V različnih situacijah bo morda potrebno pretvoriti frekvenco toka vira v napetost nastavljive frekvence. To je potrebno na primer pri delovanju asinhronih motorjev za spreminjanje njihove hitrosti vrtenja. Ta članek bo obravnaval namen in načelo frekvenčnega pretvornika.
Vsebina
Kaj je frekvenčni pretvornik
Frekvenčni pretvornik (FC) - je električna naprava, ki pretvarja in gladko uravnava enofazni ali trifazni izmenični tok s frekvenco 50 Hz v tok podobne vrste s frekvenco od 1 do 800 Hz. Takšne naprave se pogosto uporabljajo za nadzor delovanja različnih električnih strojev asinhronega tipa, na primer za spreminjanje njihove hitrosti. Obstajajo tudi naprave za uporabo v industrijskih visokonapetostnih omrežjih.
Preprosti pretvorniki regulirajo frekvenco in napetost glede na V/f karakteristiko, kompleksne naprave uporabljajo vektorsko krmiljenje.
Frekvenčni pretvornik je tehnično zapletena naprava in ni sestavljen le iz frekvenčnega pretvornika, ampak ima tudi zaščito pred prenapetostjo, prenapetostjo in kratkim stikom.Takšna oprema ima lahko tudi dušilko za izboljšanje oblike signala in filtre za zmanjšanje različnih elektromagnetnih motenj. Razlikujemo med elektronskimi pretvorniki in elektromehanskimi napravami.
Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika
Elektronski pretvornik je sestavljen iz več glavnih komponent: usmernika, filtra, mikroprocesorja in pretvornika.
Usmernik ima snop diod ali tiristorjev, ki usmerjajo začetni tok na vhodu v pretvornik. Za diodne pretvornike je značilna popolna odsotnost valovanja, so poceni, a zanesljive naprave. Tiristorski pretvorniki omogočajo, da tok teče v obe smeri in omogočajo vračanje električne energije v omrežje, ko je motor zaviran.
Filter se uporablja v tiristorskih napravah za zmanjšanje ali odpravo valovanja napetosti. Glajenje se izvaja s kapacitivnimi ali induktivno-kapacitivnimi filtri.
Mikroprocesor - je enota za krmiljenje in vrednotenje pretvornika. Sprejema in obdeluje signale iz senzorjev, kar omogoča krmiljenje izhodnega signala iz pretvornika z integriranim PID krmilnikom. Ta komponenta tudi beleži in shranjuje podatke o dogodkih, registrira in ščiti enoto pred preobremenitvami, kratkimi stiki, analizira način delovanja in izklopi enoto v primeru nujnega delovanja.
Inverter napetosti in toka se uporablja za krmiljenje električnih strojev, to je za nemoteno regulacijo frekvence toka. Takšna naprava oddaja "čisti sinus", kar vam omogoča uporabo v številnih panogah.
Načelo delovanja elektronskega frekvenčnega pretvornika (inverterja) je naslednje:
- Vhodni sinusni izmenični enofazni ali trifazni tok se popravi z diodnim mostom ali tiristorji;
- Posebni filtri (kondenzatorji) se uporabljajo za filtriranje signala za zmanjšanje ali odpravo valovanja napetosti;
- Napetost se pretvori v trifazni val z določenimi parametri s pomočjo mikrovezja in tranzistorskega mostu;
- Na izhodu pretvornika se pravokotni impulzi pretvorijo v sinusno napetost z določenimi parametri.
Vrste frekvenčnih pretvornikov
Obstaja več vrst frekvenčnih pretvornikov, ki so trenutno najpogostejši za proizvodnjo in uporabo:
Elektrostrojni (elektroindukcijski) pretvorniki: se uporabljajo, kadar je uporaba elektronskih frekvenčnih pretvornikov nemogoča ali nepraktična. Strukturno so takšne naprave asinhroni motorji s fazno navitim rotorjem, ki delujejo v načinu generator-pretvornik.
Te naprave so pretvorniki s skalarnim krmiljenjem. Na izhodu te naprave se ustvari napetost določene amplitude in frekvence, da se ohrani določen magnetni pretok v navitjih statorja. Uporabljajo se, kadar ni potrebno vzdrževati hitrosti rotorja glede na obremenitev (črpalke, ventilatorji in druga oprema).
Elektronski pretvorniki: Široko uporabljen v vseh delovnih pogojih za različno opremo. Takšne naprave so vektorske naprave, samodejno izračunajo interakcijo magnetnih polj statorja in rotorja in zagotavljajo konstantno vrednost hitrosti rotorja ne glede na obremenitev.
- Cikloinverterji;
- Cikloinverterji;
- DC frekvenčni pretvorniki z enosmernim vmesnim členom:
- Frekvenčni pretvornik tokovnega vira;
- Frekvenčni pretvornik napetostnega vira (z amplitudno ali impulzno širinsko modulacijo).
Glede uporabe je oprema lahko:
- Za opremo do 315 kW;
- vektorski pretvorniki za moč do 500 kW;
- Eksplozijsko varne naprave za uporabo v eksplozivnih in prašnih pogojih;
- frekvenčni pretvorniki, nameščeni na elektromotorje;
Vsaka vrsta frekvenčnega pretvornika ima določene prednosti in slabosti in je uporabna za različno opremo in obremenitve ter delovne pogoje.
Frekvenčni pretvornik je mogoče krmiliti ročno ali zunanje.Ročno krmiljenje se izvaja z nadzorne plošče frekvenčnega pretvornika, ki lahko prilagodi hitrost ali zaustavi delovanje. Zunanji nadzor se izvaja s pomočjo avtomatskih krmilnih sistemov (ACS), ki lahko krmilijo vse parametre naprave in omogočajo preklapljanje tokokroga ali načina delovanja (preko frekvenčnega pretvornika ali obvoda). Zunanji nadzor omogoča tudi programiranje delovanja pretvornika glede na pogoje delovanja, obremenitev, čas, kar omogoča delo v avtomatskem načinu.
Za kaj elektromotor morda potrebuje frekvenčni pretvornik
Uporaba frekvenčnih pretvornikov omogoča zmanjšanje stroškov energije, stroškov amortizacije motorjev in opreme. Možno jih je uporabiti za poceni motorje s kletkastim rotorjem, kar zmanjša proizvodne stroške.
Številni elektromotorji delujejo v pogojih pogosto spreminjajočih se načinov delovanja (pogosti zagoni in zaustavitve, različne obremenitve). Frekvenčni pretvorniki omogočajo nemoten zagon elektromotorja in zmanjšajo največji začetni navor in ogrevanje opreme. To je pomembno na primer pri dvižnih strojih in pomaga zmanjšati negativne učinke nenadnih zagonov ter odpraviti nihanje tovora in sunke pri ustavljanju.
S pomočjo FC je možno nemoteno regulirati delo ventilatorjev, črpalk in omogoča avtomatizacijo tehnoloških procesov (uporablja se v kotlovnicah, rudnikih, naftnih in rafinerijah, v vodovodnih postajah in drugih obratih).
Uporaba frekvenčnih pretvornikov v transporterjih, transporterjih, dvigalih lahko podaljša življenjsko dobo njihovih enot, saj zmanjša sunke, udarce in druge negativne dejavnike pri zagonu in zaustavitvi opreme. Lahko gladko povečajo in zmanjšajo frekvenco vrtenja motorja, izvajajo vzvratno gibanje, kar je pomembno za veliko število visoko natančne industrijske opreme.
Prednosti frekvenčnih pretvornikov:
- Zmanjšani stroški energije: z zmanjšanjem zagonskih tokov in prilagajanjem moči motorja glede na obremenitev;
- Povečajte zanesljivost in vzdržljivost opreme: omogoča podaljšanje življenjske dobe in podaljšanje obdobja od enega vzdrževanja do drugega;
- Omogoča uvedbo zunanjega nadzora in upravljanja opreme z oddaljenih računalniških naprav ter možnost vgradnje v sisteme avtomatizacije;
- Frekvenčni pretvorniki lahko delujejo s katero koli obremenitvijo (od enega kilovata do več deset megavatov);
- Prisotnost posebnih komponent v frekvenčnih pretvornikih vam omogoča zaščito pred preobremenitvami, faznimi izgubami in kratkimi stiki ter zagotovite varno delovanje in zaustavitev opreme v nujnih primerih.
Seveda se lahko ob pogledu na takšen seznam prednosti vprašamo, zakaj se ne uporabljajo za vse motorje v podjetju? Odgovor je očiten, žal, vendar so visoki stroški frekvenčnih pretvornikov, njihova namestitev in zagon. Teh stroškov si ne more privoščiti vsako podjetje.
Povezani članki:
