Čo je to frekvenčný menič, hlavné typy a princíp činnosti

V rôznych situáciách môže byť potrebné previesť frekvenciu zdrojového prúdu na napätie s nastaviteľnou frekvenciou. To je potrebné napríklad pri spúšťaní asynchrónnych motorov na zmenu ich otáčok. Tento článok opisuje účel a princíp frekvenčného meniča.

Čo je frekvenčný menič

Frekvenčný menič (FC) je elektrický prístroj, ktorý premieňa a plynulo reguluje jednofázový alebo trojfázový striedavý prúd s frekvenciou 50 Hz na podobný prúd s frekvenciou 1 až 800 Hz. Tieto zariadenia sa široko používajú na riadenie činnosti rôznych elektrických strojov asynchrónneho typu, napr. na zmenu ich otáčok. Existujú aj prístroje na použitie v priemyselných vysokonapäťových sieťach.

Jednoduché meniče regulujú frekvenciu a napätie podľa V/f charakteristiky, zložité zariadenia používajú vektorové riadenie.

Frekvenčný menič je technicky zložité zariadenie a pozostáva nielen z frekvenčného meniča, ale má aj nadprúdovú, prepäťovú a skratovú ochranu. Takéto zariadenie môže mať aj tlmivku na zlepšenie tvaru vlny a filtre na zníženie rôznych elektromagnetických rušení. Rozlišujú sa elektronické meniče a elektromechanické zariadenia.

Princíp fungovania frekvenčného meniča

Elektronický frekvenčný menič sa skladá z niekoľkých základných komponentov: usmerňovača, filtra, mikroprocesora a meniča.

Usmerňovač má zväzok diód alebo tyristorov, ktoré usmerňujú počiatočný prúd na vstupe do meniča. Diodové meniče sa vyznačujú úplnou absenciou zvlnenia a sú to lacné, ale spoľahlivé zariadenia. Tyristorové meniče umožňujú tok prúdu v oboch smeroch a pri brzdení motora umožňujú návrat elektrickej energie do siete.

Filter sa používa v tyristorových jednotkách na zníženie alebo odstránenie zvlnenia napätia. Vyhladzovanie sa vykonáva pomocou kapacitných alebo indukčno-kapacitných filtrov.

Mikroprocesor - je riadiaca a vyhodnocovacia jednotka meniča. Prijíma a vyhodnocuje signály zo snímačov, čo umožňuje reguláciu výstupného signálu z meniča pomocou integrovaného PID regulátora. Tento komponent tiež zaznamenáva a ukladá údaje o udalostiach, registruje a chráni jednotku pred preťažením, skratom, analyzuje prevádzkové podmienky a vypína v prípade núdzového stavu.

Invertor Regulácia napätia a prúdu sa používa na riadenie elektrických strojov, t. j. na plynulú reguláciu frekvencie prúdu. Takéto zariadenie produkuje "čistý sínusový" výstup, čo umožňuje jeho použitie v mnohých priemyselných aplikáciách.

Princíp činnosti elektronického frekvenčného meniča (invertora) je nasledovný:

1. Vstupný sínusový striedavý jednofázový alebo trojfázový prúd sa usmerňuje diódovým mostíkom alebo tyristormi;
2. Špeciálne filtre (kondenzátory) filtrujú signál, aby sa znížilo alebo eliminovalo zvlnenie napätia;
3. Napätie sa pomocou mikroobvodu a tranzistorového mostíka premení na trojfázovú vlnu s definovanými parametrami;
4. Na výstupe meniča sa obdĺžnikové impulzy menia na sínusové napätie s definovanými parametrami.

Typy frekvenčných meničov

Existuje niekoľko typov frekvenčných meničov, ktoré sa v súčasnosti najčastejšie vyrábajú a používajú:

Elektro-strojové (elektroindukčné) meniče: sa používajú, ak nie je možné alebo vhodné použiť elektronické frekvenčné meniče. Sú to asynchrónne motory s rotormi s fázovým vinutím, ktoré pracujú v režime generátor-konvertor.

Tieto jednotky sú skalárne riadiace prevodníky. Výstup z tejto jednotky generuje napätie s danou amplitúdou a frekvenciou, aby sa udržal určitý magnetický tok vo vinutí statora. Používajú sa v aplikáciách, kde nie je potrebné udržiavať otáčky rotora v závislosti od zaťaženia (čerpadlá, ventilátory a iné zariadenia).

elektronické konvertory: široko používané vo všetkých prevádzkových podmienkach pre rôzne zariadenia. Tieto zariadenia sú vektorové, automaticky počítajú interakciu magnetických polí statora a rotora a zabezpečujú konštantné otáčky rotora bez ohľadu na zaťaženie.

1. Cykloobratníky;
2. Cykloobratníky;
3. Meniče s jednosmerným prúdom:

• Frekvenčný menič so zdrojom prúdu;
• Frekvenčný menič zdroja napätia (s amplitúdovou alebo šírkovo-impulznou moduláciou).

Z hľadiska použitia môže byť zariadenie:

• Pre zariadenia do 315 kW;
• vektorové meniče pre výkony do 500 kW;
• nevýbušné zariadenia na použitie vo výbušnom a prašnom prostredí;
• frekvenčné meniče namontované na elektromotoroch;

Každý typ frekvenčného meniča má určité výhody a nevýhody a je vhodný pre rôzne zariadenia a záťaže, ako aj prevádzkové podmienky.

Frekvenčný menič možno ovládať manuálne alebo externe. Manuálne ovládanie sa vykonáva z ovládacieho panela frekvenčného meniča, ktorým možno nastaviť rýchlosť alebo zastaviť prevádzku. Externé riadenie sa vykonáva pomocou automatických riadiacich systémov (ACS), ktoré dokážu monitorovať všetky parametre jednotky a umožňujú prepínanie obvodu alebo prevádzkového režimu (prostredníctvom frekvenčného meniča alebo bypassu). Externé ovládanie tiež umožňuje naprogramovať menič na prevádzkové podmienky, zaťaženie a čas, čo umožňuje prevádzku meniča v automatickom režime.

Na čo môže elektromotor potrebovať frekvenčný menič

Používanie frekvenčných meničov znižuje náklady na energiu, odpisy motorov a zariadení. Je možné ich použiť pre nízkonákladové motory s klietkou, čo znižuje výrobné náklady.

Mnohé elektromotory sú vystavené často sa meniacim prevádzkovým podmienkam (časté spúšťanie a zastavovanie, meniace sa zaťaženie). Frekvenčné meniče umožňujú plynulý rozbeh motora a znižujú maximálny rozbehový moment a zahrievanie zariadenia. To je dôležité napríklad pri zdvíhacích strojoch a znižuje negatívne účinky náhlych štartov a trhavých zastavení.

Pomocou prevodníkov pohonu je možné plynule riadiť prevádzku dúchadiel, čerpadiel a umožňuje automatizáciu technologických procesov (používa sa v kotolniach, baniach, pri výrobe a rafinácii ropy, vo vodárňach a iných zariadeniach).

Použitie frekvenčných meničov v dopravníkoch, prepravníkoch, výťahoch môže zvýšiť životnosť ich komponentov, pretože znižuje trhanie, otrasy a iné negatívne faktory pri spúšťaní a zastavovaní zariadenia. Môžu plynule zvyšovať a znižovať otáčky motora, vykonávať reverzáciu, čo je dôležité pre veľké množstvo vysoko presných priemyselných zariadení.

Výhody frekvenčných meničov:

1. Zníženie nákladov na energiu: vďaka zníženiu nábehových prúdov a regulácii výkonu motora v závislosti od zaťaženia;
2. Zvyšuje spoľahlivosť a životnosť zariadenia: Umožňuje predĺžiť životnosť a intervaly údržby;
3. Umožňuje zavedenie externého ovládania a riadenia zariadení zo vzdialených počítačových zariadení a možnosť integrácie do automatizačných systémov;
4. Frekvenčné meniče zvládnu akúkoľvek záťaž (od jedného kilowattu po desiatky megawattov);
5. Prítomnosť špeciálnych komponentov vo frekvenčných meničoch môže chrániť pred preťažením, stratou fázy a skratom, ako aj zabezpečiť bezpečnú prevádzku a vypnutie zariadenia v prípade núdze.

Samozrejme, keď sa pozriete na tento zoznam výhod, možno si poviete, prečo ich nepoužívať pre všetky motory v závode? Odpoveď je bohužiaľ zrejmá, ale sú to vysoké náklady na frekvenčné meniče, ich inštaláciu a uvedenie do prevádzky. Nie každá spoločnosť si môže dovoliť tieto náklady.

Súvisiace články: