Co je to frekvenční měnič, hlavní typy a princip činnosti

V různých situacích může být nutné převést frekvenci proudu zdroje na napětí s nastavitelnou frekvencí. To je nutné například při spouštění asynchronních motorů pro změnu jejich otáček. Tento článek popisuje účel a princip frekvenčního měniče.

Co je to frekvenční měnič

Frekvenční měnič (FC) je elektrický přístroj, který převádí a plynule reguluje jednofázový nebo třífázový střídavý proud o frekvenci 50 Hz na podobný proud o frekvenci 1 až 800 Hz. Tato zařízení se hojně používají k řízení provozu různých elektrických strojů asynchronního typu, např. ke změně jejich otáček. Existují také přístroje pro použití v průmyslových sítích vysokého napětí.

Jednoduché měniče regulují frekvenci a napětí podle V/f charakteristiky, složitá zařízení používají vektorové řízení.

Frekvenční měnič je technicky složité zařízení a skládá se nejen z měniče frekvence, ale má také ochranu proti nadproudu, přepětí a zkratu. Takové zařízení může mít také tlumivku pro zlepšení tvaru vlny a filtry pro snížení různých elektromagnetických rušení. Rozlišují se elektronické měniče a elektromechanická zařízení.

Princip činnosti frekvenčního měniče

Elektronický měnič frekvence se skládá z několika základních komponent: usměrňovače, filtru, mikroprocesoru a měniče.

Usměrňovač má svazek diod nebo tyristorů, které usměrňují počáteční proud na vstupu měniče. Diodové měniče se vyznačují naprostou absencí zvlnění a jsou to levná, ale spolehlivá zařízení. Tyristorové měniče umožňují průtok proudu oběma směry a při brzdění motoru umožňují návrat elektrické energie do sítě.

Filtr se používá v tyristorových jednotkách ke snížení nebo odstranění zvlnění napětí. Vyhlazení se provádí pomocí kapacitních nebo indukčně-kapacitních filtrů.

Mikroprocesor - je řídicí a vyhodnocovací jednotka měniče. Přijímá a vyhodnocuje signály ze snímačů, což umožňuje regulaci výstupního signálu z měniče pomocí integrovaného PID regulátoru. Tato součást také zaznamenává a ukládá data o událostech, registruje a chrání jednotku před přetížením, zkratem, analyzuje provozní podmínky a vypíná ji v případě nouze.

Měnič Napěťová a proudová regulace se používá k řízení elektrických strojů, tj. k plynulé regulaci frekvence proudu. Takové zařízení produkuje "čistý sinusový" výstup, což umožňuje jeho použití v mnoha průmyslových aplikacích.

Princip činnosti elektronického měniče frekvence (invertoru) je následující:

1. Vstupní sinusový střídavý jednofázový nebo třífázový proud je usměrněn diodovým můstkem nebo tyristory;
2. Speciální filtry (kondenzátory) filtrují signál, aby se snížilo nebo eliminovalo zvlnění napětí;
3. Napětí je pomocí mikroobvodu a tranzistorového můstku převedeno na třífázovou vlnu s definovanými parametry;
4. Na výstupu měniče jsou obdélníkové impulsy převedeny na sinusové napětí s definovanými parametry.

Typy frekvenčních měničů

Existuje několik typů frekvenčních měničů, které se v současné době nejčastěji vyrábějí a používají:

Elektro-strojové (elektroindukční) měniče: se používají v aplikacích, kde není možné nebo účelné použít elektronické frekvenční měniče. Jedná se o asynchronní motory s fázově vinutými rotory, které pracují v režimu generátor-konvertor.

