In verschillende situaties kan het nodig zijn de frequentie van de bronstroom om te zetten in een spanning met regelbare frequentie. Dit is bijvoorbeeld nodig wanneer asynchrone motoren worden ingeschakeld om hun snelheid te veranderen. In dit artikel worden het doel en het principe van de frequentieomvormer beschreven.
Inhoud
Wat is een frequentieomvormer
Een frequentieomvormer (FC) is een elektrisch toestel dat een eenfasige of driefasige wisselstroom met een frequentie van 50 Hz omzet in en traploos regelt voor een gelijksoortige stroom met een frequentie van 1 tot 800 Hz. Deze toestellen worden op grote schaal gebruikt om de werking van diverse elektrische machines van het asynchrone type te regelen, b.v. om hun snelheid te wijzigen. Er zijn ook toestellen voor gebruik in industriële hoogspanningsnetten.
Eenvoudige converters regelen frequentie en spanning volgens een V/f-karakteristiek, complexe apparaten maken gebruik van vectorregeling.
Een frequentieomvormer is een technisch complex apparaat en bestaat niet alleen uit een frequentieomvormer, maar heeft ook een overstroom-, overspannings- en kortsluitingsbeveiliging. Dergelijke apparatuur kan ook een smoorspoel hebben om de golfvorm te verbeteren en filters om diverse elektromagnetische storingen te verminderen. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen elektronische omzetters en elektromechanische apparaten.
Werkingsprincipe van een frequentieomvormer
Een elektronische frequentieomvormer bestaat uit verschillende basiscomponenten: gelijkrichter, filter, microprocessor en omvormer.
De gelijkrichter heeft een bundel diodes of thyristors, die de beginstroom aan de ingang van de convertor gelijkrichten. Diode-omvormers worden gekenmerkt door de totale afwezigheid van rimpeling en zijn goedkope maar betrouwbare apparaten. Omvormers op basis van thyristors laten stroom in beide richtingen vloeien en maken het mogelijk elektrische energie naar het net terug te voeren wanneer de motor wordt afgeremd.
Filter wordt gebruikt in thyristor-gebaseerde eenheden om spanningsrimpel te verminderen of te elimineren. Afvlakking geschiedt met capacitieve of inductief-capacitieve filters.
De microprocessor - is de controle- en evaluatie-eenheid van de omvormer. Hij ontvangt en evalueert de signalen van de sensoren, waardoor het uitgangssignaal van de omvormer kan worden geregeld door de geïntegreerde PID-regelaar. Dit onderdeel registreert en slaat ook gebeurtenisgegevens op, registreert en beschermt de eenheid tegen overbelasting, kortsluiting, analyseert de bedrijfsomstandigheden en schakelt de eenheid uit in geval van nood.
Inverter Spannings- en stroomregeling wordt gebruikt om elektrische machines te besturen, d.w.z. om de stroomfrequentie continu aan te passen. Een dergelijk toestel produceert een "zuivere sinus"-uitgang, waardoor het in vele industriële toepassingen kan worden gebruikt.
Het werkingsprincipe van een elektronische frequentieomvormer (inverter) is als volgt:
- De ingangssinusoïdale eenfasige of driefasige wisselstroom wordt gelijkgericht door een diodebrug of thyristoren;
- Speciale filters (condensatoren) filteren het signaal om spanningsrimpels te verminderen of te elimineren;
- De spanning wordt omgezet in een driefasige golf met gedefinieerde parameters door middel van een microschakeling en een transistorbrug;
- Aan de uitgang van de omvormer worden rechthoekige pulsen omgezet in een sinusvormige spanning met gedefinieerde parameters.
Soorten frequentieomzetters
Er zijn verschillende soorten frequentie-omzetters, die momenteel het meest voor productie en gebruik in aanmerking komen:
elektro-machine (elektro-inductie) converters: worden gebruikt wanneer het gebruik van elektronische frequentieomzetters niet mogelijk of haalbaar is. Het zijn asynchrone motoren met fasegewikkelde rotors die werken in generator-convertormodus.
Deze eenheden zijn scalaire besturingsomzetters. De uitgang van deze eenheid wekt een spanning op met een bepaalde amplitude en frequentie om een bepaalde magnetische flux in de statorwikkelingen te handhaven. Zij worden gebruikt in toepassingen waar het niet nodig is het toerental van de rotor afhankelijk van de belasting te handhaven (pompen, ventilatoren en andere apparatuur).
elektronische omvormers: op grote schaal gebruikt in alle bedrijfsomstandigheden voor een verscheidenheid van apparatuur. Deze toestellen zijn vectorgestuurd, berekenen automatisch de wisselwerking tussen de magnetische velden van stator en rotor en zorgen voor een constant rotortoerental, ongeacht de belasting.
- Cycloinverters;
- Cycloinverters;
- DC link inverters:
- Frequentieomvormer met stroombron;
- Frequentieomvormer van een spanningsbron (met amplitude- of pulsbreedtemodulatie).
In termen van toepassing kan de apparatuur zijn:
- Voor apparatuur tot 315 kW;
- vectorconvertoren voor vermogens tot 500 kW;
- explosieveilige apparaten voor gebruik in explosieve en stoffige omgevingen;
- op elektromotoren gemonteerde frequentieomvormers;
Elk type frequentieomvormer heeft bepaalde voor- en nadelen en is geschikt voor verschillende apparatuur en belastingen, alsmede bedrijfsomstandigheden.
De frequentieomvormer kan handmatig of extern worden geregeld. De handmatige regeling gebeurt vanaf het bedieningspaneel van de frequentieomvormer, waarmee de snelheid kan worden aangepast of de werking kan worden gestopt. Externe regeling geschiedt door middel van automatische regelsystemen (ACS), die alle parameters van het toestel kunnen bewaken en omschakeling van het circuit of de werkingsmodus (via frequentieomvormer of bypass) mogelijk maken. Met externe besturing kan de omvormer ook worden geprogrammeerd voor bedrijfsomstandigheden, belasting en tijd, zodat de omvormer in automatische modus kan werken.
Waarvoor de elektromotor eventueel een frequentieomvormer nodig heeft
Het gebruik van frequentie-omzetters vermindert de energiekosten en de afschrijvingskosten van motoren en apparatuur. Het is mogelijk ze te gebruiken voor goedkope eekhoornkooimotoren, waardoor de productiekosten dalen.
Veel elektromotoren zijn onderhevig aan frequent veranderende bedrijfsomstandigheden (veelvuldig starten en stoppen, wisselende belastingen). Frequentieomvormers zorgen voor een soepele start van de motor en verminderen het maximale startkoppel en de verwarming van de apparatuur. Dit is bijvoorbeeld van belang bij hijsmachines en vermindert de negatieve effecten van plotselinge starts en schokkerige stops.
Met behulp van aandrijfconvertoren kan de werking van ventilatoren en pompen soepel worden geregeld en kunnen technologische processen worden geautomatiseerd (toegepast in boilers, mijnen, olieproductie- en raffinaderijen, in waterleidingbedrijven en andere fabrieken).
Het gebruik van frequentie-omzetters in transportbanden, liften kan de levensduur van de onderdelen ervan verlengen omdat het schokken, schokken en andere negatieve factoren bij het starten en stoppen van de apparatuur vermindert. Zij kunnen het motortoerental soepel verhogen en verlagen en omkeren, wat belangrijk is voor een groot aantal industriële machines met hoge precisie.
Voordelen van frequentieomvormers:
- Lagere energiekosten: dankzij lagere inschakelstromen en belastingafhankelijke motorvermogensregeling;
- Verhoogt de betrouwbaarheid en duurzaamheid van de apparatuur: maakt een langere levensduur en langere onderhoudsintervallen mogelijk;
- Maakt de invoering mogelijk van externe besturing en beheer van apparatuur vanaf computers op afstand en de mogelijkheid om te worden geïntegreerd in automatiseringssystemen;
- Frequentieomvormers kunnen elke belastingscapaciteit aan (van één kilowatt tot tientallen megawatts);
- De aanwezigheid van speciale componenten in frequentie-omzetters kan bescherming bieden tegen overbelasting, fase-uitval en kortsluiting, en zorgen voor een veilige werking en uitschakeling van apparatuur in geval van nood.
Als u deze lijst met voordelen bekijkt, kunt u zich natuurlijk afvragen waarom u ze niet voor alle motoren in een installatie zou gebruiken. Het antwoord ligt helaas voor de hand, maar het zijn de hoge kosten van frequentie-omzetters, hun installatie en inbedrijfstelling. Niet elk bedrijf kan zich deze kosten veroorloven.
Verwante artikelen:
