Frequentieomvormers zijn ontworpen voor een soepele regeling van het toerental van een asynchrone motor door een driefasige variabele frequentiespanning aan de uitgang van de omvormer te creëren. In de eenvoudigste gevallen vindt de regeling van frequentie en spanning plaats in overeenstemming met: gegeven V / f-karakteristiek, in de meest geavanceerde converters, de zogenaamde vector controle .
Het werkingsprincipe van een frequentieomvormer of, zoals het vaak wordt genoemd, een omvormer: wisselspanning industrieel netwerk gelijkgericht door een gelijkrichterdiode-eenheid en gefilterd door een condensatorbank grote capaciteit om de rimpel van de ontvangen spanning te minimaliseren. Deze spanning wordt toegepast op een brugcircuit dat zes IGBT- of MOSFET-gestuurde transistors bevat met antiparallel geschakelde diodes om de transistors te beschermen tegen de doorslag van de omgekeerde polariteit die optreedt bij het bedienen van de motorwikkelingen. Bovendien bevat het circuit soms een circuit voor het "aftappen" van energie - een transistor met een weerstand hoog vermogen spreiding. Dit circuit wordt in de remmodus gebruikt om de door de motor gegenereerde spanning te doven en om de condensatoren te beschermen tegen overladen en defecten.
Het blokschema van de omvormer is hieronder weergegeven.
Met een frequentieomvormer compleet met een asynchrone elektromotor kunt u de elektrische aandrijving vervangen Gelijkstroom... DC-motorsnelheidsregelsystemen zijn eenvoudig genoeg, maar zwak punt zo'n elektrische aandrijving is een elektromotor. Het is duur en onbetrouwbaar. Tijdens bedrijf fonkelen de borstels en verslijt de collector onder invloed van elektro-erosie. Een dergelijke elektromotor kan niet worden gebruikt in een stoffige en explosieve omgeving.
Asynchrone elektromotoren zijn in veel opzichten superieur aan DC-motoren: ze zijn eenvoudig van ontwerp en betrouwbaar, omdat ze geen bewegende contacten hebben. Ze zijn kleiner in omvang, gewicht en kosten in vergelijking met gelijkstroommotoren voor hetzelfde vermogen. Asynchrone motoren zijn eenvoudig te vervaardigen en te bedienen.
Het grootste nadeel van asynchrone elektromotoren is de moeilijkheid om hun snelheid te regelen. traditionele methoden(door de voedingsspanning te wijzigen, extra weerstanden in het wikkelcircuit te introduceren).
Het aansturen van een asynchrone elektromotor in frequentiemodus was tot voor kort een groot probleem, hoewel de theorie van frequentieregeling al in de jaren dertig werd ontwikkeld. Ontwikkeling van frequentie gecontroleerde elektrische aandrijving teruggehouden hoge kosten frequentie omvormers. Door de opkomst van stroomcircuits met IGBT-transistors en de ontwikkeling van krachtige konden verschillende bedrijven in Europa, de VS en Japan moderne frequentieomvormers maken tegen een betaalbare prijs.
De snelheidsregeling van de aandrijvingen kan worden uitgevoerd met behulp van: verschillende apparaten: mechanische variatoren, hydraulische koppelingen, extra weerstanden in de stator of rotor, elektromechanische frequentieomvormers, statische frequentieomvormers.
Het gebruik van de eerste vier apparaten biedt geen Hoge kwaliteit snelheidsregeling, oneconomisch, vereist veel installatie en bediening. Statische frequentieomvormers zijn tegenwoordig de meest geavanceerde regelapparatuur voor inductieaandrijvingen.
Beginsel frequentie methode: regeling van het toerental van een asynchrone motor is dat door verandering van de frequentie f1 van de voedingsspanning, in overeenstemming met de uitdrukking

het constante aantal poolparen p verandert de hoeksnelheid van het magnetische statorveld.
Deze methode zorgt voor een soepele snelheidsregeling over een breed bereik en de mechanische eigenschappen zijn zeer stijf.
In dit geval gaat de snelheidsregeling niet gepaard met een toename van de slip van de asynchrone motor, daarom zijn de vermogensverliezen tijdens de regeling klein.
Om hoge energie-indicatoren van een asynchrone motor te verkrijgen - vermogensfactoren, efficiëntie, overbelastingscapaciteit - is het noodzakelijk om tegelijkertijd de voedingsspanning met de frequentie te veranderen.
De spanningsvariatiewet hangt af van de aard van het belastingskoppel Ms. Bij een constant belastingskoppel Mc = const moet de statorspanning evenredig met de frequentie worden geregeld:

Voor het ventilatorkarakter van het lastkoppel heeft deze toestand de vorm:

Bij een lastkoppel omgekeerd evenredig met het toerental:

Voor een soepele traploze snelheidsregeling van de as van een inductiemotor moet de frequentieomvormer dus zorgen voor gelijktijdige regeling van de frequentie en spanning op de statorwikkeling van de inductiemotor.
Voordelen van het gebruik van een aandrijving met variabele snelheid in technologische processen
Het gebruik van een regelbare elektrische aandrijving zorgt voor energiebesparing en maakt het mogelijk nieuwe kwaliteiten van systemen en objecten te verkrijgen. Aanzienlijke energiebesparingen worden bereikt door de regulering van elke technologische parameter. Als het een transportband of transportband is, kunt u de snelheid van zijn beweging aanpassen. Als het een pomp of een ventilator is, kunt u de druk handhaven of de prestaties aanpassen. Als het een machine is, kan de aanzet of de hoofdbeweging soepel worden aangepast.
Een bijzonder economisch effect van het gebruik van frequentieomvormers wordt geleverd door het gebruik van frequentieregeling bij faciliteiten die het transport van vloeistoffen verzorgen. Tot nu toe is de meest gebruikelijke manier om de prestaties van dergelijke objecten te regelen het gebruik van schuifafsluiters of regelkleppen, maar tegenwoordig komt frequentieregeling van een asynchrone motor beschikbaar, die bijvoorbeeld een waaier van een pompeenheid of een ventilator aandrijft . Gebruik makend van frequentieregelaars een soepele aanpassing van de rotatiesnelheid is voorzien, waardoor in de meeste gevallen het gebruik van versnellingsbakken, variatoren, smoorspoelen en andere regelapparatuur kan worden afgeschaft.
Bij aansluiting via een frequentieomvormer start de motor soepel, zonder startstromen en schokken, wat de belasting van de motor en de mechanismen vermindert, waardoor hun levensduur wordt verlengd.
Het vooruitzicht van frequentieregeling is duidelijk te zien in de figuur


Dus, bij smoren, wordt de stroom van de stof die wordt tegengehouden door de schuifafsluiter of klep niet nuttig werk... Door gebruik te maken van een regelbare elektrische aandrijving van een pomp of ventilator kunt u de gewenste druk of stroomsnelheid instellen, wat niet alleen energie bespaart, maar ook het verlies van de getransporteerde stof vermindert.
Structuur frequentieomvormer
De meeste moderne frequentieomvormers zijn gebouwd op een dubbel conversiecircuit. Ze bestaan ​​uit de volgende hoofdonderdelen: DC-link (ongecontroleerde gelijkrichter), vermogenspulsomvormer en besturingssysteem.
De tussenkring bestaat uit een ongecontroleerde gelijkrichter en een filter. De wisselspanning van het voedingsnet wordt omgezet in gelijkstroom.
De vermogens-driefasige pulsomvormer bestaat uit zes transistorschakelaars. Elke motorwikkeling is via een overeenkomstige sleutel verbonden met de positieve en negatieve klemmen van de gelijkrichter. De omvormer zet de gelijkgerichte spanning om in een driefasige wisselspanning met de vereiste frequentie en amplitude, die wordt aangelegd aan de statorwikkelingen van de elektromotor.
Power IGBT-transistoren worden gebruikt als schakelaars in de eindtrappen van de omvormer. In vergelijking met thyristors hebben ze een hogere schakelfrequentie, waardoor ze een sinusvormig uitgangssignaal kunnen produceren met minimale vervorming.
Werkingsprincipe frequentieomvormer:
De frequentieomvormer bestaat uit een ongecontroleerde diodevermogensgelijkrichter B, een autonome omvormer, een PWM-regelsysteem, een automatisch regelsysteem, een inductor Lv en een filtercondensator Cv. Regeling van de uitgangsfrequentie fout. en spanning Uout wordt uitgevoerd in de omvormer vanwege hoogfrequente pulsbreedteregeling.
Pulsbreedteregeling wordt gekenmerkt door een modulatieperiode, waarbinnen de statorwikkeling van de elektromotor afwisselend wordt aangesloten op de positieve en negatieve polen van de gelijkrichter.
De duur van deze toestanden binnen de PWM-periode wordt sinusvormig gemoduleerd. Bij hoge (meestal 2 ... 15 kHz) PWM-klokfrequenties vloeien sinusvormige stromen in de motorwikkelingen vanwege hun filterende eigenschappen.


De golfvorm van de uitgangsspanning is dus een hoogfrequente bipolaire rechthoekige pulstrein (figuur 3).
De pulsfrequentie wordt bepaald door de PWM-frequentie, de duur (breedte) van de pulsen tijdens de periode van de AVI-uitgangsfrequentie wordt gemoduleerd volgens de sinusoïdale wet. De vorm van de uitgangsstroomcurve (stroom in de wikkelingen van een inductiemotor) is bijna sinusvormig.
Regeling van de uitgangsspanning van de omvormer kan op twee manieren worden uitgevoerd: amplitude (AR) door de ingangsspanning Uv en pulsbreedte (PWM) te wijzigen door het schakelprogramma van kleppen V1-V6 te wijzigen met Uv = const.
De tweede methode is wijdverbreid in moderne frequentieomvormers vanwege de ontwikkeling van moderne elementbasis (microprocessors, IBGT-transistoren). Met pulsbreedtemodulatie is de vorm van de stromen in de statorwikkelingen van een inductiemotor bijna sinusvormig vanwege de filtereigenschappen van de wikkelingen zelf.

Een dergelijke regeling maakt het mogelijk een hoog rendement van de omzetter te verkrijgen en is equivalent aan analoge regeling met gebruikmaking van de frequentie en amplitude van de spanning.
Moderne omvormers zijn gemaakt op basis van volledig gecontroleerde vermogenshalfgeleiders - vergrendelbare GTO - thyristors of IGBT bipolaire transistoren met een geïsoleerde poort. In afb. 2.45 toont een driefasige brugschakeling van een stand-alone inverter op IGBT-transistoren.
Het bestaat uit een capacitief ingangsfilter Cf en zes IGBT-transistoren V1-V6 die zijn aangesloten in antiparallelle tegenstroomdiodes D1-D6.
Door het afwisselend schakelen van de ventielen V1-V6 volgens het door het besturingssysteem gespecificeerde algoritme, wordt de constante ingangsspanning Uv omgezet in een alternerende rechthoekige pulsuitgangsspanning. De actieve component van de inductiemotorstroom vloeit door de gecontroleerde schakelaars V1-V6 en de reactieve component van de stroom vloeit door de diodes D1-D6.


I - driefasige brugomvormer;
B - driefasige bruggelijkrichter;
Сф - filtercondensator;

Een variant van het aansluitschema van de Omron frequentieomvormer.

EMC-conforme aansluiting van frequentieomvormers

De EMC-conforme installatie en bedrading wordt gedetailleerd beschreven in de betreffende apparaathandleidingen.

Technische informatie converters

Tegenwoordig is de inductiemotor het belangrijkste apparaat geworden in de meeste elektrische aandrijvingen. Steeds vaker wordt het gebruikt om het te besturen - een omvormer met PWM-regeling. Dergelijk beheer biedt veel voordelen, maar het zorgt ook voor problemen bij het kiezen van het een of het ander technische oplossingen... Laten we proberen ze in meer detail te begrijpen.

Het apparaat van frequentieomvormers

Ontwikkeling en productie wijde selectie high-power hoogspanningstransistor IGBT-modules boden de mogelijkheid om meerfasige vermogensschakelaars te implementeren die direct worden bestuurd met behulp van digitale signalen. Programmeerbare computerfaciliteiten maakten het mogelijk om numerieke reeksen signalen geven. De ontwikkeling en massaproductie van single-chip microcontrollers met grote rekenkracht maakte het mogelijk om over te stappen op servoaandrijvingen met digitale controllers.

Vermogensfrequentieomvormers worden in de regel geïmplementeerd volgens een circuit dat een gelijkrichter bevat op basis van krachtige vermogensdiodes of transistors en een omvormer (gecontroleerde schakelaar) op basis van IGBT-transistoren die worden overbrugd door diodes (Fig. 1).

Rijst. 1. Frequentieomvormercircuit:

De ingangstrap corrigeert de geleverde sinusvormige netspanning, die, na afvlakking met een inductief-capacitief filter, dienst doet als voedingsbron voor de geregelde omvormer, die onder invloed van digitale stuurcommando's een signaal c genereert, dat sinusvormige stromen in de statorwikkelingen met parameters die zorgen voor de vereiste bedrijfsmodus van de elektromotor.

De digitale besturing van de vermogensomvormer wordt uitgevoerd met behulp van microprocessorhardware en -software die overeenkomen met de ingestelde taken. Het computerapparaat genereert in realtime besturingssignalen voor 52 modules en voert ook signaalverwerking uit meetsystemen het regelen van de werking van de aandrijving.

Stroomapparatuur en besturingscomputers worden gecombineerd tot een structureel ontworpen industrieel product dat een frequentieomvormer wordt genoemd.

V industrieel materiaal Er worden twee hoofdtypen frequentieomvormers gebruikt:

propriëtaire converters voor specifieke soorten apparatuur.

universele frequentieomvormers zijn ontworpen voor multifunctionele regeling van het AM-bedrijf in door de gebruiker gedefinieerde modi.

De installatie en regeling van de bedrijfsmodi van de frequentieomvormer kan worden uitgevoerd met behulp van het bedieningspaneel dat is uitgerust met een scherm om de ingevoerde informatie weer te geven. V eenvoudige versie scalaire frequentieregeling, kunt u een reeks eenvoudige logische functies gebruiken die beschikbaar zijn in de fabrieksinstellingen van de controller en de ingebouwde PID-controller.

Om complexere besturingsmodi te implementeren met behulp van signalen van feedbacksensoren, is het noodzakelijk om een ​​ACS-structuur en een algoritme te ontwikkelen die moeten worden geprogrammeerd met behulp van een aangesloten externe computer.

De meeste fabrikanten produceren een reeks frequentieomvormers die verschillen in elektrische ingangs- en uitgangskarakteristieken, vermogen, constructieve prestatie en andere parameters. Extra externe elementen kunnen worden gebruikt om externe apparatuur (net, motor) aan te sluiten: magnetische starters, transformatoren, smoorspoelen.

Soorten stuursignalen

Het is noodzakelijk om onderscheid te maken tussen de verschillende signaaltypes en voor elk een aparte kabel te gebruiken. Verschillende types signalen kunnen elkaar beïnvloeden. In de praktijk is deze scheiding gebruikelijk, de kabel van kan bijvoorbeeld rechtstreeks op de frequentieomvormer worden aangesloten.

Rijst. 2. Een voorbeeld van het aansluiten van de vermogenscircuits en stuurcircuits van de frequentieomvormer

De volgende soorten signalen kunnen worden onderscheiden:

analoog - spannings- of stroomsignalen (0 ... 10 V, 0/4 ... 20 mA), waarvan de waarde langzaam of onregelmatig verandert, meestal zijn dit stuur- of meetsignalen;

discrete spannings- of stroomsignalen (0 ... 10 V, 0/4 ... 20 mA), die slechts twee zelden veranderende waarden kunnen aannemen (hoog of laag);

digitale (data) - spanningssignalen (0 ... 5 V, 0 ... 10 V) die snel en met hoge frequentie veranderen, meestal zijn dit signalen van RS232, RS485-poorten, enz.;

relais - relaiscontacten (0 ... 220 V AC) kunnen inductieve stromen bevatten, afhankelijk van de aangesloten belasting (externe relais, lampen, kleppen, remmen, enz.).

Vermogensselectie frequentieomvormer

Bij het kiezen van het vermogen van de frequentieomvormer moet niet alleen worden gebaseerd op het vermogen van de elektromotor, maar ook op de nominale stromen en spanningen van de omvormer en de motor. Het is een feit dat het aangegeven vermogen van de frequentieomvormer alleen betrekking heeft op de werking met een standaard 4-polige asynchrone motor in standaardtoepassingen.

Echte aandrijvingen hebben veel aspecten die kunnen leiden tot een verhoging van de stroombelasting van de aandrijving, bijvoorbeeld tijdens het opstarten. Over het algemeen is de toepassing frequentie aandrijving maakt het mogelijk om stroom en mechanische belastingen te verminderen als gevolg van: vlotte start... Zo wordt de startstroom verlaagd van 600% naar 100-150% van de nominale stroom.

Rijd met verminderde snelheid

Houd er rekening mee dat hoewel de frequentieomvormer gemakkelijk 10:1 snelheidsregeling biedt, wanneer de motor op lage snelheden draait, het vermogen van zijn eigen ventilator mogelijk niet voldoende is. Controleer de temperatuur van de motor en zorg voor geforceerde ventilatie.

Elektromagnetische compabiliteit

Aangezien de frequentieomvormer een krachtige bron van hoogfrequente harmonischen is, moet voor het aansluiten van de motoren een afgeschermde kabel met een minimale lengte worden gebruikt. Een dergelijke kabel moet op een afstand van minimaal 100 mm van andere kabels worden gelegd. Dit minimaliseert overspraak. Als kabels gekruist moeten worden, gebeurt de kruising in een hoek van 90 graden.

Aangedreven door een noodgenerator

Dankzij de soepele start van de frequentieomvormer kan het aantal vereist vermogen generator. Omdat met een dergelijke start de stroom met 4-6 keer afneemt, kan het generatorvermogen met een vergelijkbaar aantal keren worden verminderd. Maar toch moet er een contactor worden geïnstalleerd tussen de generator en de omvormer, aangestuurd vanuit de relaisuitgang van de frequentieomvormer. Dit beschermt de frequentieomvormer tegen gevaarlijke overspanningen.

Voeding van een driefasige omvormer uit een enkelfasig netwerk

Driefasige frequentieomvormers kunnen worden gevoed vanuit een enkelfasig netwerk, maar hun uitgangsstroom mag niet hoger zijn dan 50% van de nominale waarde.

Bespaar energie en geld

De besparingen hebben verschillende redenen. Ten eerste door de groei naar 0,98, d.w.z. het maximale vermogen wordt gebruikt om nuttig werk uit te voeren, het minimale gaat verloren. Ten tweede wordt een coëfficiënt verkregen die dicht bij deze ligt bij alle bedrijfsmodi van de motor.

Zonder frequentieomvormer hebben inductiemotoren bij lage belasting een cosinus phi van 0,3-0,4. Ten derde zijn er geen extra mechanische aanpassingen nodig (dempers, gaskleppen, kleppen, remmen, enz.), alles gebeurt elektronisch. Met een dergelijk bedieningsapparaat kan de besparing oplopen tot 50%.

Meerdere apparaten synchroniseren

Dankzij de extra besturingsingangen van de frequentieomvormer is het mogelijk om de processen op de transportband te synchroniseren of om de verhoudingen van veranderingen in sommige waarden in te stellen, afhankelijk van andere. Bijvoorbeeld om het spiltoerental van de machine afhankelijk te maken van de voeding van de frees. Het proces wordt geoptimaliseerd omdat: bij een toename van de belasting op de frees wordt de voeding verminderd en vice versa.

Netwerkbeveiliging tegen hogere harmonischen

Voor extra bescherming worden naast korte afgeschermde kabels netsmoorspoelen en bypass-condensatoren gebruikt. bovendien beperkt het de inschakelstroom bij het inschakelen.

De juiste beschermingsklasse kiezen

Een betrouwbare warmteafvoer is essentieel voor een probleemloze werking van de frequentieomvormer. Bij toepassing van hoge beschermingsklassen, bijvoorbeeld IP 54 en hoger, is het moeilijk of duur om een ​​dergelijke warmteafvoer te realiseren. Daarom is het mogelijk om een ​​aparte kast te gebruiken met hoge klasse bescherming, waar modules met een lagere klasse worden geplaatst en algemene ventilatie en koeling worden uitgevoerd.

Parallelschakeling van elektromotoren op één frequentieomvormer

Om kosten te besparen kan één frequentieomvormer worden gebruikt om meerdere elektromotoren aan te sturen. Het vermogen moet worden gekozen met een marge van 10-15% van het totale vermogen van alle elektromotoren. Daarbij moeten de lengtes van de motorkabels worden geminimaliseerd en het is zeer wenselijk om een ​​motorsmoorspoel te installeren.

Bij de meeste frequentieomvormers kunnen motoren niet worden losgekoppeld of aangesloten door middel van magneetschakelaars terwijl de frequentieomvormer in bedrijf is. Dit wordt alleen gedaan door het stopcommando van de omvormer.

De regelfunctie instellen:

Ontvangen maximale prestatie werking van de elektrische aandrijving, zoals: arbeidsfactor, efficiëntie, overbelastingscapaciteit, soepele regeling, duurzaamheid, u moet de juiste verhouding kiezen tussen het wijzigen van de werkfrequentie en de spanning aan de uitgang van de frequentieomvormer.

De spanningsvariatiefunctie is afhankelijk van de aard van het belastingskoppel. Bij constant koppel moet de spanning over de stator van de motor worden geregeld in verhouding tot de frequentie (scalaire regeling U / F = const). Voor een ventilator is bijvoorbeeld een andere verhouding U / F * F = const. Als we de frequentie met 2 keer verhogen, moet de spanning met 4 worden verhoogd (vectorregeling). Er zijn aandrijvingen met complexere besturingsfuncties.

Voordelen van het gebruik van een frequentieregelaar met een frequentieomvormer

Naast het verhogen van de efficiëntie en energiebesparing, stelt een dergelijke elektrische aandrijving u in staat om nieuwe regelkwaliteiten te krijgen. Dit komt tot uiting in de afwijzing van extra mechanische apparaten die verliezen veroorzaken en de betrouwbaarheid van systemen verminderen: remmen, dempers, smoorkleppen, schuifafsluiters, regelkleppen, enz. Remmen kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd door omgekeerde rotatie elektromagnetisch veld in de stator van de elektromotor. Door alleen de functionele relatie tussen frequentie en spanning te veranderen, krijgen we een andere aandrijving zonder iets in de mechanica te veranderen.

De documentatie lezen

Opgemerkt moet worden dat hoewel frequentieomvormers op elkaar lijken en de ene onder de knie hebben, het gemakkelijk is om met de andere om te gaan, maar toch is het noodzakelijk om de documentatie zorgvuldig te lezen. Sommige fabrikanten leggen beperkingen op aan het gebruik van hun producten, en als ze worden geschonden, verwijderen ze het product uit de garantie.

Variabele elektrische aandrijving is ontworpen om de motor te regelen door parameters te bewaken. Snelheid is recht evenredig met frequentie. Door de frequentie te variëren, is het daarom mogelijk om de rotatiesnelheid van de motoras te handhaven, ingesteld volgens de technologie. Stap voor stap beschrijving De workflow voor een variabele frequentieomvormer (VFD) ziet er ongeveer zo uit.

1. Stap een. Omzetting door diodevermogensgelijkrichter van een- of driefasige ingangsstroom naar gelijkstroom.
2. Stap twee. De frequentieomvormer regelt het koppel en de rotatiesnelheid van de motoras.
3. Stap drie. Uitgangsspanningsregeling, met behoud van een constante U / f-verhouding.

Een apparaat dat de omgekeerde functie vervult van het genereren van gelijkstroom in wisselstroom aan de uitgang van het systeem, wordt een omvormer genoemd. Eliminatie van de busrimpel wordt bereikt door een smoorspoel en filtercondensator toe te voegen.

Een aandrijving met variabele frequentie kiezen?

De meeste frequentieomvormers zijn vervaardigd met een ingebouwd EMC-filter.

Er zijn soorten besturing zoals sensorloze en sensor vectorbesturing, enz. Volgens de vastgestelde prioriteiten bij het nemen van bestuurlijke beslissingen, worden de aandrijvingen geselecteerd door:

• soort lading;
• motorspanning en classificatie;
• besturingsmodus;
• aanpassing;
• EMC enz.

Als de VFD is ontworpen voor een asynchrone motor met een lange levensduur, wordt aanbevolen om een ​​frequentieomvormer te selecteren met een overschatte uitgangsstroom. Met behulp van moderne frequentieomvormers is het mogelijk om vanaf het paneel, via de interface of een gecombineerde methode.

Technische kenmerken van het gebruik van een frequentie-elektrische aandrijving

1. Om hoge prestaties te garanderen, kunt u vrij overschakelen naar elke modus in de instellingen.
2. Bijna alle apparaten hebben diagnostische functies, waarmee u het probleem snel kunt oplossen. Het wordt echter aanbevolen om eerst de instellingen te controleren, om de mogelijkheid van onvrijwillige acties van werknemers uit te sluiten.
3. Variabele aandrijving kan transportprocessen synchroniseren of een bepaalde verhouding van onderling afhankelijke waarden instellen. Het verminderen van apparatuur leidt tot technologie-optimalisatie.
4. In de autotuning-status worden de motorparameters automatisch opgeslagen in het geheugen van de frequentieomvormer. Dit verbetert de nauwkeurigheid van de koppelberekening en verbetert de slipcompensatie.

Toepassingsgebied

Fabrikanten worden aangeboden: breed scala aan aandrijvingen die worden gebruikt in gebieden waar elektromotoren zijn betrokken. De perfecte oplossing voor alle soorten belastingen en ventilatoren. Mid-range systemen worden gebruikt op kolencentrales, in de mijnbouw, in fabrieken, in de woningbouw en gemeentelijke diensten, enz. Het bereik van de vermogens ziet er als volgt uit: 3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV, 6 kV, 6,6 kV, 10 kV en 11 kV.

Met de komst van een regelbare elektrische aandrijving levert de waterdrukregeling voor de eindgebruiker geen problemen op. Goed doordachte scriptinterface is geweldig voor controle pompapparatuur... Dankzij het compacte ontwerp kan de omvormer in verschillende kastontwerpen worden geïnstalleerd. Producten van de nieuwe generatie hebben de eigenschappen van geavanceerde technologie:

• hoge snelheid en precisiecontrole in vectormodus;
• aanzienlijke energiebesparingen;
• snelle dynamische kenmerken;
• groot koppel met lage frequentie;
• dubbel remmen, enz.

Doel en technische indicatoren

Complete VFD's met een spanning tot en boven 1 kV (ontworpen voor het ontvangen en omzetten van energie, het beschermen van elektrische apparatuur tegen kortsluitstromen, overbelastingen) maken:

• de motor soepel starten en bijgevolg de slijtage verminderen;
• stop, houd het toerental van de motoras aan.

Complete kast-type VFD's tot 1kV voeren dezelfde taken uit met betrekking tot motoren met een vermogen van 0,55 - 800 kW. De omvormer werkt normaal wanneer de netspanning tussen -15% en + 10% ligt. In non-stop bedrijf treedt vermogensvermindering op wanneer de spanning 85% -65% is. Algemene coëfficiënt vermogen cosj = 0,99. Uitgangsspanning automatisch geregeld door automatische omschakelaar (ATS).

Voordelen van het gebruik:

In termen van optimalisatie en potentiële voordelen biedt de mogelijkheid om:

• regel het proces met hoge precisie;
• de schijf op afstand diagnosticeren;
• houd rekening met motoruren;
• monitor de storing en veroudering van mechanismen;
• de middelen van machines vergroten;
• het akoestische geluid van de elektromotor aanzienlijk verminderen.

Conclusie

Wat is een VFD? Dit is een motorcontroller die de elektromotor bestuurt door de frequentie van het ingangsnetwerk aan te passen en tegelijkertijd de unit beschermt tegen verschillende fouten (stroomoverbelasting, kortsluitstromen).

Elektrische aandrijvingen (die drie functies vervullen met betrekking tot snelheid, controle en remmen) zijn een onmisbaar apparaat voor de werking van elektromotoren en andere roterende machines. De systemen worden actief gebruikt in tal van productiegebieden: in de olie- en gasindustrie, kernenergie, houtbewerking, enz.

De bedrijfsmodi van centrifugaalpompen zijn energetisch het meest efficiënt om te regelen door de rotatiesnelheid van hun waaiers te veranderen. Het toerental van de waaiers kan worden gewijzigd als een regelbare elektrische aandrijving als aandrijfmotor wordt gebruikt.
Apparaat en kenmerken gasturbines en motoren interne verbranding zijn zodanig dat ze een verandering in snelheid in het vereiste bereik kunnen bieden.

Het is handig om het proces van het regelen van de rotatiesnelheid van elk mechanisme te analyseren met behulp van de mechanische kenmerken van de eenheid.

Denk aan de mechanische eigenschappen van een pompunit bestaande uit een pomp en een elektromotor. In afb. 1 toont de mechanische eigenschappen van een centrifugaalpomp uitgerust met een terugslagklep (curve 1) en een elektromotor met eekhoorn kooi rotor(kromme 2).

Rijst. 1. Mechanische kenmerken van de pompeenheid

Het verschil tussen de waarden van het koppel van de elektromotor en het weerstandsmoment van de pomp wordt het dynamische koppel genoemd. Als het motorkoppel groter is dan het weerstandsmoment van de pomp, wordt het dynamische koppel als positief, indien minder - negatief beschouwd.

Onder invloed van een positief dynamisch moment gaat de pompunit met versnelling werken, d.w.z. versnelt. Als het dynamische koppel negatief is, draait de pompeenheid met vertraging, d.w.z. vertraagt.

Wanneer deze momenten gelijk zijn, vindt een stationaire bedrijfsmodus plaats, d.w.z. het pompaggregaat draait met een constant toerental. Dit toerental en het bijbehorende koppel worden bepaald door het snijpunt van de mechanische eigenschappen van de elektromotor en de pomp (punt a in Fig. 1).

Als tijdens het regelen op de een of andere manier de mechanische karakteristiek wordt gewijzigd, bijvoorbeeld om deze zachter te maken door een extra weerstand in het rotorcircuit van de elektromotor te introduceren (curve 3 in Fig. 1), zal de koppel van de elektromotor wordt kleiner dan het weerstandsmoment.

Onder invloed van een negatief dynamisch koppel gaat de pompunit vertragend werken, d.w.z. wordt afgeremd totdat het koppel en het weerstandsmoment weer in evenwicht zijn (punt b in Fig. 1). Dit punt komt overeen met zijn eigen snelheid en koppelwaarde.

Het proces van het regelen van de rotatiesnelheid van de pompeenheid gaat dus continu gepaard met veranderingen in het koppel van de elektromotor en het moment van weerstand van de pomp.

De snelheidsregeling van de pomp kan worden uitgevoerd door ofwel de snelheid van de elektromotor die vast met de pomp is verbonden te veranderen, ofwel door de overbrengingsverhouding te veranderen van de transmissie die de pomp verbindt met de elektromotor, die met een constante snelheid werkt.

Regeling van de rotatiesnelheid van elektromotoren

In pompunits worden voornamelijk AC-motoren gebruikt. Het toerental van een wisselstroommotor hangt af van de frequentie van de voedingsstroom f, het aantal poolparen p en slip s. Door een of meer van deze parameters te wijzigen, kunt u het toerental van de elektromotor en de daarop aangesloten pomp wijzigen.

Het belangrijkste element frequentie aandrijving is een . In de omvormer wordt de constante frequentie van het voedingsnet f1 omgezet in een variabele f2. In verhouding tot de frequentie f2 verandert de rotatiefrequentie van de elektromotor die is aangesloten op de uitgang van de omvormer.

Met behulp van een frequentieomvormer worden de praktisch ongewijzigde netwerkparameters, de spanning U1 en de frequentie f1, omgezet in de variabele parameters U2 en f2 die nodig zijn voor het besturingssysteem. Om de stabiele werking van de elektromotor te garanderen, om de overbelasting in termen van stroom en magnetische flux te beperken, om hoge energie-indicatoren in de frequentieomvormer te behouden, moet een bepaalde verhouding tussen de ingangs- en uitgangsparameters worden gehandhaafd, afhankelijk van het type Mechanische eigenschappen pomp. Deze relaties worden verkregen uit de vergelijking van de wet van frequentieregeling.

Voor pompen moet de verhouding in acht worden genomen:

U1 / f1 = U2 / f2 = const

In afb. 2 toont de mechanische eigenschappen van een asynchrone elektromotor met frequentieregeling. Met een afname van de frequentie f2 verandert de mechanische karakteristiek niet alleen van positie in de coördinaten n - M, maar verandert ook enigszins van vorm. Met name het maximale koppel van de elektromotor wordt verlaagd. Dit is te wijten aan het feit dat, terwijl de verhouding U1 / f1 = U2 / f2 = const in acht wordt genomen en de frequentie f1 wordt gewijzigd, er geen rekening wordt gehouden met het effect van de actieve weerstand van de stator op de grootte van het motorkoppel.

Rijst. 2. Mechanische eigenschappen van een frequentie-elektrische aandrijving bij maximale (1) en gereduceerde (2) frequenties

Met frequentieregeling, rekening houdend met deze invloed, blijft het maximale koppel ongewijzigd, blijft de vorm van de mechanische karakteristiek behouden, alleen de positie verandert.

Frequentieomvormers met hebben hoge energie-eigenschappen vanwege het feit dat aan de uitgang van de omzetter de vorm van de stroom- en spanningscurves, die sinusvormig benadert, wordt verschaft. V recente tijden de meest voorkomende zijn frequentieomvormers op basis van IGBT-modules (geïsoleerde bipolaire poorttransistoren).

De IGBT-module is een zeer efficiënt sleutelelement. Het beschikt over een lage spanningsval, hoge snelheid en een laag schakelvermogen. De frequentieomvormer op basis van IGBT-modules met PWM en een vectorbesturingsalgoritme voor een asynchrone motor heeft voordelen ten opzichte van andere typen omvormers. Het heeft een hoge vermogensfactor over het gehele uitgangsfrequentiebereik.

Het schematische diagram van de omvormer wordt getoond in Fig. 3.