Tyto jednotky jsou skalární řídicí převodníky. Výstup z této jednotky generuje napětí o dané amplitudě a frekvenci, aby se udržoval určitý magnetický tok ve statorovém vinutí. Používají se v aplikacích, kde není nutné udržovat otáčky rotoru v závislosti na zatížení (čerpadla, ventilátory a další zařízení).

elektronické měniče: široce používané ve všech provozních podmínkách pro různá zařízení. Tato zařízení jsou vektorová, automaticky počítají interakci magnetických polí statoru a rotoru a zajišťují konstantní otáčky rotoru bez ohledu na zatížení.

1. Cykloobraceče;
2. Cykloobraceče;
3. Střídače stejnosměrného proudu:

• Měnič frekvence se zdrojem proudu;
• Frekvenční měnič zdroje napětí (s amplitudovou nebo šířkově pulzní modulací).

Z hlediska použití může být zařízení:

• Pro zařízení do 315 kW;
• vektorové měniče pro výkony do 500 kW;
• nevýbušná zařízení pro použití ve výbušném a prašném prostředí;
• frekvenční měniče namontované na elektromotorech;

Každý typ frekvenčního měniče má určité výhody a nevýhody a je vhodný pro různá zařízení a zátěže i provozní podmínky.

Měnič frekvence lze ovládat ručně nebo externě. Ruční ovládání se provádí z ovládacího panelu frekvenčního měniče, kterým lze nastavit otáčky nebo zastavit provoz. Externí řízení se provádí pomocí automatických řídicích systémů (ACS), které mohou sledovat všechny parametry zařízení a umožňují přepínání obvodu nebo provozního režimu (prostřednictvím frekvenčního měniče nebo bypassu). Externí řízení také umožňuje naprogramovat měnič na provozní podmínky, zatížení a čas, což umožňuje provoz měniče v automatickém režimu.

K čemu může elektromotor potřebovat frekvenční měnič

Použití frekvenčních měničů snižuje náklady na energii, odpisy motorů a zařízení. Je možné je použít pro nízkonákladové motory s klecí, což snižuje výrobní náklady.

Mnoho elektromotorů je vystaveno často se měnícím provozním podmínkám (časté spouštění a zastavování, proměnlivé zatížení). Frekvenční měniče umožňují plynulý rozběh motoru a snižují maximální rozběhový moment a zahřívání zařízení. To je důležité například u zvedacích strojů a snižuje negativní účinky náhlých rozjezdů a trhavých zastavení.

Pomocí pohonných měničů je možné plynule řídit provoz dmychadel, čerpadel a umožňuje automatizaci technologických procesů (používá se v kotelnách, dolech, při výrobě a zpracování ropy, ve vodárnách a dalších provozech).

Použití frekvenčních měničů u dopravníků, dopravníků a výtahů může zvýšit životnost jejich součástí, protože snižuje trhání, otřesy a další negativní faktory při spouštění a zastavování zařízení. Mohou plynule zvyšovat a snižovat otáčky motoru, provádět reverzaci, což je důležité pro velké množství vysoce přesných průmyslových zařízení.

Výhody frekvenčních měničů:

1. Snížení nákladů na energii: díky snížení rozběhových proudů a regulaci výkonu motoru v závislosti na zatížení;
2. Zvyšuje spolehlivost a životnost zařízení: Umožňuje prodloužení životnosti a prodloužení intervalů údržby;
3. Umožňuje zavedení externího ovládání a správy zařízení ze vzdálených počítačových zařízení a možnost integrace do automatizačních systémů;
4. Frekvenční měniče zvládnou jakoukoli zátěž (od jednoho kilowattu až po desítky megawattů);
5. Přítomnost speciálních komponentů v měničích frekvence může chránit před přetížením, ztrátou fáze a zkratem a také zajistit bezpečný provoz a vypnutí zařízení v případě nouze.

Při pohledu na tento seznam výhod vás samozřejmě napadne, proč je nepoužívat pro všechny motory v závodě? Odpověď je bohužel zřejmá, ale jsou to vysoké náklady na frekvenční měniče, jejich instalaci a uvedení do provozu. Ne každá společnost si může tyto náklady dovolit.

Související články: