V različnih situacijah bo morda treba frekvenco začetnega toka pretvoriti v tok z regulirano frekvenčno napetostjo. To je potrebno na primer pri delovanju asinhronih motorjev za spreminjanje njihove hitrosti vrtenja. Ta članek bo obravnaval namen in načelo delovanja frekvenčnega pretvornika.
Vsebina
Kaj je frekvenčni pretvornik
Frekvenčni pretvornik (FC) je električna naprava, ki pretvarja in gladko uravnava enofazni ali trifazni izmenični tok s frekvenco 50 Hz v podobno vrsto toka s frekvenco od 1 do 800 Hz. Takšne naprave se pogosto uporabljajo za nadzor delovanja različnih asinhronih električnih strojev, na primer za spreminjanje frekvence njihovega vrtenja. Obstajajo tudi naprave za uporabo v industrijskih visokonapetostnih omrežjih.
Preprosti pretvorniki uravnavajo frekvenco in napetost glede na V/f karakteristiko, kompleksne naprave uporabljajo vektorsko krmiljenje.
Frekvenčni pretvornik je tehnično zapletena naprava in ni sestavljena samo iz frekvenčnega pretvornika, ampak ima tudi zaščito pred pretokom, prenapetostjo in kratkim stikom. Tudi takšna oprema ima lahko dušilko za izboljšanje valovne oblike in filtre za zmanjšanje različnih elektromagnetnih motenj. Obstajajo elektronski pretvorniki, pa tudi električne strojne naprave.
Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika
Elektronski pretvornik je sestavljen iz več glavnih komponent: usmernika, filtra, mikroprocesorja in pretvornika.
Usmernik ima kup diod ali tiristorjev, ki popravljajo začetni tok na vhodu v pretvornik. Za diodne pretvornike je značilna popolna odsotnost valovanja, so poceni, a hkrati zanesljive naprave. Tiristorski pretvorniki ustvarjajo možnost, da tok teče v obe smeri in omogoča vračanje električne energije v omrežje, ko je motor zaviran.
Filter uporablja se v tiristorskih napravah za zmanjšanje ali odpravo valovanja napetosti. Glajenje se izvaja s kapacitivnimi ali induktivno-kapacitivnimi filtri.
Mikroprocesor – je krmilna in analitska povezava pretvornika. Sprejema in obdeluje signale senzorjev, kar vam omogoča prilagajanje izhodnega signala iz frekvenčnega pretvornika z vgrajenim PID krmilnikom.Prav tako ta sistemska komponenta beleži in shranjuje podatke o dogodkih, registrira in ščiti napravo pred preobremenitvami, kratkimi stiki, analizira način delovanja in izklopi napravo v primeru delovanja v sili.
pretvornik napetost in tok se uporabljata za krmiljenje električnih strojev, to je za gladko krmiljenje frekvence toka. Takšna naprava proizvaja "čisti sinusni" izhod, kar omogoča uporabo v številnih panogah.
Načelo delovanja elektronskega frekvenčnega pretvornika (pretvornika) je sestavljeno iz naslednjih stopenj dela:
- Vhodni sinusni izmenični enofazni ali trifazni tok se popravi z diodnim mostom ali tiristorji;
- S pomočjo posebnih filtrov (kondenzatorjev) se signal filtrira za zmanjšanje ali odpravo valovanja napetosti;
- Napetost se z mikrovezjem in tranzistorskim mostom pretvori v trifazni val z določenimi parametri;
- Na izhodu pretvornika se pravokotni impulzi pretvorijo v sinusno napetost z določenimi parametri.
Vrste frekvenčnih pretvornikov
Obstaja več vrst frekvenčnih pretvornikov, ki so trenutno najpogostejši za proizvodnjo in uporabo:
Elektrostrojni (elektroindukcijski) pretvorniki: se uporabljajo v primerih, ko je nemogoča ali neprimerna uporaba elektronskih FC. Strukturno so takšne naprave asinhroni motorji s faznim rotorjem, ki delujejo v načinu generator-pretvornik.
Te naprave so skalarno krmiljeni pretvorniki. Na izhodu te naprave se ustvari napetost določene amplitude in frekvence, ki vzdržuje določen magnetni tok v navitjih statorja.Uporabljajo se v primerih, ko ni potrebno vzdrževati hitrosti rotorja glede na obremenitev (črpalke, ventilatorji in druga oprema).
Elektronski pretvorniki: široko uporablja v vseh delovnih pogojih za različno opremo. Takšne naprave so vektorske, samodejno izračunajo interakcijo magnetnih polj statorja in rotorja ter zagotavljajo konstantno vrednost hitrosti rotorja ne glede na obremenitev.
- ciklopretvorniki;
- cikloinverterji;
- Pretvornik z vmesnim vmesnim tokokrogom:
- Frekvenčni pretvornik tokovnega vira;
- Frekvenčni pretvornik napetostnega vira (z amplitudno ali impulzno širinsko modulacijo).
Po obsegu je oprema lahko:
- za opremo z močjo do 315 kW;
- vektorski pretvorniki za moč do 500 kW;
- Eksplozijsko varne naprave za uporabo v eksplozivnih in prašnih okoljih;
- frekvenčni pretvorniki, nameščeni na elektromotorje;
Vsaka vrsta frekvenčnega pretvornika ima določene prednosti in slabosti ter je uporabna za različno opremo in obremenitve ter delovne pogoje.
Frekvenčni pretvornik je mogoče krmiliti ročno ali zunanje. Ročno upravljanje se izvaja z nadzorne plošče pretvornika, ki lahko prilagodi hitrost ali ustavi delovanje. Zunanji nadzor se izvaja s pomočjo avtomatskih krmilnih sistemov (APCS), ki lahko nadzorujejo vse parametre naprave in vam omogočajo preklapljanje sheme ali načina delovanja (prek FC ali bypass).Prav tako vam zunanji nadzor omogoča programiranje delovanja pretvornika glede na pogoje delovanja, obremenitev, čas, kar vam omogoča delo v samodejnem načinu.
Zakaj bi lahko električni motor potreboval frekvenčni pretvornik?
Uporaba frekvenčnih pretvornikov omogoča znižanje stroškov električne energije, stroškov amortizacije motorjev in opreme. Uporabljajo se lahko za poceni motorje z veverico, kar zmanjša proizvodne stroške.
Številni elektromotorji delujejo v pogojih pogoste spremembe načinov delovanja (pogosti zagoni in zaustavitve, spreminjanje obremenitve). Frekvenčni pretvorniki vam omogočajo nemoten zagon motorja in zmanjšanje največjega zagonskega navora in segrevanja opreme. To je pomembno na primer pri dvižnih strojih in vam omogoča zmanjšanje negativnega vpliva nenadnih zagonov, pa tudi odpravo nihanja tovora in sunkov pri ustavljanju.
S pomočjo pretvornika lahko nemoteno uravnavate delovanje puhal, črpalk in vam omogoča avtomatizacijo tehnoloških procesov (uporablja se v kotlovnicah, v rudarstvu, v sektorju rafiniranja nafte in nafte, v vodovodih in drugih podjetjih).
Uporaba frekvenčnih pretvornikov v transporterjih, transporterjih, dvigalih vam omogoča podaljšanje življenjske dobe njihovih komponent, saj zmanjšuje sunke, udarce in druge negativne dejavnike pri zagonu in ustavljanju opreme. Lahko gladko povečujejo in znižujejo hitrost motorja, izvajajo vzvratno gibanje, kar je pomembno za veliko število visoko precizne industrijske opreme.
Prednosti frekvenčnih pretvornikov:
- Zmanjšanje stroškov energije: z zmanjšanjem zagonskih tokov in prilagajanjem moči motorja glede na obremenitev;
- Povečanje zanesljivosti in vzdržljivosti opreme: omogoča podaljšanje življenjske dobe in podaljšanje obdobja od ene tehnične storitve do druge;
- Omogoča izvajanje zunanjega nadzora in upravljanja opreme iz oddaljenih računalniških naprav ter možnost integracije v sisteme avtomatizacije;
- Frekvenčni pretvorniki lahko delujejo s katero koli močjo obremenitve (od enega kilovata do desetine megavatov);
- Prisotnost posebnih komponent v sestavi frekvenčnih pretvornikov vam omogoča zaščito pred preobremenitvami, izpadom faze in kratkim stikom ter zagotavljanje varnega delovanja in izklopa opreme v nujnih primerih.
Seveda, če pogledamo takšen seznam prednosti, se lahko vprašamo, zakaj jih ne bi uporabili za vse motorje v podjetju? Odgovor je očiten, žal, toda to so visoki stroški chastotnikov, njihova namestitev in prilagoditev. Vsako podjetje si ne more privoščiti teh stroškov.
Podobni članki:
