Különböző helyzetekben szükséges lehet a forrásáram frekvenciájának átalakítása állítható frekvenciájú feszültséggé. Erre például aszinkronmotorok működtetésekor van szükség a fordulatszámuk változtatásához. Ez a cikk a frekvenciaváltó célját és elvét ismerteti.
Tartalomjegyzék
Mi az a frekvenciaváltó
A frekvenciaváltó (FC) olyan elektromos készülék, amely az 50 Hz frekvenciájú egyfázisú vagy háromfázisú váltakozó áramot 1-800 Hz frekvenciájú hasonló árammá alakítja és fokozatmentesen szabályozza. Ezeket az eszközöket széles körben használják különböző aszinkron típusú villamos gépek működésének vezérlésére, például fordulatszámuk változtatására. Léteznek ipari nagyfeszültségű hálózatokban használható készülékek is.
Az egyszerű átalakítók a frekvenciát és a feszültséget V/f karakterisztika szerint szabályozzák, az összetett eszközök vektorvezérlést alkalmaznak.
A frekvenciaváltó műszakilag összetett eszköz, amely nemcsak frekvenciaváltóból áll, hanem túláram-, túlfeszültség- és rövidzárlat-védelemmel is rendelkezik. Az ilyen berendezések a hullámforma javítása érdekében fojtószeleppel és a különböző elektromágneses zavarok csökkentésére szolgáló szűrőkkel is rendelkezhetnek. Különbséget kell tenni az elektronikus átalakítók és az elektromechanikus eszközök között.
A frekvenciaváltó működési elve
Az elektronikus frekvenciaváltó több alapvető komponensből áll: egyenirányító, szűrő, mikroprocesszor és inverter.
Az egyenirányító egy csomó diódával vagy tirisztorral rendelkezik, amelyek egyenirányítják az átalakító bemenetén lévő kezdeti áramot. A diódás invertereket a hullámzás teljes hiánya jellemzi, és olcsó, de megbízható eszközök. A tirisztoros inverterek mindkét irányban lehetővé teszik az áramáramlást, és a motor fékezésekor az elektromos energia visszatáplálását a hálózatba.
Szűrő a tirisztor-alapú egységekben a feszültséghullámzás csökkentésére vagy kiküszöbölésére használják. A simítás kapacitív vagy induktív-kapacitív szűrőkkel történik.
A mikroprocesszor - az inverter vezérlő és kiértékelő egysége. Fogadja és kiértékeli az érzékelők jeleit, ami lehetővé teszi, hogy az inverter kimeneti jelét a beépített PID-szabályozó szabályozza. Ez a komponens rögzíti és tárolja az eseményadatokat, regisztrálja és védi a készüléket túlterhelés, rövidzárlat ellen, elemzi a működési feltételeket, és vészhelyzet esetén leállítja a készüléket.
Inverter A feszültség- és áramszabályozást elektromos gépek vezérlésére, azaz az áram frekvenciájának folyamatos beállítására használják. Egy ilyen készülék "tiszta szinuszos" kimenetet állít elő, ami lehetővé teszi, hogy számos ipari alkalmazásban használják.
Az elektronikus frekvenciaváltó (inverter) működési elve a következő:
- A bemeneti szinuszos egyfázisú vagy háromfázisú váltakozó áramot diódahíd vagy tirisztorok egyenirányítják;
- Speciális szűrők (kondenzátorok) szűrik a jelet a feszültséghullámzás csökkentése vagy megszüntetése érdekében;
- A feszültséget egy mikroáramkör és egy tranzisztorhíd segítségével háromfázisú hullámmá alakítják át, meghatározott paraméterekkel;
- Az inverter kimenetén a téglalap alakú impulzusokat meghatározott paraméterekkel rendelkező szinuszos feszültséggé alakítják át.
A frekvenciaváltók típusai
A frekvenciaváltóknak több típusa létezik, amelyek jelenleg a legelterjedtebbek a gyártás és a használat szempontjából:
Elektromos gépi (elektroindukciós) átalakítók: akkor használják, ha elektronikus frekvenciaváltók használata nem lehetséges vagy nem kivitelezhető. Ezek aszinkronmotorok, amelyek generátor-átalakító üzemmódban működő, fázistekercselt forgórészekkel rendelkeznek.
Ezek az egységek skalárvezérlésű átalakítók. Ennek az egységnek a kimenete egy adott amplitúdójú és frekvenciájú feszültséget generál annak érdekében, hogy az állórész tekercsekben egy bizonyos mágneses fluxust tartson fenn. Olyan alkalmazásokban használják, ahol nem szükséges a rotor fordulatszámának a terhelés függvényében történő fenntartása (szivattyúk, ventilátorok és egyéb berendezések).
elektronikus átalakítók: széles körben használják minden üzemi körülmények között a legkülönbözőbb berendezéseknél. Ezek az eszközök vektoralapúak, automatikusan kiszámítják az állórész és a forgórész mágneses mezőinek kölcsönhatását, és terheléstől függetlenül állandó rotorfordulatszámot biztosítanak.
- Cycloinverterek;
- Cycloinverterek;
- DC link inverterek:
- Áramforrás frekvenciaváltó;
- Feszültségforrás frekvenciaváltója (amplitúdó- vagy impulzusszélesség-modulációval).
Az alkalmazás szempontjából a berendezés lehet:
- 315 kW-ig terjedő berendezésekhez;
- vektoros átalakítók 500 kW teljesítményig;
- robbanásbiztos eszközök robbanásveszélyes és poros környezetben való használatra;
- villanymotorokra szerelt frekvenciaváltók;
Minden egyes frekvenciaváltó típusnak vannak bizonyos előnyei és hátrányai, és különböző berendezésekhez és terhelésekhez, valamint működési feltételekhez alkalmasak.
A frekvenciaváltó kézi vagy külső vezérléssel is vezérelhető. A kézi vezérlés a frekvenciaváltó vezérlőpaneléről történik, amellyel a fordulatszámot lehet beállítani vagy a működést leállítani. A külső vezérlés automatikus vezérlőrendszerekkel (ACS) történik, amelyek képesek a készülék összes paraméterét felügyelni, és lehetővé teszik az áramkör vagy a működési mód átkapcsolását (frekvenciaváltón vagy bypasson keresztül). A külső vezérlés azt is lehetővé teszi, hogy az invertert az üzemi körülmények, a terhelés és az idő függvényében programozzák, így az inverter automatikus üzemmódban működhet.
Mihez lehet szüksége a villanymotornak frekvenciaváltóra?
A frekvenciaváltók használata csökkenti az energiaköltségeket, a motorok és berendezések amortizációs költségeit. Lehetőség van arra, hogy ezeket alacsony költségű, rövidzáras motorokhoz használják, ami csökkenti a gyártási költségeket.
Sok villanymotor gyakran változó üzemi körülmények között működik (gyakori indítás és leállítás, változó terhelés). A frekvenciaváltók lehetővé teszik a motor egyenletes indítását, és csökkentik a maximális indítási nyomatékot és a berendezés melegedését. Ez például az emelőgépeknél fontos, és csökkenti a hirtelen indítások és a rángatózó megállások negatív hatásait.
A meghajtó átalakítók segítségével zökkenőmentesen szabályozható a fúvók, szivattyúk működése, és lehetővé teszi a technológiai folyamatok automatizálását (kazánokban, bányákban, olajtermelésben és finomítókban, vízművekben és más üzemekben használják).
A frekvenciaváltók használata a szállítószalagokban, szállítóberendezésekben, felvonókban növelheti az alkatrészek élettartamát, mivel csökkenti a rángásokat, ütéseket és egyéb negatív tényezőket a berendezés indításakor és leállításakor. Ezek simán növelhetik és csökkenthetik a motor sebességét, fordított fordulatszámot végezhetnek, ami számos nagy pontosságú ipari berendezésnél fontos.
A frekvenciaváltók előnyei:
- Csökkentett energiaköltségek: a csökkentett indítóáramok és a terhelésfüggő motorteljesítmény-szabályozás miatt;
- Növeli a berendezések megbízhatóságát és tartósságát: Lehetővé teszi a hosszabb élettartamot és a hosszabb karbantartási időközöket;
- Lehetővé teszi a berendezések távoli számítógépes eszközökről történő külső vezérlését és kezelését, valamint az automatizálási rendszerekbe való integrálhatóságot;
- A frekvenciaváltók bármilyen terhelhetőséget képesek kezelni (egy kilowattól több tíz megawattig);
- A speciális alkatrészek jelenléte a frekvenciaváltókban védelmet nyújthat a túlterhelés, a fázisvesztés és a rövidzárlatok ellen, valamint vészhelyzet esetén biztosítja a berendezések biztonságos működését és leállítását.
Persze, ha megnézi ezt az előnyök listáját, elgondolkodhat azon, hogy miért ne használhatná ezeket az összes motorra egy üzemben? A válasz sajnos nyilvánvaló, de ez a frekvenciaváltók magas költsége, telepítésük és üzembe helyezésük. Nem minden vállalat engedheti meg magának ezeket a költségeket.
Kapcsolódó cikkek:
