Controlul VFD permite utilizarea unui convertor special pentru a schimba în mod flexibil modurile de funcționare ale motorului electric: pornire, oprire, accelerare, frânare, modificarea vitezei de rotație.
Schimbarea frecvenței tensiunii de alimentare duce la o modificare a vitezei unghiulare a câmpului magnetic al statorului. Când frecvența scade, viteza motorului scade și alunecarea crește.
Principiul de funcționare al convertizorului de frecvență de acţionare
Principalul dezavantaj al motoarelor asincrone este complexitatea controlului vitezei în mod tradițional: prin modificarea tensiunii de alimentare și introducerea de rezistențe suplimentare în circuitul de înfășurare. Mai perfectă este transmisia de frecvență a motorului electric. Până de curând, convertoarele erau scumpe, dar apariția tranzistoarelor IGBT și a sistemelor de control cu microprocesoare au permis producătorilor străini să creeze dispozitive la prețuri accesibile. Cel maiperfect acum sunt convertizoarele de frecvență statice.
Viteza unghiulară a câmpului magnetic al statorului ω0 se modifică proporțional cu frecvența ƒ1conform formulei:
ω0=2π׃1/p, unde p este numărul de perechi de poli.
Metoda oferă un control fluid al vitezei. În acest caz, viteza de alunecare a motorului nu crește.
Pentru a obține o performanță energetică ridicată a motorului - eficiența, factorul de putere și capacitatea de suprasarcină, împreună cu frecvența, modificați tensiunea de alimentare în funcție de anumite dependențe:
- cuplu de sarcină constantă – U1/ ƒ1=const;
- personajul fan al momentului de încărcare - U1/ ƒ12=const;
- Cuplu de sarcină invers proporțional cu viteza - U1/√ ƒ1=const.
Aceste funcții sunt implementate folosind un convertor care modifică simultan frecvența și tensiunea pe statorul motorului. Se economisește energie electrică datorită reglării folosind parametrul tehnologic necesar: presiunea pompei, performanța ventilatorului, viteza de alimentare a mașinii etc. În acest caz, parametrii se modifică fără probleme.
Metode de control al frecvenței motoarelor electrice asincrone și sincrone
Într-o acționare controlată în frecvență bazată pe motoare asincrone cu rotor cu colivie veveriță, sunt utilizate două metode de control - scalară și vectorială. În primul caz, acestea se schimbă simultanamplitudinea și frecvența tensiunii de alimentare.
Acest lucru este necesar pentru a menține performanța motorului, cel mai adesea un raport constant dintre cuplul maxim al acestuia și momentul de rezistență pe arbore. Ca rezultat, eficiența și factorul de putere rămân neschimbate pe întregul interval de rotație.
Reglarea vectorială constă în modificarea simultană a amplitudinii și fazei curentului pe stator.
Acționarea de frecvență a motorului de tip sincron funcționează numai la sarcini mici, cu creșterea cărora peste valorile admise, sincronismul poate fi întrerupt.
Avantajele variației de frecvență
Controlul frecvenței are o serie întreagă de avantaje față de alte metode.
- Automatizarea motorului și a proceselor de producție.
- Pornire ușoară care elimină erorile tipice care apar în timpul accelerării motorului. Îmbunătățirea fiabilității convertizorului de frecvență și a echipamentului prin reducerea supraîncărcărilor.
- Îmbunătățiți economia generală a conducerii și performanța.
- Crearea unei viteze constante a motorului electric indiferent de natura sarcinii, ceea ce este important în timpul tranzitorii. Utilizarea feedback-ului face posibilă menținerea unei viteze constante a motorului sub diferite influențe perturbatoare, în special la sarcini variabile.
- Convertoarele sunt ușor de integrat în sistemele tehnice existente fără modificarea semnificativă și oprirea proceselor tehnologice. Gama de putere este mare, dar cu creșterea lorprețurile cresc substanțial.
- Abilitatea de a abandona variatoarele, cutiile de viteze, clapetele de accelerație și alte echipamente de control sau de a extinde domeniul de aplicare a acestora. Acest lucru are ca rezultat economii semnificative de energie.
- Eliminarea efectelor nocive ale tranzitorii asupra echipamentelor de proces, cum ar fi ciocănirea sau presiunea crescută a fluidului în conducte, reducând în același timp consumul pe timp de noapte.
Defecte
La fel ca toate invertoarele, chastotniki sunt surse de interferență. Trebuie să instaleze filtre.
Costul mărcilor este ridicat. Crește semnificativ odată cu creșterea puterii dispozitivelor.
Reglarea frecvenței pentru transportul lichidelor
În instalațiile în care apa și alte lichide sunt pompate, controlul debitului se face în mare parte cu ajutorul robinetelor și supapelor. În prezent, o direcție promițătoare este utilizarea unui variator de frecvență a unei pompe sau a unui ventilator care își pune lamele în mișcare.
Folosirea unui convertor de frecvență ca alternativă la supapa de accelerație oferă un efect de economisire a energiei de până la 75%. Supapa, care împiedică curgerea fluidului, nu efectuează o muncă utilă. În același timp, pierderea de energie și materie pentru transportul acesteia crește.
Acționarea de frecvență face posibilă menținerea unei presiuni constante la consumator atunci când debitul de fluid se modifică. De la senzorul de presiune, este trimis un semnal către unitate, care modifică turația motorului și, prin urmare, o regleazărotații, menținând debitul setat.
Unitățile de pompare sunt controlate prin modificarea performanței lor. Consumul de putere al pompei este în dependență cubică de performanța sau viteza de rotație a roții. Dacă viteza este redusă de 2 ori, performanța pompei va scădea de 8 ori. Prezența unui program zilnic de consum de apă vă permite să determinați economiile de energie pentru această perioadă, dacă controlați convertizorul de frecvență. Datorită acesteia, este posibilă automatizarea stației de pompare și astfel optimizarea presiunii apei în rețele.
Funcționarea sistemelor de ventilație și aer condiționat
Debitul maxim de aer în sistemele de ventilație nu este întotdeauna necesar. Condițiile de funcționare pot necesita o reducere a performanței. În mod tradițional, accelerarea este folosită pentru aceasta, când viteza roții rămâne constantă. Este mai convenabil să schimbați debitul de aer datorită acționării cu frecvență controlată, atunci când condițiile sezoniere și climatice se schimbă, degajarea de căldură, umiditate, vapori și gaze nocive.
Economiile de energie în sistemele de ventilație și aer condiționat sunt realizate nu mai mici decât în stațiile de pompare, deoarece consumul de energie al rotației arborelui este în dependența cubică de rotații.
Dispozitiv cu convertizor de frecvență
Unitatea de frecvență modernă este aranjată conform schemei dublu convertor. Este format dintr-un redresor și un invertor de impulsuri cu sistem de control.
Dupăredresând tensiunea de rețea, semnalul este netezit de un filtru și alimentat la un invertor cu șase întrerupătoare cu tranzistori, unde fiecare dintre ele este conectat la înfășurările statorice ale unui motor electric asincron. Unitatea convertește semnalul rectificat într-un semnal trifazat cu frecvența și amplitudinea necesare. IGBT-urile de putere din etapele de ieșire au o frecvență de comutare ridicată și oferă o undă pătrată clară, fără distorsiuni. Datorită proprietăților de filtrare ale înfășurărilor motorului, forma curbei de curent la ieșirea lor rămâne sinusoidală.
Metode de control al amplitudinii semnalului
Tensiunea de ieșire este reglată prin două metode:
- Amplitudine - modificarea valorii tensiunii.
- Modularea lățimii pulsului este o metodă de conversie a unui semnal în impulsuri, în care durata acestuia se modifică, dar frecvența rămâne neschimbată. Aici puterea depinde de lățimea impulsului.
A doua metodă este folosită cel mai des în legătură cu dezvoltarea tehnologiei microprocesoarelor. Invertoarele moderne sunt realizate folosind fie tranzistoare de oprire GTO, fie IGBT.
Capacitatea și aplicarea convertoarelor
Unitatea de frecvență are multe posibilități.
- Reglați frecvența tensiunii de alimentare trifazate de la zero la 400 Hz.
- Accelerația sau decelerația motorului electric de la 0,01 sec. până la 50 min. conform unei legi date a timpului (de obicei liniară). În timpul accelerării, este posibilă nu numai o scădere, ci și o creștere de până la 150% a cuplurilor dinamice și de pornire.
- Marşarierul motorului cu modurile date de frânare şi accelerare la doritviteză în ceal altă direcție.
- Invertoarele dispun de protecție electronică configurabilă împotriva scurtcircuitelor, suprasarcinilor, scurgerii la pământ și liniilor electrice deschise ale motorului.
- Afișajele digitale ale convertoarelor afișează date despre parametrii lor: frecvență, tensiune de alimentare, viteză, curent etc.
- Caracteristicile V/f sunt reglate în convertoare în funcție de ce sarcină a motorului este necesară. Funcțiile sistemelor de control bazate pe acestea sunt asigurate de controlere încorporate.
- Pentru frecvențele joase, este important să utilizați controlul vectorial, care vă permite să lucrați cu cuplul complet al motorului, să mențineți o viteză constantă atunci când sarcinile se schimbă și să controlați cuplul pe arbore. Unitatea de frecvență variabilă funcționează bine cu introducerea corectă a datelor pașaportului motorului și după testarea cu succes. Produse cunoscute de la HYUNDAI, Sanyu etc.
Domeniile de aplicare ale convertoarelor sunt următoarele:
- pompe în sisteme de alimentare cu apă caldă și rece și căldură;
- pompe de concentratoare pentru șlam, nisip și șlam;
- sisteme de transport: transportoare, mese cu role și alte mijloace;
- mixere, mori, concasoare, extrudere, distribuitoare, alimentatoare;
- centrifuge;
- lifts;
- echipamente metalurgice;
- echipament de foraj;
- acționări electrice ale mașinilor-unelte;
- excavatoare și echipamente de macara, mecanisme de manipulare.
Producători de convertoare de frecvență, recenzii
Producătorul autohton a început deja să producă produse potrivite pentru utilizatori în ceea ce privește calitatea și prețul. Avantajul este capacitatea de a obține rapid dispozitivul potrivit, precum și sfaturi detaliate privind configurarea.
Compania „Sisteme eficiente” produce produse în serie și loturi pilot de echipamente. Produsele sunt folosite pentru uz casnic, în afaceri mici și în industrie. Producătorul Vesper produce șapte serii de convertoare, printre care se numără convertoare multifuncționale potrivite pentru majoritatea mecanismelor industriale.
Compania daneză Danfoss este lider în producția de chastotnikov. Produsele sale sunt utilizate în sistemele de ventilație, aer condiționat, alimentare cu apă și încălzire. Compania finlandeză Vacon, care face parte din compania daneză, produce modele modulare din care puteți asambla dispozitivele necesare fără piese inutile, ceea ce economisește componente. De asemenea, sunt cunoscuți convertizorii companiei internaționale ABB, utilizate în industrie și în viața de zi cu zi.
Judecând după recenzii, convertoarele autohtone ieftine pot fi folosite pentru a rezolva probleme tipice simple, în timp ce cele complexe au nevoie de o marcă cu mult mai multe setări.
Concluzie
Convertizorul de frecvență controlează motorul electric prin modificarea frecvenței și amplitudinii tensiunii de alimentare, protejându-l în același timp de defecțiuni: suprasarcini, scurtcircuite, întreruperi în rețeaua de alimentare. Astfel de actuatoare electrice îndeplinesc trei funcții principale,legate de accelerație, decelerație și viteza motorului. Acest lucru îmbunătățește eficiența echipamentelor în multe domenii ale tehnologiei.
