A VFD vezérlés lehetővé teszi egy speciális konverter használatával az elektromos motor üzemmódjainak rugalmas megváltoztatását: indítás, leállítás, gyorsítás, fékezés, fordulatszám módosítása.
A tápfeszültség frekvenciájának megváltoztatása az állórész mágneses mezőjének szögsebességének változásához vezet. Ha a frekvencia csökken, a motor fordulatszáma csökken, a szlip pedig nő.
A meghajtó frekvenciaváltó működési elve
Az aszinkron motorok fő hátránya a fordulatszám-szabályozás bonyolultsága hagyományos módszerekkel: a tápfeszültség változtatásával és további ellenállások bevezetésével a tekercskörbe. Tökéletesebb a villanymotor frekvenciahajtása. Egészen a közelmúltig az átalakítók drágák voltak, de az IGBT tranzisztorok és a mikroprocesszoros vezérlőrendszerek megjelenése lehetővé tette a külföldi gyártók számára, hogy megfizethető eszközöket hozzanak létre. A legtöbbmost tökéletesek a statikus frekvenciaváltók.
Az állórész mágneses mezőjének szögsebessége ω0 a frekvenciával arányosan változik ƒ1 a képlet szerint:
ω0=2π׃1/p, ahol p a póluspárok száma.
A módszer egyenletes sebességszabályozást biztosít. Ebben az esetben a motor csúszási sebessége nem növekszik.
A motor magas energiateljesítményének eléréséhez – hatásfok, teljesítménytényező és túlterhelési kapacitás, valamint a frekvencia, módosítsa a tápfeszültséget bizonyos függőségek szerint:
- állandó terhelési nyomaték – U1/ ƒ1=állandó;
- a terhelési pillanat ventilátor karaktere - U1/ ƒ12=const;
- A terhelési nyomaték fordítottan arányos a fordulatszámmal - U1/√ ƒ1=konst.
Ezek a funkciók egy átalakítóval valósulnak meg, amely egyidejűleg változtatja a frekvenciát és a feszültséget a motor állórészén. A villamos energiát a szükséges technológiai paraméterekkel történő szabályozással takarítják meg: szivattyúnyomás, ventilátor teljesítmény, gép előtolási sebessége stb. Ebben az esetben a paraméterek zökkenőmentesen változnak.
Aszinkron és szinkron villanymotorok frekvenciaszabályozási módszerei
A mókuskalitkás rotorral rendelkező aszinkron motorokon alapuló, frekvenciavezérlésű hajtásban két szabályozási módszert alkalmaznak – a skalárt és a vektort. Az első esetben egyszerre változnaka tápfeszültség amplitúdója és frekvenciája.
Ez szükséges a motor teljesítményének fenntartásához, leggyakrabban a maximális nyomaték és a tengely ellenállási nyomatékának állandó arányához. Ennek eredményeként a hatásfok és a teljesítménytényező változatlan marad a teljes forgási tartományban.
A vektorszabályozás az állórészen lévő áram amplitúdójának és fázisának egyidejű változásából áll.
A szinkron típusú motor frekvenciahajtása csak kis terheléseknél működik, amelyeknek a megengedett értékek feletti növekedésével a szinkron megszakadhat.
A frekvenciaváltó előnyei
A frekvenciaszabályozásnak számos előnye van más módszerekkel szemben.
- A motor és a gyártási folyamatok automatizálása.
- Lágyindítás, amely kiküszöböli a motor gyorsítása során előforduló tipikus hibákat. A frekvenciaváltó és a berendezések megbízhatóságának javítása a túlterhelés csökkentésével.
- Javítsa a hajtás általános gazdaságosságát és teljesítményét.
- A villanymotor állandó fordulatszámának létrehozása a terhelés jellegétől függetlenül, ami tranzienseknél fontos. A visszacsatolás lehetővé teszi az állandó motorfordulatszám fenntartását különféle zavaró hatások mellett, különösen változó terhelések esetén.
- A konverterek könnyen integrálhatók a meglévő műszaki rendszerekbe anélkül, hogy a technológiai folyamatokat jelentős változtatásokkal és leállásokkal kellene megtenni. A teljesítménytartomány nagy, de növekedésükkelaz árak jelentősen emelkednek.
- A variátorok, sebességváltók, fojtószelepek és egyéb vezérlőberendezések elhagyásának vagy alkalmazási körük bővítésének lehetősége. Ez jelentős energiamegtakarítást eredményez.
- A tranziens folyamati berendezésekre gyakorolt káros hatásainak kiküszöbölése, mint például a vízkalapács vagy a megnövekedett folyadéknyomás a csővezetékekben, miközben csökkenti éjszakai fogyasztását.
Hibák
Mint minden inverter, a chastotniki is zavarforrás. Szűrőket kell telepíteniük.
A márkák költsége magas. Jelentősen megnő az eszközök teljesítményének növekedésével.
Frekvencia beállítás folyadékok szállításához
Azokban a létesítményekben, ahol vizet és egyéb folyadékokat szivattyúznak, az áramlásszabályozás többnyire tolózárak és szelepek segítségével történik. Jelenleg egy ígéretes irány egy szivattyú vagy egy ventilátor frekvenciahajtásának alkalmazása, amely mozgásba hozza a lapátokat.
A fojtószelep alternatívájaként frekvenciaváltó használata akár 75%-os energiamegtakarítást eredményez. A folyadék áramlását visszatartó szelep nem végez hasznos munkát. Ugyanakkor megnő az energia- és anyagveszteség a szállításához.
A frekvenciaváltó lehetővé teszi az állandó nyomás fenntartását a fogyasztónál, amikor a folyadékáramlás megváltozik. A nyomásérzékelő jelet küld a hajtásnak, amely megváltoztatja a motor fordulatszámát, és ezáltal szabályozza aztfordulatszám, a beállított áramlási sebesség fenntartása mellett.
A szivattyúegységek teljesítményének változtatásával vezérelhetők. A szivattyú energiafogyasztása köbméterben van a kerék teljesítményétől vagy forgási sebességétől függően. Ha a fordulatszámot 2-szeresére csökkentik, a szivattyú teljesítménye 8-szorosára csökken. A napi vízfogyasztási ütemezés megléte lehetővé teszi, hogy meghatározza az energiamegtakarítást erre az időszakra, ha vezérli a frekvenciaváltót. Ennek köszönhetően lehetővé válik a szivattyútelep automatizálása és ezáltal a hálózatok víznyomásának optimalizálása.
Szellőző- és légkondicionáló rendszerek üzemeltetése
A szellőzőrendszerekben nem mindig van szükség maximális légáramlásra. Az üzemi körülmények a teljesítmény csökkentését tehetik szükségessé. Hagyományosan a fojtószelepet használják erre, amikor a kerék fordulatszáma állandó marad. Kényelmesebb a légáramlási sebesség változtatása a frekvenciavezérelt hajtásnak köszönhetően, amikor a szezonális és éghajlati viszonyok megváltoznak, hő, nedvesség, gőzök és káros gázok szabadulnak fel.
Az energiamegtakarítás a szellőző- és légkondicionáló rendszerekben nem alacsonyabb, mint a szivattyútelepeknél, mivel a tengelyforgás energiafogyasztása köbméterben van a fordulatszám függvényében.
Frekvenciaváltó eszköz
A modern frekvenciahajtás a kettős átalakító séma szerint van elrendezve. Ez egy egyenirányítóból és egy impulzus-inverterből áll, vezérlőrendszerrel.
Utánaa hálózati feszültséget egyenirányítva a jelet egy szűrő simítja, és egy hat tranzisztoros kapcsolós inverterre táplálja, ahol mindegyik egy aszinkron villanymotor állórész tekercsére van kötve. Az egység az egyenirányított jelet a kívánt frekvenciájú és amplitúdójú háromfázisú jellé alakítja. A kimeneti fokozatokban lévő teljesítmény IGBT-k nagy kapcsolási frekvenciával rendelkeznek, és éles, torzításmentes négyszöghullámot biztosítanak. A motortekercsek szűrési tulajdonságai miatt a kimeneti áramgörbe alakja szinuszos marad.
Jelamplitúdó-szabályozási módszerek
A kimeneti feszültség szabályozása két módszerrel történik:
- Amplitúdó - feszültségérték változása.
- Az impulzusszélesség-moduláció egy impulzusjel átalakításának egyik módja, amelynek időtartama változik, de a frekvencia változatlan marad. Itt a teljesítmény az impulzusszélességtől függ.
A második módszert leggyakrabban a mikroprocesszoros technológia fejlesztése kapcsán alkalmazzák. A modern inverterek GTO vagy IGBT lekapcsoló tranzisztorok felhasználásával készülnek.
Átalakítók képessége és alkalmazása
A frekvenciaváltónak számos lehetősége van.
- Szabályozza a háromfázisú tápfeszültség frekvenciáját nulláról 400 Hz-re.
- Az elektromos motor gyorsítása vagy lassítása 0,01 másodperctől. akár 50 perc. az idő adott törvénye szerint (általában lineárisan). A gyorsítás során nemcsak a dinamikus és indítási nyomaték csökkenése, hanem akár 150%-os növekedése is lehetséges.
- A motor hátramenete a megadott fékezési és gyorsítási módokkal a kívánt értékresebesség a másik irányba.
- Az inverterek konfigurálható elektronikus védelemmel rendelkeznek rövidzárlat, túlterhelés, földzárlat és szakadt motor tápvezetékek ellen.
- A konverterek digitális kijelzői a paramétereik adatait jelenítik meg: frekvencia, tápfeszültség, fordulatszám, áram stb.
- A V/f karakterisztikát a konverterekben a szükséges motorterhelések függvényében hangolják. Az ezekre épülő vezérlőrendszerek funkcióit beépített vezérlők biztosítják.
- Alacsony frekvenciáknál fontos a vektorvezérlés alkalmazása, amely lehetővé teszi, hogy a motor teljes nyomatékával dolgozzon, állandó fordulatszámot tartson fenn a terhelések változása esetén, és szabályozza a tengely nyomatékát. A frekvenciaváltó jól működik a motorútlevél-adatok helyes bevitelével és sikeres tesztelés után. Ismert termékek HYUNDAI, Sanyu stb.
A konverterek alkalmazási területei a következők:
- szivattyúk hideg-melegvíz- és hőellátó rendszerekben;
- sűrítők zagy-, homok- és hígtrágyaszivattyúi;
- közlekedési rendszerek: szállítószalagok, görgős asztalok és egyéb eszközök;
- keverők, malmok, zúzógépek, extruderek, adagolók, adagolók;
- centrifugák;
- lift;
- kohászati berendezések;
- fúróberendezés;
- szerszámgépek elektromos hajtásai;
- kotró- és daruberendezések, manipulátormechanizmusok.
Frekvenciaváltó gyártók, vélemények
A hazai gyártó már megkezdte a minőségben és árban a felhasználók számára megfelelő termékek gyártását. Előnye a megfelelő eszköz gyors beszerzésének lehetősége, valamint a beállítással kapcsolatos részletes tanácsok.
Az "Effective Systems" cég sorozattermékeket és berendezések kísérleti tételeit gyártja. A termékeket háztartási használatra, kisvállalkozásokban és iparban használják. A Vesper gyártó hét konverter-sorozatot gyárt, amelyek között a legtöbb ipari mechanizmushoz alkalmas többfunkciós konverter található.
A dán Danfoss cég vezető szerepet tölt be a chastotnikov gyártásában. Termékeit szellőző-, klíma-, vízellátó és fűtési rendszerekben használják. A dán céghez tartozó finn Vacon cég olyan moduláris felépítéseket gyárt, amelyekből felesleges alkatrészek nélkül össze lehet szerelni a szükséges eszközöket, amivel komponenseket takarítanak meg. Ismeretesek az ABB nemzetközi konszern konverterei is, amelyeket az iparban és a mindennapi életben használnak.
A vélemények alapján az olcsó hazai konverterek egyszerű tipikus problémák megoldására használhatók, míg a bonyolultakhoz sokkal több beállítású márka kell.
Következtetés
A frekvenciaváltó a tápfeszültség frekvenciájának és amplitúdójának változtatásával vezérli a villanymotort, miközben megvédi a meghibásodásoktól: túlterheléstől, rövidzárlattól, hálózati megszakadástól. Az ilyen elektromos működtetők három fő funkciót látnak el:a gyorsulással, lassítással és a motor sebességével kapcsolatos. Ez a technológia számos területén javítja a berendezések hatékonyságát.
