Vad är en frekvensomvandlare, de viktigaste typerna och hur den fungerar?

I olika situationer kan det vara nödvändigt att omvandla källströmsfrekvensen till en spänning med justerbar frekvens. Detta krävs t.ex. när asynkronmotorer körs för att ändra deras hastighet. I den här artikeln beskrivs frekvensomvandlarens syfte och princip.

Vad är en frekvensomvandlare

En frekvensomvandlare (FC) är en elektrisk apparat som omvandlar och steglöst reglerar en enfasig eller trefasig växelström med en frekvens på 50 Hz till en liknande ström med en frekvens på 1-800 Hz. Dessa anordningar används ofta för att styra driften av olika elektriska maskiner av asynkron typ, t.ex. för att ändra deras hastighet. Det finns också apparater för användning i industriella högspänningsnät.

Enkla omvandlare reglerar frekvens och spänning enligt en V/f-karaktäristik, komplexa enheter använder vektorstyrning.

En frekvensomriktare är en tekniskt komplex anordning som inte bara består av en frekvensomriktare utan även har överströms-, överspännings- och kortslutningsskydd. Sådan utrustning kan också ha en dropp för att förbättra vågformen och filter för att minska olika elektromagnetiska störningar. Man skiljer mellan elektroniska omvandlare och elektromekaniska anordningar.

Funktionsprincipen för en frekvensomvandlare

En elektronisk frekvensomvandlare består av flera grundläggande komponenter: likriktare, filter, mikroprocessor och växelriktare.

Likriktaren har en grupp dioder eller tyristorer som likriktar den ursprungliga strömmen vid omvandlarens ingång. Diodomriktare kännetecknas av att de inte har någon rippel och är billiga men tillförlitliga enheter. Thyristorbaserade växelriktare möjliggör strömflöde i båda riktningarna och gör det möjligt att återföra elektrisk energi till nätet när motorn bromsas.

Filter används i thyristorbaserade enheter för att minska eller eliminera spänningsrippel. Utjämning sker med kapacitiva eller induktiva-kapacitativa filter.

Mikroprocessorn - är växelriktarens styr- och utvärderingsenhet. Den tar emot och utvärderar signalerna från sensorerna, vilket gör det möjligt för den integrerade PID-regulatorn att reglera utgångssignalen från växelriktaren. Denna komponent registrerar och lagrar också händelser, loggar och skyddar enheten mot överbelastning, kortslutningar, analyserar driftläget och stänger av i nödsituationer.

Inverter Spännings- och strömstyrning används för att styra elektriska maskiner, dvs. för att kontinuerligt justera strömfrekvensen. En sådan enhet producerar en "ren sinus", vilket gör att den kan användas i många industriella tillämpningar.

Principen för en elektronisk frekvensomvandlare (inverter) är följande:

1. Den ingående sinusformiga en- eller trefasiga växelströmmen likriktas av en diodbrygga eller tyristorer;
2. Särskilda filter (kondensatorer) filtrerar signalen för att minska eller eliminera spänningsrippel;
3. Spänningen omvandlas till en trefasvåg med definierade parametrar med hjälp av en mikrokrets och en transistorbrygga;
4. Vid inverterns utgång omvandlas rektangulära pulser till en sinusformad spänning med definierade parametrar.

Typer av frekvensomvandlare

Det finns flera olika typer av frekvensomvandlare, som för närvarande är de vanligaste i produktion och användning:

Elektro-maskinomvandlare (elektroinduktionsomvandlare): används när det inte är möjligt eller genomförbart att använda elektroniska frekvensomvandlare. De är asynkronmotorer med faslindade rotorer som arbetar i generator-omformarläge.

Dessa enheter är skalära styromvandlare. Utgången från denna enhet genererar en spänning med en given amplitud och frekvens för att upprätthålla ett visst magnetiskt flöde i statorlindningarna. De används i tillämpningar där det inte är nödvändigt att upprätthålla rotorns hastighet beroende på belastningen (pumpar, fläktar och annan utrustning).

elektroniska omvandlare: används i stor utsträckning under alla driftsförhållanden för en mängd olika typer av utrustning. Dessa enheter är vektorbaserade, de beräknar automatiskt samspelet mellan statorns och rotorns magnetfält och säkerställer ett konstant rotorvarvtal oavsett belastning.

1. Cycloinverters;
2. Cycloinverters;
3. DC link-omriktare:

• Frekvensomvandlare med strömkälla;
• Frekvensomvandlare av en spänningskälla (med amplitud- eller pulsbreddsmodulering).

När det gäller användningsområden kan utrustningen vara:

• För utrustning upp till 315 kW;
• Vektoromvandlare för effekter upp till 500 kW;
• explosionsskyddade enheter för användning i explosiva och dammiga miljöer;
• Frekvensomvandlare monterade på elmotorer;

Varje typ av frekvensomvandlare har vissa för- och nackdelar och är lämplig för olika utrustning och belastningar samt driftsförhållanden.

Frekvensomvandlaren kan styras manuellt eller externt. Manuell styrning utförs från frekvensomvandlarens kontrollpanel, som kan användas för att justera hastigheten eller stoppa driften. Extern styrning sker med hjälp av automatiska styrsystem (ACS), som kan övervaka alla parametrar i enheten och möjliggöra omkoppling av kretsen eller driftssättet (via frekvensomvandlare eller bypass). Extern styrning gör det också möjligt att programmera växelriktaren för driftsförhållanden, belastning och tid, vilket gör att växelriktaren kan arbeta i automatiskt läge.

Vad elmotorn kan behöva en frekvensomvandlare för

Användningen av frekvensomvandlare minskar energikostnaderna och avskrivningskostnaderna för motorer och utrustning. Det är möjligt att använda dem för billiga ekorrhjulsmotorer, vilket minskar produktionskostnaderna.

Många elmotorer är utsatta för ofta ändrade driftsförhållanden (täta starter och stopp, varierande belastning). Frekvensomvandlare gör att motorn startar smidigt och minskar det maximala startmomentet och värmen i utrustningen. Detta är viktigt till exempel i lyftmaskiner och minskar de negativa effekterna av plötsliga starter och ryckiga stopp.

Med hjälp av drivomvandlare är det möjligt att smidigt styra driften av blåsmaskiner, pumpar och möjliggör automatisering av tekniska processer (används i pannor, gruvor, oljeproduktion och raffinaderier, vattenverk och andra anläggningar).

Användningen av frekvensomvandlare i transportörer, transportörer och hissar kan öka livslängden på deras komponenter eftersom den minskar ryck, stötar och andra negativa faktorer när utrustningen startas och stoppas. De kan smidigt öka och minska motorhastigheten och utföra backning, vilket är viktigt för ett stort antal industriella apparater med hög precision.

Fördelar med frekvensomriktare:

1. Lägre energikostnader: tack vare minskade inkopplingsströmmar och lastberoende reglering av motoreffekten;
2. Ökar utrustningens tillförlitlighet och hållbarhet: möjliggör förlängd livslängd och förlängda underhållsintervaller;
3. Gör det möjligt att införa extern styrning och hantering av utrustning från fjärrstyrda datorer och att integrera den i automationssystem;
4. Frekvensomvandlare kan hantera vilken belastningskapacitet som helst (från en kilowatt till tiotals megawatt);
5. Förekomsten av särskilda komponenter i frekvensomvandlare kan skydda mot överbelastning, fasförlust och kortslutning samt garantera säker drift och avstängning av utrustningen i nödsituationer.

När du tittar på denna lista över fördelar kanske du undrar varför inte använda dem för alla motorer i en anläggning? Svaret är tyvärr uppenbart, men det är den höga kostnaden för frekvensomvandlare, deras installation och driftsättning. Det är inte alla företag som har råd med dessa kostnader.

Relaterade artiklar: