Dažādās situācijās var būt nepieciešams pārveidot avota strāvas frekvenci par spriegumu ar regulējamu frekvenci. Tas ir nepieciešams, piemēram, darbinot asinhronos motorus, lai mainītu to ātrumu. Šajā rakstā tiks aprakstīts frekvences pārveidotāja mērķis un darbības princips.
Saturs
Kas ir frekvences pārveidotājs
Frekvences pārveidotājs (FC) ir elektroierīce, kas vienfāzes vai trīsfāžu maiņstrāvu ar frekvenci 50 Hz pārveido un bezpakāpju režīmā regulē uz līdzīgu strāvu ar frekvenci no 1 līdz 800 Hz. Šīs ierīces tiek plaši izmantotas dažādu asinhronā tipa elektrisko mašīnu darbības vadībai, piemēram, lai mainītu to ātrumu. Ir arī aparāti izmantošanai rūpnieciskos augstsprieguma tīklos.
Vienkāršie pārveidotāji regulē frekvenci un spriegumu saskaņā ar V/f raksturlīkni, bet sarežģītās ierīces izmanto vektoru vadību.
Frekvences pārveidotājs ir tehniski sarežģīta ierīce, un tā sastāv ne tikai no frekvences pārveidotāja, bet arī no pārslodzes, pārsprieguma un īsslēguma aizsardzības. Šādām iekārtām var būt arī drosele viļņu formas uzlabošanai un filtri dažādu elektromagnētisko traucējumu mazināšanai. Tiek nošķirti elektroniskie pārveidotāji un elektromehāniskās ierīces.
Frekvences pārveidotāja darbības princips
Elektroniskais frekvences pārveidotājs sastāv no vairākām pamatkomponentēm: taisngrieža, filtra, mikroprocesora un invertora.
Taisngriezis ir diodu vai tiristoru komplekts, kas pārveidotāja ieejā iztaisno sākotnējo strāvu. Diodu invertoriem ir raksturīga pilnīga pulsāciju neesamība, un tie ir lētas, bet uzticamas ierīces. Uz tiristoriem balstīti invertori nodrošina strāvas plūsmu abos virzienos un ļauj atgriezt elektroenerģiju elektrotīklā, kad motors tiek bremzēts.
Filtrs tiek izmantots tiristorizētajos blokos, lai samazinātu vai novērstu sprieguma pulsācijas. Izlīdzināšanu veic ar kapacitatīvajiem vai induktīvajiem-kapacitatīvajiem filtriem.
Mikroprocesors - ir invertora vadības un novērtēšanas bloks. Tas saņem un izvērtē signālus no sensoriem, kas ļauj regulēt invertora izejas signālu ar integrētā PID regulatora palīdzību. Šis komponents arī reģistrē un saglabā notikumu datus, reģistrē un aizsargā ierīci pret pārslodzi, īssavienojumu, analizē darbības apstākļus un izslēdzas avārijas gadījumā.
Invertors Sprieguma un strāvas kontroli izmanto, lai vadītu elektriskās mašīnas, t. i., lai nepārtraukti regulētu strāvas frekvenci. Šāda ierīce rada "tīru sinusoidālu" izejas signālu, kas ļauj to izmantot daudzos rūpnieciskos lietojumos.
Elektroniskā frekvences pārveidotāja (invertora) darbības princips ir šāds:
- Ieejas sinusoidālo maiņstrāvas vienfāzes vai trīsfāžu strāvu iztaisno ar diodu tiltu vai tiristoriem;
- Īpaši filtri (kondensatori) filtrē signālu, lai samazinātu vai novērstu sprieguma pulsācijas;
- Spriegums tiek pārveidots trīsfāzu vilnī ar noteiktiem parametriem, izmantojot mikroshēmu un tranzistoru tiltu;
- Invertora izejā taisnstūrveida impulsi tiek pārveidoti par sinusoidālu spriegumu ar noteiktiem parametriem.
Frekvences pārveidotāju veidi
Pastāv vairāki frekvenču pārveidotāju veidi, kas pašlaik ir visizplatītākie ražošanā un lietošanā:
elektromašīnu (elektroindukcijas) pārveidotāji: izmanto, ja elektronisko frekvences pārveidotāju izmantošana nav iespējama vai nav lietderīga. Tie ir asinhronie motori ar fāzes tinuma rotoriem, kas darbojas ģeneratora-konvertora režīmā.
Šīs vienības ir skalārās vadības pārveidotāji. Šī bloka izejā tiek ģenerēts noteiktas amplitūdas un frekvences spriegums, lai uzturētu noteiktu magnētisko plūsmu statora tinumos. Tos izmanto gadījumos, kad nav nepieciešams uzturēt rotora apgriezienu skaitu atkarībā no slodzes (sūkņi, ventilatori un citas iekārtas).
elektroniskie pārveidotāji: plaši izmanto visos darba apstākļos dažādām iekārtām. Šīm ierīcēm ir vektorizēta darbība, tās automātiski aprēķina statora un rotora magnētisko lauku mijiedarbību un nodrošina nemainīgu rotora ātrumu neatkarīgi no slodzes.
- Velosipēdu apvērsēji;
- Velosipēdu apvērsēji;
- līdzstrāvas savienojuma invertori:
- Strāvas avota frekvences pārveidotājs;
- Sprieguma avota frekvences pārveidotājs (ar amplitūdas vai impulsa platuma modulāciju).
Lietojuma ziņā iekārtas var būt:
- Iekārtām ar jaudu līdz 315 kW;
- vektoru pārveidotāji jaudai līdz 500 kW;
- sprādziendrošas ierīces lietošanai sprādzienbīstamā un putekļainā vidē;
- frekvenču pārveidotāji, kas uzstādīti uz elektromotoriem;
Katram frekvences pārveidotāja veidam ir zināmas priekšrocības un trūkumi, un tas ir piemērots dažādām iekārtām un slodzēm, kā arī darba apstākļiem.
Frekvences pārveidotāju var vadīt manuāli vai ārēji. Manuālā vadība tiek veikta no frekvenču pārveidotāja vadības paneļa, ko var izmantot, lai regulētu ātrumu vai apturētu darbību. Ārējo vadību nodrošina automātiskās vadības sistēmas (ACS), kas var kontrolēt visus ierīces parametrus un ļauj pārslēgt ķēdi vai darba režīmu (izmantojot frekvences pārveidotāju vai apvedceļu). Ārējā vadība ļauj arī ieprogrammēt invertoru darba apstākļiem, slodzei un laikam, ļaujot invertoram darboties automātiskajā režīmā.
Kādiem nolūkiem elektromotoram var būt nepieciešams frekvences pārveidotājs
Frekvenču pārveidotāju izmantošana samazina enerģijas izmaksas, motoru un iekārtu amortizācijas izmaksas. Tos ir iespējams izmantot lētiem vāveru būrīšu motoriem, kas samazina ražošanas izmaksas.
Daudzi elektromotori ir pakļauti bieži mainīgiem ekspluatācijas apstākļiem (bieža iedarbināšana un apturēšana, mainīga slodze). Frekvenču pārveidotāji nodrošina motora vienmērīgu iedarbināšanu un samazina maksimālo iedarbināšanas griezes momentu un iekārtas sildīšanu. Tas ir svarīgi, piemēram, pacelšanas mašīnām, un samazina pēkšņas iedarbināšanas un straujas apstāšanās negatīvo ietekmi.
Ar piedziņas pārveidotāju palīdzību ir iespējams vienmērīgi kontrolēt ventilatoru, sūkņu darbību un automatizēt tehnoloģiskos procesus (izmanto katlos, raktuvēs, naftas ieguves un pārstrādes rūpnīcās, ūdensdzirnavās un citās iekārtās).
Frekvenču pārveidotāju izmantošana konveijeros, konveijeros, liftos var palielināt to sastāvdaļu kalpošanas laiku, jo tas samazina grūdienus, triecienus un citus negatīvus faktorus, iedarbinot un apturot iekārtas. Tie var vienmērīgi palielināt un samazināt motora ātrumu, veikt reversēšanu, kas ir svarīgi daudzām augstas precizitātes rūpnieciskām iekārtām.
Frekvences pārveidotāju priekšrocības:
- Samazinātas enerģijas izmaksas: samazināto ieslēgšanās strāvu un no slodzes atkarīgās motora jaudas regulēšanas dēļ;
- Palielina aprīkojuma uzticamību un izturību: ļauj pagarināt kalpošanas laiku un pagarināt apkopes intervālus;
- Ļauj ieviest iekārtu ārējo kontroli un vadību no attālinātām datora ierīcēm un iespēju integrēt automatizācijas sistēmās;
- Frekvences pārveidotāji var apstrādāt jebkuru slodzes jaudu (no viena kilovatta līdz desmitiem megavatu);
- Īpašu komponentu klātbūtne frekvenču pārveidotājos var aizsargāt pret pārslodzēm, fāžu zudumiem un īssavienojumiem, kā arī nodrošināt drošu iekārtu darbību un izslēgšanu avārijas gadījumā.
Protams, aplūkojot šo priekšrocību sarakstu, var rasties jautājums, kāpēc tās neizmantot visiem rūpnīcas motoriem? Diemžēl atbilde ir acīmredzama, bet tā ir frekvenču pārveidotāju augstās izmaksas, to uzstādīšana un nodošana ekspluatācijā. Ne katrs uzņēmums var atļauties šīs izmaksas.
Saistītie raksti:
