I forskellige situationer kan det være nødvendigt at konvertere kildestrømsfrekvensen til en spænding med justerbar frekvens. Dette er f.eks. nødvendigt, når asynkrone motorer skal køre for at ændre deres hastighed. I denne artikel beskrives formålet med og princippet for frekvensomformeren.
Indhold
Hvad er en frekvensomformer
En frekvensomformer (FC) er et elektrisk apparat, der konverterer og trinløst regulerer en enfaset eller trefaset vekselstrøm med en frekvens på 50 Hz til en tilsvarende strøm med en frekvens på 1 til 800 Hz. Disse anordninger anvendes i vid udstrækning til at styre driften af forskellige elektriske maskiner af asynkron type, f.eks. til at ændre deres hastighed. Der findes også apparater til brug i industrielle højspændingsnet.
Simple omformere regulerer frekvens og spænding i henhold til en V/f-karakteristik, mens komplekse enheder anvender vektorstyring.
En frekvensomformer er en teknisk kompleks enhed og består ikke kun af en frekvensomformer, men har også overstrøms-, overspændings- og kortslutningsbeskyttelse. Sådant udstyr kan også have en drosselspole til forbedring af bølgeformen og filtre til reduktion af forskellige elektromagnetiske forstyrrelser. Der skelnes mellem elektroniske omformere og elektromekaniske anordninger.
Funktionsprincip for en frekvensomformer
En elektronisk frekvensomformer består af flere grundlæggende komponenter: ensretter, filter, mikroprocessor og inverter.
Ensretteren har et bundt af dioder eller thyristorer, som ensretter den oprindelige strøm ved indgangen til omformeren. Diodeinvertere er kendetegnet ved, at de er helt uden ripple og er billige, men pålidelige enheder. Thyristorbaserede invertere muliggør strømgennemstrømning i begge retninger og gør det muligt at returnere elektrisk energi til nettet, når motoren bremses.
Filter anvendes i thyristorbaserede enheder til at reducere eller fjerne spændingsbølger. Udjævning sker med kapacitive eller induktivt-kapacitive filtre.
Mikroprocessoren - er inverterens kontrol- og evalueringsenhed. Den modtager og evaluerer signalerne fra sensorerne, hvilket gør det muligt at regulere udgangssignalet fra inverteren ved hjælp af den integrerede PID-regulator. Denne komponent registrerer og gemmer også hændelser, logger og beskytter enheden mod overbelastning, kortslutninger, analyserer driftstilstanden og lukker ned i tilfælde af en nødsituation.
Inverter Spændings- og strømstyring bruges til at styre elektriske maskiner, dvs. til løbende at justere strømfrekvensen. En sådan enhed producerer et "rent sinus"-output, hvilket gør det muligt at bruge den i mange industrielle applikationer.
Princippet for en elektronisk frekvensomformer (inverter) er som følger:
- Den indgående sinusformede en- eller trefasede vekselstrøm ensformet eller trefaset strøm ensrettes af en diodebro eller thyristorer;
- Særlige filtre (kondensatorer) filtrerer signalet for at reducere eller fjerne spændingsbølger;
- Spændingen omdannes til en trefaset bølge med definerede parametre ved hjælp af et mikrokredsløb og en transistorbro;
- Ved inverterens udgang omdannes rektangulære impulser til en sinusformet spænding med definerede parametre.
Typer af frekvensomformere
Der findes flere forskellige typer frekvensomformere, som i øjeblikket er de mest almindelige i produktion og brug:
Elektromaskine-omformere (elektroinduktionsomformere): anvendes, når det ikke er muligt eller gennemførligt at anvende elektroniske frekvensomformere. Det er asynkrone motorer med faseopviklede rotorer, der fungerer i generator-konverter-tilstand.
