Frekvensomvandlare gör det enkelt att ändra motorvarvtalet, får det att fungera smidigare. Detta ökar utrustningens effektivitet och förlänger dess livslängd.
Vad är frekvensomriktare
Frekvensomvandlare är enheter som låter dig ändra frekvensen på utspänningen. Detta är nödvändigt för att variera motorns rotationshastighet.
Med en direkt anslutning till elnätet förblir oscillationsfrekvensen oförändrad, standardvärdena är 50 eller 60 Hz. Genom att använda en frekvensomvandlare kan du öka eller minska rotorns rotation. Omfånget av möjliga förändringar är från 0,5-800 Hz. Men nu är de flesta motorer konstruerade för en frekvens på högst 400 Hz.
Huvuddragen hos omvandlarna
Modern elektrisk utrustning är en högteknologisk enhet med programkontroll. Det elektroniska styrsystemet ansvarar för noggrannhet och tillförlitlighet. Enheterna är ganska kompakta och lätta att använda.
Beroende på om det är möjligt att justera utgångsspänningsindikatorerna delas omvandlarna in i kontrollerade och ohanterade. I den första kan parametrarna ändras, i den andra ställs indikatorerna in av enhetens design. Det finns även modeller där autojustering sker för parametrarna för den anslutna motorn. Detta kräver en identifieringsstart, under vilken parametrarna för lindningarna bestäms automatiskt.
Förutom möjligheten att justera indikatorer finns det olika typer av enhetskontroll. Det finns två av dem: skalär och vektor. Scalar ger inte en chans att ställa in de exakta inställningarna, den bestämmer bara förhållandet mellan frekvensen vid ingång och utgång. När indata ändras ändras de slutliga parametrarna proportionellt. Vektorstyrning gör det möjligt att ställa in de exakta parametrarna som krävs för en viss motor i en viss situation.
För att göra driften av utrustningen mer exakt och lättare att kontrollera är modern teknik utrustad med minneskort och en display för att visa information.
När du använder omvandlare måste vissa nyanser beaktas. Så att köra motorn med låga hastigheter leder till en temperaturökning, vilket den inbyggda fläkten kanske inte klarar av. Därför är det nödvändigt att övervaka uppvärmningen och vid behov använda forcerad kylning.
En fungerande omvandlare blir också en kraftfull källa för högfrekvent ström. Utrustningens egna mikrokretsar skyddas från störningar av speciella filter. Men för att vibrationer inte ska påverka andra enheters funktion måste du använda en så kort skärmkabel som möjligt. Avståndet till övriga kablar ska vara minst 10 cm. Om det blir nödvändigt att korsa ska detta göras i en vinkel på 90°.
Tillämpning av frekvensomriktare
Frekvensomformare är anslutna till utrustning vars funktion innebär att motorns varvtal ändras.
Dessa mekanismer inkluderar:
-
ventilationssystem;
transportörer;
kompressorer;
manipulatorer och grävmaskiner;
-
centrifuger;
robotik osv.
Dessutom används en frekvensomvandlare för att synkronisera driften av sammankopplade mekanismer. Relationen kan vara både direkt och omvänd.
Funktionsprincip
För att spänningen, som passerar genom omvandlaren, ska ändra egenskaper, används principen om dubbeländring. Vid ingången likriktas nätspänningen med hjälp av en diodbrygga och filtreras av kondensatorer. Här jämnas svängningsamplituden ut, varefter strömmen går in i den omvandlande delen.
Omvandlingen sker tack vare att transistorerna kombineras på ett visst sätt (vanligtvis finns det 6 av dem). De är anslutna i en antiparallell krets. Med deras hjälp ställs de önskade indikatorerna för frekvensen och amplituden av strömsvängningar in.
Det finns två typer av kontrollsystem:
amplitud, när ingångsspänningsindikatorerna är reglerade;
pulsbredd (PWM), där förändringen i prestanda påverkas av växlingsordningen för transistorer. I en viss strikt definierad sekvens går signalen in i de positiva och negativa terminalerna, vilket resulterar i en sinusform med tydligt definierade parametrar.
De styr processen och ändrar de givna egenskaperna med hjälp av mikroprocessorer. En speciell mikrokontroller skickar en signal till mikrokretsen. Det finns en jämförelse av förändringar med en given standard (5 Hz). Vidare omvandlar programmet, enligt en speciell algoritm, strömmen till önskat värde. Dessutom övervakar mikrokontroller temperaturen på halvledare, skyddar enheten från överhettning och strömspänningar.
För att skydda inställningarna från yttre påverkan är fodralet pålitligt skyddat. Det är nödvändigt att förhindra inte bara mekanisk skada (chock, damm, fukt), utan också möjlig ömsesidig störning som andra driftsenheter skapar. För att minska radiostörningar och osynliga elektriska urladdningar används ett speciellt filter.
Som ett resultat erhålls en tydlig stabil signal med önskad frekvens vid utgången, som driver elmotorn och ställer in önskat antal varv.
Valmöjligheter
Det finns ett stort antal modeller som skiljer sig åt i tekniska egenskaper och pris.
För att göra rätt val måste du tänka på:
Kraft. Det är nödvändigt att fokusera på den maximala energi som motorn förbrukar. I detta fall bör enhetens prestanda överstiga detta värde med cirka 10 %. Detta kommer att minska risken för överbelastning, eftersom det kommer att finnas en reservkraftreserv även vid drift med maximal prestanda. Om den anslutna utrustningen kännetecknas av lasthopp, bör du också vägledas av maxindikatorerna. När flera motorer är anslutna till omvandlaren används deras totala effekt för beräkning;
Nätspänning. Ju större utbud desto bättre. Samtidigt, om en minskning av spänningen i nätverket leder till en avstängning av enheten, kan för höga värden göra att omvandlaren misslyckas;
Frekvensjusteringsområde. Den övre gränsen motsvarar den maximala frekvensen för den anslutna utrustningen. Den nedre gränsen visar hastighetskontrollområdet. Standardförhållandet är 1:10;
Antal ingångsfaser (en eller tre). Trefasmodeller är installerade på industriell utrustning med en ineffekt på 380 volt. Enfas kan endast användas med en nätspänning på 220 volt. Anslutningsschemat till elmotorn beror också på detta;
Omfattning: under normala förhållanden räcker standardbostadsskydd. Om anordningen ska användas till exempel inom gruvindustrin kommer en ökad skyddsgrad att krävas. Denna egenskap indikeras av IP-märkningen. Ju högre indikatorn är, desto mer tillförlitlig är utrustningen skyddad;
Kontroll metod. Enheter av vektortyp är dyrare, men tillåter mer exakta inställningar. Skalär kontroll låter dig bara behålla förhållandet mellan indikatorerna vid ingång och utgång. Men för vissa typer av utrustning, såsom fläktar, räcker detta helt;
Antal in- och utsignaler. Tack vare dem ökas omvandlarens kontroll- och inställningsmöjligheter. De är diskreta, analoga och digitala. Med diskreta ingångar kan du ge kontrollkommandon (start, stopp, backa, etc.). Analoga ingångar används för reglering och inställningar av enheten under drift. Digitala ingångar används för att mata in signaler från sensorer. Diskreta utgångar ger "feedback" från enheten och rapporterar kritiska förändringar i dess funktion (fel, överhettning, för hög spänning, etc.). Analoga utgångar behövs för att bygga komplexa system. Ju fler ingångar och utgångar, desto mer exakta inställningar och desto högre kvalitet på konverteringen. Men komplikationen av apparaten påverkar oundvikligen priset;
Utrustning som kräver en omvandlare. Det finns märkesmodeller som är designade för en specifik teknik. Det finns universella enheter för multi-purpose användning.
Garanti och servicevillkor. Högkvalitativ service låter dig inte oroa dig för omvandlarens prestanda, såväl som utrustningen som den är ansluten till.
Fördelar med frekvensomriktare
Användningen av en frekvensomformare ger många fördelar:
spara el;
skydd av motorn från problem i samband med förändringar i strömindikatorer (spänningsöverspänningar, kortslutningar, nätverksöverbelastningar, etc.);
ökar noggrannheten i motorhastighetskontrollen;
hastighetsfall utjämnas under start och inbromsning;
du kan hantera en grupp av mekanismer;
enklare styrsystem;
ändra inställningar medan utrustningen är igång, utan att stoppa den;
öka livslängden för elmotorn.
Allt detta förenklar hanteringen av komplexa mekanismer, ökar effektiviteten, förlänger utrustningens livslängd och ger i slutändan betydande budgetbesparingar.
En av de största nackdelarna med induktionsmotorer är svårigheten att justera hastigheten. Det kan ändras på tre sätt: genom att ändra antalet polpar, genom att ändra glidningen och genom att ändra frekvensen. Nyligen, för att styra rotationshastigheten för en asynkron ekorrburmotor, ändras den aktuella frekvensen med hjälp av frekvensomvandlare för en elektrisk motor.
På senare tid har högfrekvensomriktare blivit mycket använda i produktionen och för många oerfarna nybörjare som möter dem i praktiken uppstår ofta frågan om vad en frekvensomformare är och varför den behövs. Fördelarna med en frekvensomformare för en elmotor är:
- minskning av motorns energiförbrukning;
- förbättrad prestanda: mjuk start och hastighetskontroll;
- undantag för eventuella överbelastningar.
Startens mjukhet tillhandahålls av omvandlaren på grund av minskningen av startströmmen med dess hjälp, som utan frekvensomformare överstiger märkströmmen med 5–7 gånger.
Huvuddelarna i omvandlarenheten är växelriktaren och kondensatorerna. Växelriktaren är vanligtvis gjord av diodbryggor. Dess uppgift är att korrigera ingångsspänningen, som kan anta ett värde på 220V eller 380V, beroende på antalet faser, men samtidigt behålla rippeln. Den likriktade spänningen jämnas sedan ut och filtreras av kondensatorerna.
Sedan skickas likströmmen till mikrokretsarna och utgångsbryggan IGBT-omkopplare. Vanligtvis är en IGBT-bryggomkopplare sex transistorer anslutna i en bryggkrets. Skydd mot spänningsavbrott av omvänd polaritet utförs av dioder. I tidigare kretsar användes tyristorer istället för transistorer, vars betydande nackdelar var viss långsamhet i drift och störningar.
Tack vare dessa enheter uppstår en pulsbreddssekvens vid den erforderliga frekvensen. Vid utgången av frekvensomformaren har spänningspulserna en rektangulär form. Och efter att de passerat genom statorlindningen, på grund av dess induktans, tar de en sinusform.
För att förstå varför en växelriktare behövs är det nödvändigt att förstå att strömmen kan vara konstant och variabel. Och om frekvensomvandlare används när man arbetar med växelström, behövs en DC-drivenhet för att styra en DC-elmotor. Det kallas en inverter och dess syfte i kretsen är att styra excitationsströmmen. Och den kan också, oavsett belastningsändringar, hålla rotorhastigheten inom de erforderliga gränserna och utföra sin bromsning.
När du väljer en chastotnik bestäms den lägsta kostnaden av en uppsättning minimifunktioner. Värdeökningen är proportionell mot deras ökning.
Initialt omvandlare klassificeras efter effekt. Lika viktiga parametrar är överbelastningskapacitet och typ av utförande.
Frekvensomformarens effekt får inte vara mindre än installationens maximala effekt. För snabb reparation eller utbyte vid haveri i frekvensomformaren för elmotorn är det önskvärt att servicecentret finns i omedelbar närhet.
När du väljer en omvandlare är en viktig faktor dess spänning. Om du plockar upp en chastotnik av en viss spänning, och i nätverket visar sig vara lägre, kommer den att stängas av. Om nätspänningen tillåter den tillåtna spänningen under lång tid, kommer detta att leda till dess skada och omöjligt vidare arbete. Med hänsyn till dessa risker är det nödvändigt att välja chastotniki med ett stort utbud av tillåten spänning.
Det finns två typer av omvandlarkontroll: vektor och skalär.
Med skalär styrning upprätthålls en konstant mellan värdet på spänning och frekvens vid utgången. Detta är den enklaste typen av chastotnikov, och som ett resultat billigare.
Med vektorstyrning, på grund av minskningen av statiska fel, är kontrollen mer exakt. Men kostnaden för en asynkron frekvensomformare med denna typ av styrning är högre jämfört med skalär styrning.
Den aktuella frekvenskontrollzonen måste ligga inom de erforderliga gränserna. För områden med mer än 10 gånger frekvenskontroll är det bättre att välja vektorkontroll.
Antalet ingångar bör vara optimalt, för om deras antal är för stort kommer priset på enheten för att ändra frekvensen att vara orimligt högt, och vissa svårigheter kan uppstå när du ställer in den.
Det är nödvändigt att ta hänsyn till frekvensomformarens överbelastningskapacitet vad gäller ström och effekt. Chastotnikströmmen bör vara något mer än motorns märkström. Vid stötbelastning krävs en toppströmsmarginal som ska vara minst 10 % av stötströmmen.
Beräkning av en frekvensomformare för en elmotor
För att frekvensomformaren ska kunna fungera tillförlitligt och uppfylla de inställda värdena, det är nödvändigt att beräkna dess huvudparametrar:
- exekveringstyp;
- kraft.
Beräkning av omvandlarströmmen görs enligt formeln:
där P är motorns märkeffekt, kW;
U - spänning, V
cosφ - effektfaktorvärde
Det korrekta valet av enhetens kraft för att ändra frekvensen påverkar installationens effektivitet. Om frekvensomformarens effekt underskattas blir utrustningens prestanda låg. Långvarig överbelastning under drift kan skada frekvensomformaren.
Om frekvensomformarens effekt är för hög och strömstörningar eller överbelastning fungerar inte motorskyddet, vilket kommer att leda till skador. U
Frekvensomformarens effekt måste vara 15 % mer än märkeffekten för motsvarande motor.
Frekvensomformare för en motor med en effekt på cirka 3 kW är de vanligaste på grund av deras kompakthet, relativt låga pris, enkel installation och underhåll.
Det är meningslöst att manuellt montera chastotniki för motorer med en effekt på 3 kW och mer - de kommer att vara ganska dyra i pris och ger inte alltid den nödvändiga noggrannheten i drift.
För motorer med en effekt på 3 kW används frekvensomformare:
- i ventilationssystem för att styra fläkthastigheten;
- för samtidig drift av de mottagande och tillförseltransportörerna;
- för att leverera råvaror med kontroll över dess volym;
- att styra flera pumpar;
- att styra driften av en dränkbar pump;
- för justering av matningshastigheten för råvaror i krossar.
Frekvensomvandlare för motorer med högre effekt skiljer sig åt i den maximala utfrekvensen, närvaron av ett filter för elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) och typen av styrläge.
Till exempel har en frekvensomformare för en 15KW-motor en lägre maximal utfrekvens än en växelriktare för en 3KW-motor. Det finns inget EMC-filter för denna motor. Kontrollläget är endast skalärt.
- I händelse av att användaren gjorde ett misstag med strömmen när han valde, och den visade sig vara för hög, kommer omvandlaren inte att kunna skydda motorn från eventuell överbelastning, strömstötar och andra faktorer.
- Mindre effekt skapar inte förutsättningar för god maskineffektivitet. En omvandlare med låg effekt kommer inte att kunna ge hög dynamik i pumpenhetens driftläge. Intermittent överbelastning kan orsaka fel.
Faktorer att tänka på när du väljer
Driftsförhållandena för enheten är en betydande faktor som påverkar elmotorns livslängd. Därför, när du väljer, måste du vara uppmärksam på sådana faktorer:
- gränserna för elmotorns driftshastigheter;
- arbetsgränser för vridmoment;
- lastens art;
- arbetscykel.
Alla funktioner är sammankopplade. Så, lasten har flera typer och är förknippad med sådana egenskaper som hastighet, vridmoment och startmoment. Hon händer:
- funktionell eller används för att lyfta laster, till exempel en travers, kan elmotorn anslutas från växelriktaren;
- belastning med energiöverföring och lagring.
Rotations- och vridmomenthastigheter är relaterade till hastighet, vridmoment och tidsparametrar, de beror på följande egenskaper:
- värdet av det konstanta momentet;
- konstant värde på hastighet;
- minskande antal vridmoment;
- minskande hastighet.
Belastningens natur beror på sådana indikatorer som:
Funktioner vid beräkning av växelriktaren för en elmotor
Innan du väljer en frekvensomformare, utför valet och beräkningen av frekvensomformaren för elmotorn. Var noga med att vara uppmärksam på varaktigheten av höghastighetslägen, inklusive det intermittenta läget. Det är nödvändigt att ta hänsyn till det momentana värdet av den maximala strömmen och varaktigheten av likströmmen vid utgången från omvandlaren.
Det är viktigt att överväga den maximala och nominella frekvensen. Strömfördelningstransformatorns kraft eller impendans beaktas tillsammans med kablarna till kraftledningen eller kabelledningen. Strömkällan påverkar även pumpenheten, längden på matningsledningen påverkar spänningsförlusten. Eventuella spänningsstötar, eventuell fasobalans vid ojämn belastning, som påverkar fasobalansen, beaktas.
Faktorer som mekanisk friktion, ledarförluster och arbetscykelvariationer beaktas.
Val av frekvensomformare för pumpar
Det är viktigt att korrekt beräkna frekvensomformaren och kombinera den med pumpenheten. Beräkningen kommer att påverka det korrekta valet av givare. Dess effektivitet och hållbarhet för att använda både själva omvandlaren och den elektriska drivenheten (pumpenheten) beror helt på detta.
Hur man väljer en inverter innan man köper den
Innan du väljer en frekvensomformare, kontrollera den elektriska kompatibiliteten med motorn och belastningskapacitet (effekt).
Ris. Nr 1. Blockschema över VFD-systemet.
Under driften av omvandlaren görs valet beroende på passets egenskaper. När du väljer, faktorer som:
- Effekten enligt växelriktarens och elmotorns pass måste vara lika. Denna parameter är effektiv vid användning av motorer med två polpar (2p=4), med rotationshastighet upp till 1500 rpm, med konstant vridmoment. Det gäller även för växelriktare som klarar 150 % överbelastning (transportörer, transportband) och för växelriktare som arbetar med 120 % överbelastning (fläktar, centrifugalpumpar).
- Märkströmmen måste vara lika med och större än den kontinuerliga faktiska ström som motorn drar (lastström).
Viktigt: Strömmen som dras av motorn måste vara mindre än märkströmmen för frekvensomformaren som anges i specifikationen.
Motoraccelerationstiden vid en startström på 150 % är 120 % för omriktare som är specialiserade på pumpenheter, bör vanligtvis inte överstiga 60 sekunder från märkfrekvensomriktaren.
- Nätverkets inspänning måste uppfylla omvandlaren, den måste förbli i drift vid eventuella spänningsavvikelser från normen.
- Frekvenskontrollområdet som växelriktaren kan stödja måste passa motorns höghastighetsdrift.
- Förekomsten av diskreta styringångar är nödvändig för att mata in olika typer av kommandon programmerade av användaren. Analoga behövs också, de används för att mata in referenssignaler och för återkoppling. Digitala ingångar krävs också, som tjänar till högfrekventa signaler som kommer från kodare eller digitala hastighets- och positionssensorer.
- Antalet utsignaler används för att skapa komplexa kretsar för ett system av pumpstationer.
- Möjlighet till driftstyrning i driftläge, dessa kan vara styringångar med hjälp av fjärrkontrollen. Eller styrning via seriell kommunikation via styrenhet eller dator. Kanske blir det en samlad ledning.
- Valet av omvandlare beror på preferensen för motorstyrningsmetoden, . Beror på separat vektormotorstyrning eller skalär styrning - upprätthålla ett konstant förhållande mellan utspänning och utfrekvens. För pumpenheter är vektorstyrningsmetoden vanligare.
- Till mer exakta urvalskriterier, som bestämmer driften av motorn vid en konstant hastighet. När växelriktaren körs med en motor, beräknas den effekt som krävs för att starta med formeln:
Ris. Nr 2. Formeln för att beräkna den totala starteffekten.
Strömförbrukningen av motorn från omvandlaren vid nätspänning 220/380V beräknas med formeln:
Ris. Nummer 3. Beräkning av motorns mekaniska egenskaper.
Viktigt: Med ledning av kravet på hur man väljer rätt frekvensomformare när det gäller aktuella egenskaper, måste växelriktaren uppfylla alla standarder och krav, men effektstandarder kan försummas.
Ris. Nr 4. Tabell över ojämlikheter som måste observeras vid val av växelriktare för drift av en frekvensomformare med flera motorer.
Fördelar med att använda en frekvensomformare
Fig. nr 5. Fördelar med att välja en frekvensomformare
Fördelarna med frekvensomformaren inkluderar flera viktiga egenskaper:
- Minskning av startströmmen till det faktiska driftvärdet. Förutsättningarna för att driva en elmotor direkt från nätverket och driva från en omvandlare är olika. I det första fallet ökar startströmmen med minst sju gånger motorns märkström. Mjukstart med en gradvis jämn ökning av frekvensen av motorns nätspänning kan reduceras till den faktiska, som förbrukas av motorn i stadigt driftläge. Detta uppnås genom att ställa in accelerationstiden, om det är nödvändigt att accelerera tröghetsbelastningen kan omvandlaren ge mer effekt än motoreffekten.
- Det finns modeller av omvandlare som är maximalt orienterade för att arbeta med en variabel vridmomentbelastning, nämligen för pumpstationer utrustade med centrifugalpumpar. Omvandlarens märkström kan vara mer än två steg högre än motorns märkström.
- att starta pumpaggregat ger energibesparingar på minst 30 %.
Nackdelar med vektorfrekvensomvandlare:
- Svårighet att sätta upp en vektoromvandlare, expertråd krävs. Parametrarna för elmotorn, inklusive induktans, beaktas.
- Tekniken för att använda en elektrisk drivning måste innebära 100% noggrannhet, bara i detta fall är valet av en växelriktare motiverat.
- När du väljer en vektoromvandlare får du inte glömma att byta från skalärt läge.
- Höga krav på noggrannhet hos mätinstrument och strömsensorer vilket påverkar kostnaden.
- Det är önskvärt att använda en vektorväxelriktare för en specifik elmotor.
Val av frekvensomvandlare
När man karakteriserar en frekvensomformare för en given last är det första steget att beakta lastegenskaperna. Det finns fyra olika sätt att beräkna de nödvändiga utgångsparametrarna, med valet av metod beroende på motorns egenskaper.
Lastegenskaper
Innan man dimensionerar en frekvensomformare måste man skilja mellan de två mest använda belastningsklasserna. Lastegenskaper skiljer sig från varandra enligt följande:
Ris. 1. Konstant och kvadratiskt belastningsmoment
När hastigheten på centrifugalpumpar och fläktar ökar, ökar strömförbrukningen till tredje effekt (P = n 3).
Det normala driftsområdet för centrifugalpumpar och fläktar är mellan 50 % och 90 %. Belastningsfaktorn ökar med kvadraten på hastigheten, dvs cirka 30 till 80 %.
Båda dessa faktorer visar sig i vridmomentegenskaperna hos motorn som styrs av frekvensomformaren.
Figurerna 2 och 3 visar vridmomentegenskaperna för två storlekar av frekvensomformare, den ena (Figur 3) har ett mindre effektområde än den andra. Båda vridmomentegenskaperna gavs samma belastningsegenskaper som en centrifugalpump.
På fig. 2 hela pumpens driftområde (0-100%) ligger inom de nominella värdena för motorparametrarna. Eftersom pumpens normala driftområde är mellan 30 % och 80 % kan en frekvensomformare med lägre uteffekt väljas.
Ris. 2. Högeffekts frekvensomvandlare
Ris. 3. Lågeffektfrekvensomvandlare
Om belastningsmomentet är konstant måste motorn kunna leverera mer vridmoment än belastningsmomentet eftersom övervridmomentet används för acceleration.
För acceleration och högt initialt vridmoment, till exempel vid bandtransportörer, räcker det med ett kortvarigt överbelastningsmoment på 60 % av det vridmoment som utvecklas av frekvensomformaren. Överbelastningsmoment ger också systemet förmågan att hantera plötsliga ökningar av belastningen. En frekvensomformare som inte tillåter något överbelastningsmoment måste väljas så att det accelererande vridmomentet (TB) ligger inom det nominella vridmomentet.
Ris. 4. Överbelastningsmoment används för acceleration
Belastningen tar hänsyn till fyra olika uppsättningar av motorspecifikationer för att hjälpa dig att bestämma hur du ska dimensionera frekvensomformaren i termer av effekt.
1. Frekvensomformaren kan väljas snabbt och noggrant baserat på värdet på strömmen l M som motorn drar. Om motorn inte är fullastad kan dess ström mätas med ett liknande system som körs med full belastning.
Ris. 5.
Elmotor 7,5 kW, 3 x 400 V förbrukar en ström på 14,73 A.
Med hänsyn till frekvensomformarens tekniska data väljs frekvensomformaren vars kontinuerliga maximala utström är större än eller lika med 14,73A med konstant eller kvadratisk vridmomentkarakteristik.
Notera:
Om frekvensomformaren väljs baserat på effekt (metoder 2-4), är det nödvändigt att jämföra den beräknade effekten och den effekt som anges i frekvensomformarens tekniska data vid samma spänning. Om frekvensomformaren beräknar från ström (metod 1) krävs inte detta eftersom utströmmen från frekvensomformaren påverkar andra data.
2. Frekvensomformaren kan väljas baserat på den skenbara effekt S M som förbrukas av motorn och den skenbara effekt som tillförs av frekvensomformaren.
Ris. 6.
Exempel på beräkning och val av en frekvensomformare:
Elmotor 7,5 kW, 3x400 V förbrukar en ström på 14,73 A. Sm \u003d U x I x √3 / 1000 = 400 x 14,73 √3 / 1000 = 10,2 kVA
Med hänsyn till frekvensomformarens tekniska data väljs en frekvensomformare vars kontinuerliga maximala uteffekt är större än eller lika med 10,2 kVA vid en konstant eller kvadratisk vridmomentkarakteristik.
3. Frekvensomvandlaren kan också väljas enligt den effekt R m som genereras av elmotorn. Denna metod är dock felaktig eftersom cos φ och effektivitet η ändras med belastning.
Ris. 7.
Ett exempel på att beräkna effekten av en elmotor
En elmotor på 3 kW med cos φ = 0,80 och η = 0,81 förbrukar effekt S M = PM / (η x cos φ) = 3,0 / (0,80 x 0,81) = 4,6 kVA
Med hänsyn till frekvensomformarens tekniska data väljs frekvensomformaren vars kontinuerliga maximala uteffekt är större än eller lika med 4,6 kVA vid en konstant eller kvadratisk vridmomentkarakteristik.
4. I praktiken motsvarar märkeffekten för de flesta frekvensomformare standardserien av asynkronmotorer. Därför väljs ofta frekvensomformare utifrån detta övervägande, vilket dock kan leda till felaktig bestämning av deras egenskaper, särskilt om motorn inte är fulladdad.
Ris. åtta.
Strömfördelning i frekvensomformaren (cos φ (phi) för motorn)
Strömmen för magnetisering av motorn tillförs av en kondensator placerad i frekvensomformarens mellankrets. Magnetiseringsströmmen är en reaktiv ström som flyter mellan kondensatorn och motorn (fig. 9).
Ris. 9. Strömmar i frekvensomformaren
Endast aktiv ström (l W) kommer från nätet. Det är därför frekvensomformarens utström alltid är större än ingångsströmmen. Förutom den aktiva strömmen förbrukas strömmen I förlust , (förlustström) från nätverket.
Räkneexempel
Utan belastning är strömmen för en 1,1 kW 4-polig motor 1,6 A. Utströmmen från den anslutna frekvensomformaren är cirka 1,6 A, och inströmmen när den körs utan belastning är nästan noll.
Motortillverkare anger vanligtvis motorns cos φ vid märkström. Med ett mindre värde på cos φ (till exempel i fallet med en synkron reluktansmotor) kommer motorns märkström vid samma värden av effekt och spänning att vara större, vilket kan ses av följande ekvation:
I S = I W / cos φ
Om frekvensomformaren väljs baserat på motorns märkström (metod 1), så finns det ingen nedstämpling av motorns märkmoment.
Kondensatorn som är ansluten till motorterminalerna för att kompensera för den reaktiva strömmen måste tas bort. På grund av frekvensomformarens höga omkopplingsfrekvens beter sig kondensatorn som en kortslutning och orsakar en betydande ökning av motorströmmen. Växelriktaren tolkar detta som ett jordfel eller kortslutning och trippar.
Motorhastighetskontroll
Frekvensomformarens utgångsfrekvens och därmed motorns hastighet styrs av en eller flera signaler (0-10V, 4-20mA eller spänningspulser). När en hastighetsökningssignal ges, ökar motorhastigheten och den vertikala delen av motorvridmomentkurvan skiftar åt höger (fig. 10).
Ris. 10. Samband mellan styrsignal och motorvridmomentegenskaper
Om belastningsmomentet är mindre än motorns nominella vridmoment kommer varvtalet att nå det erforderliga värdet. Såsom visas i fig. 11 skär belastningsegenskaperna med vridmomentegenskaperna för elmotorn i den vertikala delen (vid punkt A). Om korsningen sker i den horisontella delen (punkt B) kan motorns varvtal inte överstiga motsvarande värde under lång tid Frekvensomformaren tillåter att kortslutningsströmgränsen överskrids utan att lösas ut (punkt C), men den varaktigheten av överskridandet måste nödvändigtvis vara tidsbegränsad.
Ris. 11. Motorströmmen kan överskrida strömgränsen under en kort tid
Accelerations- och retardationsramper
Accelerationskarakteristiken (rampen) visar hastigheten med vilken hastighetsökningen sker, och ställs in i form av accelerationstid t acc . Dessa ramper baseras i första hand på den nominella motorfrekvensen, till exempel en accelerationsramp på 5 s innebär att frekvensomformaren tar 5 sekunder att gå från noll till den nominella motorfrekvensen (f = 50 Hz).
Ris. 12. Acceleration och retardationstid
Retardationsrampen visar hur snabbt hastigheten avtar. Den anges som en retardationstid t dec .
Direkt övergång från acceleration till retardation är möjlig eftersom motorn alltid följer omriktarens utfrekvens.
Om motoraxelns tröghetsmoment är känt kan de optimala accelerations- och retardationstiderna beräknas.
tac \u003d J x (n 2 -n 1) / [(T acc - T fric) x 9,55]
tdec = J x (n 2 -n 1)/[(T acc + T fric) x 9,55]
J - tröghetsmoment för motoraxeln.
T frik är systemets friktionsmoment.
Tass - överdrivet (överbelastning) vridmoment som används för acceleration.
T dec är det bromsmoment (bromsvridmoment) som uppstår när hastighetsreferensen minskar.
n 1 och n 2 - rotationshastigheter vid frekvenserna f 1 och f 2 .
Om frekvensomformaren är kapabel till kortvarigt överbelastningsmoment, ställs accelerations- och retardationsmomenten in på motorns märkmoment T. I praktiken är accelerationstiden och retardationstiden vanligtvis desamma.
Räkneexempel
J \u003d 0,042 kgm 2, T frik \u003d 0,05 x M N, n 1 \u003d 500 rpm, n 2 \u003d 1000 rpm, T N \u003d 27 Nm
tacc \u003d J x (n 2 - n 1) / [(T ass - T fric) x 9,55] \u003d 0,042 x (1000 - 500) / [(27,0 - (0,05 x 27,0)) x 9,55] = 0,1 [ s]
Dynamisk bromsning
När referenssignalen för varvtal minskar, beter sig motorn som en generator och bromsar. Retardation under bromsning beror på storleken på motorbelastningen.
Elmotorer anslutna direkt till nätet matar tillbaka bromskraften till nätet.
Om motorn drivs av en frekvensomformare, lagras bromsenergin i frekvensomformarens mellankrets. Om bromskraften är stor och frekvensomformaren inte kan avleda den genom sin egen konstruktion, ökar mellankretsspänningen.
Mellankretsspänningen kan stiga tills frekvensomformaren är inaktiverad av skyddet, och ibland måste mellankretsen laddas med en bromsmodul och ett externt motstånd för att absorbera bromskraften.?
Användningen av en bromsmodul och ett bromsmotstånd möjliggör snabb bromsning under tung belastning. Det finns dock problem i samband med uppvärmning. En annan lösning är att använda en regenerativ bromsenhet. Sådana block används för frekvensomformare med en okontrollerad likriktare och returnerar bromsenergi till försörjningsnätet.
I frekvensomriktare med styrda likriktare kan bromskraften återföras till nätet (se fig. 13) med hjälp av till exempel en växelriktare kopplad antiparallellt till likriktaren.
Ris. 13. Slå på bromsmodul och bromsmotstånd
Ris. 14. Back-to-back-växelriktare
Ett annat sätt att bromsa en elmotor är DC-bromsning. För att skapa ett magnetfält i statorn appliceras en DC-spänning mellan två faser av elmotorn. Eftersom bromsenergin finns kvar i motorn och överhettning är möjlig, rekommenderas DC-bromsning att användas i låghastighetsområdet för att inte överskrida motorns märkström. Normalt är DC-bromsning begränsad i tiden.?
Omvänd
Rotationsriktningen för asynkronmotorer bestäms av ordningen på matningsspänningens faser.
Om två faser vänds om, kommer motorns rotationsriktning att ändras och den kommer att rotera i motsatt riktning.
De flesta elmotorer är utformade för att få motoraxeln att rotera medurs om anslutningen görs enligt följande:
Ris. 15. Elmotorns rotationsriktning ändras genom att ändra ordningen på faserna
Samma regel gäller för ordningen på faserna vid utgångsterminalerna på de flesta frekvensomformare.
Frekvensomformaren kan reversera motorn genom att elektroniskt ändra fasordningen. Reversering görs antingen genom att ställa in en negativ hastighet eller genom en digital insignal. Om det vid första idrifttagning krävs att motorn har en viss rotationsriktning måste frekvensomformarens fabriksinställning vara känd.
Eftersom frekvensomformaren begränsar motorströmmen till märkvärdet, kan den frekvensomformarstyrda motorn reverseras oftare än en direktansluten motor.
Ris. 16. Växelriktarens bromsmoment vid backning
Ramper
Alla frekvensomriktare har rampfunktioner för att säkerställa smidig drift. Dessa ramper kan ändras och tack vare dem kan hastighetsreferensen ökas eller minskas i ett visst intervall.
Ris. 17. Justerbar acceleration och retardationstid
Accelerations-/retardationslutningen (acceleration/retardationstid) kan ställas in så liten att motorn i vissa situationer inte kommer att kunna utföra uppgiften (den kommer inte att kunna accelerera/bromsa motorn under en given tid).
Detta gör att motorströmmen ökar tills strömgränsen nås. Vid en kort retardationstid (t-a) kan mellankretsspänningen stiga till en sådan nivå att frekvensomformarens skyddskrets stoppar frekvensomformaren.
Den optimala ramptiden kan beräknas med hjälp av formlerna nedan.
t a = J x n/[(T N -T fric)x9,55]
t-a = J x n/[(TN +T fric)x9,55]
t a - hastighetsökningstid
t -a - retardationstid
n - antal varv
T N - märkt vridmoment för elmotorn
T frik - friktionsmoment
Ris. 18. Inställning av ramptid
Accelerations-/retardationstiden väljs vanligtvis utifrån motorns märkhastighet.
strömkontroll
Frekvensomformare kan övervaka den kontrollerade processen och ingripa vid fel.
Sådan styrning kan delas in i tre typer beroende på objekt: processanläggningsstyrning, elmotorstyrning och frekvensomformarstyrning.
Installationskontroll baserat på styrning av utfrekvens, utström och motorvridmoment. Baserat på dessa parametrar kan du ställa in flera gränser, vars överskridande påverkar kontrollfunktionen. Dessa gränser kan vara det lägsta tillåtna motorvarvtalet (minsta frekvens), den högsta tillåtna strömmen (strömgränsen) eller det högsta tillåtna motorvridmomentet (vridmomentgränsen).
Frekvensomformaren kan till exempel programmeras att ge en varningssignal, minska motorns varvtal eller stoppa den senare om dess hastighet överskrider de inställda gränserna.
Exempel
I installationer som använder en kilrem för att ansluta motorn till resten av systemet, kan frekvensomformaren programmeras för att övervaka kilremmens tillstånd.
Eftersom utfrekvensen kommer att öka snabbare än den inställda rampen vid en rembrott, är det i sådana situationer möjligt att använda denna frekvens för att varna eller stoppa motorn.
Motor kontroll kan göras med en frekvensomformare genom att övervaka motorns termiska mönster eller genom att ansluta en termistor till motorn. Frekvensomformaren kan förhindra överbelastning av motorn genom att fungera som ett termiskt relä. Utfrekvensen ingår också i de beräkningar som utförs av frekvensomformaren. Detta säkerställer att motorn inte överbelastas vid låga hastigheter på grund av dålig intern ventilation. Moderna frekvensomriktare kan också skydda ventilerade motorer om strömmen blir för hög.
Frekvensomvandlarkontroll traditionellt gjort på ett sådant sätt att omvandlaren stängs av vid överström. Vissa omvandlare tillåter kortvarig överström. Mikroprocessorn i frekvensomformaren kan samtidigt ta hänsyn till värdet på motorströmmen och tidpunkten för dess applicering, vilket säkerställer att frekvensomformaren kan användas optimalt utan överbelastning.
Enligt Danfoss
