας μονάδας κίνησης συχνότητας μιας αντλίας ή ενός ανεμιστήρα που θέτει σε κίνηση τα πτερύγια τους.

Η χρήση ενός μετατροπέα συχνότητας ως εναλλακτική της βαλβίδας γκαζιού δίνει αποτέλεσμα εξοικονόμησης ενέργειας έως και 75%. Η βαλβίδα, που εμποδίζει τη ροή του υγρού, δεν εκτελεί χρήσιμη εργασία. Ταυτόχρονα, αυξάνεται η απώλεια ενέργειας και ύλης για τη μεταφορά του.

Ο οδηγός συχνότητας καθιστά δυνατή τη διατήρηση σταθερής πίεσης στον καταναλωτή όταν αλλάζει η ροή του υγρού. Από τον αισθητήρα πίεσης, στέλνεται ένα σήμα στον ηλεκτροκινητήρα, το οποίο αλλάζει τις στροφές του κινητήρα και έτσι τις ρυθμίζειπεριστροφές, διατηρώντας τον καθορισμένο ρυθμό ροής.

Οι μονάδες άντλησης ελέγχονται αλλάζοντας την απόδοσή τους. Η κατανάλωση ισχύος της αντλίας εξαρτάται σε κυβικά από την απόδοση ή την ταχύτητα περιστροφής του τροχού. Εάν η ταχύτητα μειωθεί κατά 2 φορές, η απόδοση της αντλίας θα μειωθεί κατά 8 φορές. Η παρουσία ενός ημερήσιου προγράμματος κατανάλωσης νερού σάς επιτρέπει να προσδιορίσετε την εξοικονόμηση ενέργειας για αυτήν την περίοδο, εάν ελέγχετε τη μονάδα συχνότητας. Λόγω αυτού, είναι δυνατός ο αυτοματισμός του αντλιοστασίου και ως εκ τούτου η βελτιστοποίηση της πίεσης του νερού στα δίκτυα.

Λειτουργία συστημάτων εξαερισμού και κλιματισμού

Η μέγιστη ροή αέρα στα συστήματα εξαερισμού δεν απαιτείται πάντα. Οι συνθήκες λειτουργίας ενδέχεται να απαιτούν μείωση της απόδοσης. Παραδοσιακά, το γκάζι χρησιμοποιείται για αυτό, όταν η ταχύτητα του τροχού παραμένει σταθερή. Είναι πιο βολικό να αλλάζετε τον ρυθμό ροής αέρα λόγω της μονάδας ελεγχόμενης συχνότητας, όταν αλλάζουν οι εποχιακές και κλιματικές συνθήκες, η απελευθέρωση θερμότητας, υγρασίας, ατμών και επιβλαβών αερίων.

Η εξοικονόμηση ενέργειας στα συστήματα εξαερισμού και κλιματισμού επιτυγχάνεται όχι χαμηλότερη από ό,τι στα αντλιοστάσια, καθώς η κατανάλωση ισχύος της περιστροφής του άξονα είναι σε κυβική εξάρτηση από τις στροφές.

Συσκευή μετατροπέα συχνότητας

Η σύγχρονη μονάδα συχνότητας είναι διατεταγμένη σύμφωνα με το σχήμα διπλού μετατροπέα. Αποτελείται από έναν ανορθωτή και έναν μετατροπέα παλμών με σύστημα ελέγχου.

ΜετάΔιορθώνοντας την τάση του δικτύου, το σήμα εξομαλύνεται από ένα φίλτρο και τροφοδοτείται σε έναν μετατροπέα με έξι διακόπτες τρανζίστορ, όπου καθένας από αυτούς συνδέεται με τις περιελίξεις του στάτορα ενός ασύγχρονου ηλεκτροκινητήρα. Η μονάδα μετατρέπει το διορθωμένο σήμα σε τριφασικό σήμα της απαιτούμενης συχνότητας και πλάτους. Τα IGBT ισχύος στα στάδια εξόδου έχουν υψηλή συχνότητα μεταγωγής και παρέχουν ένα καθαρό τετραγωνικό κύμα χωρίς παραμόρφωση. Λόγω των ιδιοτήτων φιλτραρίσματος των περιελίξεων του κινητήρα, το σχήμα της καμπύλης ρεύματος στην έξοδό τους παραμένει ημιτονοειδές.

Μέθοδοι ελέγχου πλάτους σήματος

Η τάση εξόδου ρυθμίζεται με δύο μεθόδους:

1. Amplitude - αλλαγή στην τιμή τάσης.
2. Η διαμόρφωση πλάτους παλμού είναι μια μέθοδος μετατροπής ενός παλμικού σήματος, στην οποία η διάρκειά του αλλάζει, αλλά η συχνότητα παραμένει αμετάβλητη. Εδώ η ισχύς εξαρτάται από το πλάτος του παλμού.

Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιείται συχνότερα σε σχέση με την ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροεπεξεργαστή. Οι σύγχρονοι μετατροπείς κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας τρανζίστορ απενεργοποίησης GTO ή IGBT.

Δυνατότητα και εφαρμογή μετατροπέων

Η μονάδα συχνότητας έχει πολλές δυνατότητες.

1. Ρυθμίστε τη συχνότητα της τριφασικής τάσης τροφοδοσίας από μηδέν στα 400 Hz.
2. Επιτάχυνση ή επιβράδυνση του ηλεκτροκινητήρα από 0,01 sec. έως 50 λεπτά. σύμφωνα με ένα δεδομένο νόμο του χρόνου (συνήθως γραμμικό). Κατά την επιτάχυνση, είναι δυνατή όχι μόνο μείωση, αλλά και αύξηση έως και 150% των δυναμικών ροπών και των ροπών εκκίνησης.
3. Αναστροφή του κινητήρα με τις δεδομένες λειτουργίες πέδησης και επιτάχυνσης στο επιθυμητόταχύτητα προς την άλλη κατεύθυνση.
4. Οι μετατροπείς διαθέτουν ρυθμιζόμενη ηλεκτρονική προστασία έναντι βραχυκυκλωμάτων, υπερφόρτωσης, διαρροής γείωσης και ανοικτών γραμμών τροφοδοσίας κινητήρα.
5. Οι ψηφιακές οθόνες των μετατροπέων εμφανίζουν δεδομένα σχετικά με τις παραμέτρους τους: συχνότητα, τάση τροφοδοσίας, ταχύτητα, ρεύμα κ.λπ.
6. Τα χαρακτηριστικά V/f συντονίζονται στους μετατροπείς ανάλογα με τα απαιτούμενα φορτία κινητήρα. Οι λειτουργίες των συστημάτων ελέγχου που βασίζονται σε αυτά παρέχονται από ενσωματωμένους ελεγκτές.
7. Για χαμηλές συχνότητες, είναι σημαντικό να χρησιμοποιείτε διανυσματικό έλεγχο, ο οποίος σας επιτρέπει να εργάζεστε με την πλήρη ροπή του κινητήρα, να διατηρείτε σταθερή ταχύτητα όταν αλλάζουν τα φορτία και να ελέγχετε τη ροπή στον άξονα. Η μονάδα μεταβλητής συχνότητας λειτουργεί καλά με τη σωστή εισαγωγή των δεδομένων διαβατηρίου κινητήρα και μετά από επιτυχή δοκιμή. Γνωστά προϊόντα από HYUNDAI, Sanyu κ.λπ.

Οι τομείς εφαρμογής των μετατροπέων είναι οι εξής:

• αντλίες σε ζεστό και κρύο νερό και συστήματα παροχής θερμότητας;
• αντλίες πολτού, άμμου και πολτού συμπυκνωτών;
• συστήματα μεταφοράς: μεταφορείς, κυλιόμενες τράπεζες και άλλα μέσα;
• μίξερ, μύλοι, θραυστήρες, εξωθητές, διανομείς, τροφοδότες;
• φυγόκεντροι;
• ασανσέρ;
• μεταλλουργικός εξοπλισμός;
• εξοπλισμός διάτρησης;
• ηλεκτρικοί κινητήρες εργαλειομηχανών;
• εξοπλισμός εκσκαφέων και γερανών, μηχανισμοί χειριστή.

Κατασκευαστές μετατροπέων συχνότητας, κριτικές

Ο εγχώριος κατασκευαστής έχει ήδη αρχίσει να παράγει προϊόντα κατάλληλα για τους χρήστες σε ποιότητα και τιμή. Το πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα γρήγορης απόκτησης της σωστής συσκευής, καθώς και λεπτομερείς συμβουλές για τη ρύθμιση.

Η εταιρεία "Effective systems" παράγει σειριακά προϊόντα και πιλοτικές παρτίδες εξοπλισμού. Τα προϊόντα χρησιμοποιούνται για οικιακή χρήση, σε μικρές επιχειρήσεις και στη βιομηχανία. Ο κατασκευαστής Vesper παράγει επτά σειρές μετατροπέων, μεταξύ των οποίων υπάρχουν πολυλειτουργικοί μετατροπείς κατάλληλοι για τους περισσότερους βιομηχανικούς μηχανισμούς.

Η δανική εταιρεία Danfoss είναι ο ηγέτης στην παραγωγή chastotnikov. Τα προϊόντα της χρησιμοποιούνται σε συστήματα εξαερισμού, κλιματισμού, ύδρευσης και θέρμανσης. Η φινλανδική εταιρεία Vacon, η οποία ανήκει στη δανική εταιρεία, παράγει αρθρωτά σχέδια από τα οποία μπορείτε να συναρμολογήσετε τις απαραίτητες συσκευές χωρίς περιττά εξαρτήματα, γεγονός που εξοικονομεί εξαρτήματα. Επίσης γνωστοί είναι οι μετατροπείς της διεθνούς εταιρείας ABB, που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία και στην καθημερινή ζωή.

Κρίνοντας από τις κριτικές, οι φθηνοί εγχώριοι μετατροπείς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση απλών τυπικών προβλημάτων, ενώ οι σύνθετοι χρειάζονται μια επωνυμία με πολύ περισσότερες ρυθμίσεις.

Συμπέρασμα

Ο μηχανισμός κίνησης συχνότητας ελέγχει τον ηλεκτροκινητήρα αλλάζοντας τη συχνότητα και το πλάτος της τάσης τροφοδοσίας, ενώ τον προστατεύει από δυσλειτουργίες: υπερφορτώσεις, βραχυκυκλώματα, διακοπές στο δίκτυο τροφοδοσίας. Τέτοιοι ηλεκτρικοί ενεργοποιητές εκτελούν τρεις κύριες λειτουργίες,που σχετίζονται με την επιτάχυνση, την επιβράδυνση και την ταχύτητα του κινητήρα. Αυτό βελτιώνει την αποτελεσματικότητα του εξοπλισμού σε πολλούς τομείς της τεχνολογίας.