Disse enheder er konvertere til skalarisk styring. Udgangen fra denne enhed genererer en spænding med en given amplitude og frekvens for at opretholde en bestemt magnetisk flux i statorviklingen. De anvendes i applikationer, hvor det ikke er nødvendigt at opretholde rotorhastigheden afhængigt af belastningen (pumper, ventilatorer og andet udstyr).
elektroniske omformere: anvendes i vid udstrækning under alle driftsforhold til en række forskellige former for udstyr. Disse enheder er vektorbaserede, de beregner automatisk samspillet mellem statorens og rotors magnetfelter og sikrer en konstant rotorhastighed uanset belastning.
- Cycloinvertere;
- Cycloinvertere;
- DC link invertere:
- Strømkilde-frekvensomformer;
- Frekvensomformer af en spændingskilde (med amplitude- eller pulsbreddemodulation).
Med hensyn til anvendelse kan udstyret være:
- Til udstyr på op til 315 kW;
- vektoromformere til ydelser på op til 500 kW;
- eksplosionssikre anordninger til brug i eksplosive og støvede miljøer;
- frekvensomformere monteret på elmotorer;
Hver type frekvensomformer har visse fordele og ulemper og er velegnet til forskelligt udstyr og forskellige belastninger samt driftsforhold.
Frekvensomformeren kan styres manuelt eller eksternt. Manuel styring udføres fra frekvensomformerens kontrolpanel, som kan bruges til at justere hastigheden eller stoppe driften. Ekstern styring udføres ved hjælp af automatiske styresystemer (ACS), som kan overvåge alle enhedens parametre og tillade skift af kredsløb eller driftstilstand (via frekvensomformer eller bypass). Ekstern styring gør det også muligt at programmere inverteren til driftsbetingelser, belastning og tid, så inverteren kan fungere i automatisk tilstand.
Hvad den elektriske motor kan have brug for en frekvensomformer til
Brugen af frekvensomformere reducerer energiomkostningerne og afskrivningsomkostningerne for motorer og udstyr. Det er muligt at bruge dem til billige egernkoblingsmotorer, hvilket reducerer produktionsomkostningerne.
Mange elmotorer er udsat for hyppigt skiftende driftsforhold (hyppige starter og stop, varierende belastninger). Frekvensomformere gør det muligt for motoren at starte jævnt og reducerer det maksimale startmoment og opvarmningen af udstyret. Dette er vigtigt for f.eks. i hejse- og løftemaskiner og reducerer de negative virkninger af pludselige starter og rykagtige stop.
Ved hjælp af drevkonvertere er det muligt at styre driften af blæsere og pumper problemfrit og muliggør automatisering af teknologiske processer (anvendes i kedler, miner, olieproduktion og raffinaderier, vandværker og andre anlæg).
Brugen af frekvensomformere i transportører, transportører og elevatorer kan forlænge levetiden for deres komponenter, fordi det reducerer ryk, stød og andre negative faktorer ved start og stop af udstyret. De kan jævnt øge og sænke motorhastigheden og udføre reversering, hvilket er vigtigt for et stort antal industrielt udstyr med høj præcision.
Fordele ved frekvensomformere:
- Reducerede energiomkostninger: på grund af reducerede indløbsstrømme og belastningsafhængig regulering af motoreffekt;
- Øger udstyrets pålidelighed og holdbarhed: Giver mulighed for længere levetid og længere vedligeholdelsesintervaller;
- Gør det muligt at indføre ekstern kontrol og styring af udstyr fra eksterne computerenheder og mulighed for at blive integreret i automatiseringssystemer;
- Frekvensomformere kan håndtere enhver belastningskapacitet (fra en kilowatt til flere ti megawatt);
- Tilstedeværelsen af særlige komponenter i frekvensomformere kan beskytte mod overbelastning, fasetab og kortslutninger samt sikre sikker drift og nedlukning af udstyret i nødstilfælde.
Når du ser på denne liste over fordele, kan du selvfølgelig spørge dig selv, hvorfor du ikke bruger dem til alle motorer i et anlæg? Svaret er desværre indlysende, men det er de høje omkostninger ved frekvensomformere, deres installation og idriftsættelse. Det er ikke alle virksomheder, der har råd til disse omkostninger.
Relaterede artikler:
