Претварач фреквенције - врсте, принцип рада, шеме повезивања

Ротор било ког електромотора покреће силе изазване ротирајућим електромагнетним пољем унутар намотаја статора. Његова брзина је обично одређена индустријском фреквенцијом електричне мреже.

Његова стандардна вредност од 50 херца подразумева педесет периода осциловања у једној секунди. За један минут њихов број се повећава 60 пута и износи 50×60 = 3000 обртаја. Ротор се ротира исти број пута под утицајем примењеног електромагнетног поља.

Ако промените вредност мрежне фреквенције која се примењује на статор, можете подесити брзину ротације ротора и погона који је повезан на њега. Овај принцип је основа управљања електромоторима.

Врсте фреквентних претварача

По дизајну, фреквентни претварачи су:

1. индукциони тип;

2. електронски.

Произведени асинхрони мотори према шеми са фазним ротором и покренути у генераторском режиму, представници су првог типа. Током рада имају ниску ефикасност и одликују се ниском ефикасношћу.Због тога нису нашли широку примену у производњи и користе се изузетно ретко.

Метода електронске конверзије фреквенције омогућава глатку регулацију брзине и асинхроних и синхроних машина. У овом случају може се применити један од два принципа контроле:

1. Према унапред одређеној карактеристици зависности брзине ротације од фреквенције (В / ф);

2. метода векторске контроле.

Први метод је најједноставнији и мање савршен, а други се користи за прецизно управљање брзинама ротације критичне индустријске опреме.

Особине управљања вектором конверзије фреквенције

Разлика између ове методе је интеракција, утицај уређаја за управљање претварачем на «просторни вектор» магнетног флукса који се ротира са фреквенцијом роторског поља.

Алгоритми за рад претварача на овом принципу креирају се на два начина:

1. управљање без сензора;

2. регулација протока.

Први метод се заснива на утврђивању одређене зависности од смењивања секвенци модулација ширине импулса (ПВМ) претварач за унапред подешене алгоритме. У овом случају, амплитуда и фреквенција излазног напона претварача се контролишу струјом клизања и оптерећењем, али без употребе повратне спреге о брзини ротора.

Овај метод се користи када се контролише неколико електромотора повезаних паралелно са фреквентним претварачем.Контрола флукса укључује праћење радних струја унутар мотора са њиховом декомпозицијом на активне и реактивне компоненте и прилагођавање рада претварача ради подешавања амплитуде, фреквенције и угла за векторе излазног напона.

Ово побољшава тачност мотора и повећава границе његовог подешавања. Употреба контроле протока проширује могућности погона који раде при малим брзинама са великим динамичким оптерећењима, као што су дизалице или индустријске машине за намотавање.

Употреба векторске технологије омогућава имплементацију динамичке контроле обртног момента трофазни асинхрони мотори. 

Еквивалентно коло

Основно поједностављено електрично коло индукционог мотора може се представити на следећи начин.

Напон у1 се примењује на намотаје статора, који имају активни отпор Р1 и индуктивни отпор Кс1. Он, превазилазећи отпор ваздушног јаза Ксв, претвара се у намотај ротора, изазивајући у њему струју која превазилази његов отпор.

Еквивалентно коло векторског кола

Његова конструкција помаже да се разумеју процеси који се одвијају у индукционом мотору.

Енергија струје статора је подељена на два дела:

• иµ — преграда која формира проток;

• ив — компонента која генерише момент.

У овом случају, ротор има активни отпор који зависи од клизања Р2 / с.

За контролу без сензора, мери се следеће:

• напон у1;

• струја и1.

По својим вредностима израчунавају:

• иµ — компонента протока која формира ток;

• ив — обртни момент који ствара вредност.

Алгоритам прорачуна сада укључује електронско еквивалентно коло индукционог мотора са струјним регулаторима, које узима у обзир услове засићења електромагнетног поља и губитке магнетне енергије у челику.

Обе компоненте струјних вектора, различите по углу и амплитуди, ротирају заједно са координатним системом ротора и постају стационарни систем оријентације статора.

Према овом принципу, параметри фреквентног претварача се подешавају према оптерећењу индукционог мотора.

Принцип рада фреквентног претварача

Овај уређај, који се назива и инвертер, заснива се на двострукој промени таласног облика мрежног напајања.

У почетку, индустријски напон се доводи до исправљача са снажним диодама које уклањају синусне хармонике, али остављају таласе сигнала. За њихово уклањање предвиђена је кондензаторска банка са индуктивношћу (ЛЦ-филтер), која исправљаном напону обезбеђује стабилан, изглађен облик.

Сигнал затим иде на улаз фреквентног претварача, који је трофазно мостно коло од шест транзистори снаге ИГБТ или МОСФЕТ серија са заштитним диодама напона обрнутог поларитета. Раније коришћени тиристори за ове намене немају довољну брзину и раде са великим сметњама.

Да бисте укључили режим "кочнице" мотора, у коло се може уградити контролисани транзистор са снажним отпорником који расипа енергију. Ова техника омогућава да се напон који генерише мотор уклони како би се кондензатори филтера заштитили од прекомерног пуњења и оштећења.

Метода векторске контроле фреквенције претварача вам омогућава да креирате кола која врше аутоматску контролу сигнала из АЦС система. За то се користи систем управљања:

1. амплитуда;

2. ПВМ (симулација ширине импулса).

Метода контроле амплитуде заснива се на промени улазног напона, а ПВМ на алгоритму за пребацивање транзистора снаге на константан улазни напон.

Са ПВМ регулацијом, ствара се период модулације сигнала када је намотај статора повезан стриктним редоследом на позитивне и негативне терминале исправљача.

Пошто је тактна фреквенција генератора прилично висока, онда се у намотају електромотора, који има индуктивни отпор, изглађују до нормалног синусног таласа.

Методе ПВМ управљања максимизирају елиминацију губитака енергије и обезбеђују високу ефикасност конверзије због истовремене контроле фреквенције и амплитуде. Они су постали доступни захваљујући развоју ГТО серије енергетски закључаних тиристорских управљачких технологија или биполарних брендова ИГБТ транзистора са изолованим вратима.

Принципи њиховог укључивања за управљање трофазним мотором приказани су на фотографији.

Сваки од шест ИГБТ је повезан у антипаралелном колу на своју сопствену диоду обрнуте струје. У овом случају, активна струја индукционог мотора пролази кроз струјни круг сваког транзистора, а његова реактивна компонента је усмерена кроз диоде.

Да би се елиминисао утицај спољашње електричне буке на рад претварача и мотора, коло фреквентног претварача може укључивати филтер за смањење букеликвидација:

• радио сметње;

• електрична пражњења изазвана радом опреме.

Ово се сигнализира од стране контролера, а заштићено ожичење се користи између мотора и излазних терминала претварача да би се смањио удар.

Да би се побољшала тачност рада асинхроних мотора, управљачко коло фреквентних претварача укључује:

• комуникациони улаз са напредним могућностима интерфејса;

• уграђени контролер;

• меморијска картица;

• софтвер;

• информативни ЛЕД дисплеј који приказује главне излазне параметре;

• кочиони чопер и уграђени ЕМЦ филтер;

• систем за хлађење кола заснован на дувању са вентилаторима повећаног ресурса;

• функција загревања мотора једносмерном струјом и неке друге могућности.

Оперативни дијаграми ожичења

Претварачи фреквенције су дизајнирани за рад са једнофазним или трофазним мрежама. Међутим, ако постоје индустријски извори једносмерне струје са напоном од 220 волти, онда се из њих могу напајати инвертори.

Трофазни модели су дизајнирани за мрежни напон од 380 волти и доводе га до електромотора. Монофазни претварачи се напајају са 220 волти и излазе три фазе распоређене током времена.

Шема повезивања фреквентног претварача са мотором може се извести према шемама:

• Звездице;

• троугао.

Намотаји мотора су састављени у "звезду" за претварач, који се напаја трофазном мрежом од 380 волти.

Према шеми "делта", намотаји мотора се склапају када је претварач снаге повезан на једнофазну мрежу од 220 волти.

Када бирате начин повезивања електромотора са фреквентним претварачем, морате обратити пажњу на однос снаге који мотор који ради може да створи у свим режимима, укључујући и спори, оптерећени старт, са могућностима претварача.

Немогуће је стално преоптеретити фреквентни претварач, а мала резерва његове излазне снаге ће обезбедити његов дуготрајан и несметан рад.