Rijst. 3. Schema van een frequentieomvormer op basis van IGBT-modules: 1 - ventilatorblok; 2 - voeding; 3 - ongecontroleerde gelijkrichter; 4 - bedieningspaneel; 5 - bedieningspaneelbord; 6 - PWM; 7 - spanningsconversie-eenheid; 8 - controlesysteemkaart; 9 - chauffeurs; 10 - zekeringen voor de invertereenheid; 11 - stroomsensoren; 12 - asynchrone eekhoornkooimotor; Q1, Q2, Q3 - schakelaars voor stroomkring, regelkring en ventilatoreenheid; K1, K2 - schakelaars voor het opladen van condensatoren en stroomcircuit; C - condensatorbank; Rl, R2, R3 - weerstanden voor het beperken van de stroom van de condensatorlading, de ontlading van de condensatoren en de afvoereenheid; VT - vermogensschakelaars van de omvormer (IGBT-modules)

Aan de uitgang van de frequentieomvormer wordt een spannings- (stroom)curve gevormd, iets anders dan een sinusoïde, die hogere harmonische componenten bevat. Hun aanwezigheid brengt een toename van verliezen in de elektromotor met zich mee. Om deze reden wordt de elektromotor overbelast wanneer de elektrische aandrijving werkt met snelheden die dicht bij de nominale waarde liggen.

Bij gebruik met lagere snelheden verslechteren de koelomstandigheden voor zelfgeventileerde elektromotoren die worden gebruikt in pompaandrijvingen. In het normale regelbereik pompeenheden(1: 2 of 1: 3) deze verslechtering van de ventilatieomstandigheden wordt gecompenseerd door een significante afname van de belasting als gevolg van een afname van het pompdebiet en de opvoerhoogte.

Bij frequenties die dicht bij de nominale waarde (50 Hz) liggen, vereist de verslechtering van de koelomstandigheden, in combinatie met het optreden van harmonischen van hogere orde, een verlaging van de toegestane mechanische kracht met 8 - 15%. Hierdoor neemt het maximale koppel van de elektromotor af met 1 - 2%, het rendement - met 1 - 4%, cosφ - met 5 - 7%.

Om overbelasting van de elektromotor te voorkomen, is het noodzakelijk om ofwel de bovenste waarde van zijn snelheid te beperken, of de aandrijving uit te rusten met een krachtigere elektromotor. Deze laatste maatregel is verplicht wanneer de werking van de pompeenheid wordt voorzien met een frequentie f 2 > 50 Hz. De begrenzing van de bovenste waarde van het motortoerental wordt uitgevoerd door de frequentie f 2 te beperken tot 48 Hz. De toename van het nominale vermogen van de aandrijfmotor wordt afgerond op de dichtstbijzijnde standaardwaarde.

Groepsbesturing van variabele elektrische aandrijvingen van units

Veel pompunits bestaan ​​uit meerdere units. In de regel zijn niet alle units uitgerust met een verstelbare elektrische aandrijving. Van twee of drie geïnstalleerde units is het voldoende om er één uit te rusten met een regelbare elektrische aandrijving. Als een omvormer constant op een van de units is aangesloten, is er een ongelijkmatig verbruik van hun motorvermogen, omdat de unit die is uitgerust met een variabele aandrijving veel langer in bedrijf wordt gebruikt.

Om de belasting gelijkmatig te verdelen over alle op het station geïnstalleerde units, zijn er groepsbesturingsstations ontwikkeld, met behulp waarvan de units afwisselend op de converter kunnen worden aangesloten. Regelstations worden meestal vervaardigd voor laagspanningseenheden (380 V).

Normaal gesproken zijn laagspanningsregelstations ontworpen om twee of drie eenheden te besturen. De laagspanningsregelstations omvatten stroomonderbrekers die bescherming bieden tegen fase-naar-fase kortsluitingen en aardfouten, thermische relais om de units te beschermen tegen overbelasting, evenals regelapparatuur (sleutels, enz.).

Het schakelcircuit van het regelstation bevat de nodige vergrendelingen waarmee de frequentieomvormer kan worden aangesloten op elke geselecteerde eenheid en om de bedieningseenheden te vervangen zonder de technologische werking van de pomp- of blaaseenheid te verstoren.

Controlestations, in de regel, samen met vermogenselementen ( stroomonderbrekers, magneetschakelaars, enz.) bevatten besturings- en regelapparatuur (microprocessorcontrollers, enz.).

Op verzoek van de klant worden de stations aangevuld met apparaten voor automatisch inschakelen van back-upstroom (ATS), commerciële meting van verbruikte elektriciteit, besturing van afsluitapparatuur.

Indien nodig worden extra apparaten in het regelstation geplaatst, die het gebruik, samen met de frequentieomvormer, van de softstarter van de units verzekeren.

Geautomatiseerde controlestations bieden:

het handhaven van de ingestelde waarde van de technologische parameter (druk, niveau, temperatuur, enz.);

regeling van bedrijfsmodi van elektromotoren van gereguleerde en niet-gereguleerde eenheden (regeling van verbruikte stroom, vermogen) en hun bescherming;

automatisch inschakelen in de werking van de back-upeenheid in geval van een ongeval van de hoofdeenheid;

schakelunits direct op het netwerk in geval van storing van de frequentieomvormer;

automatisch inschakelen van de back-up (ATS) elektrische ingang;

automatisch hersluiten (AR) van het station na verlies en diepe spanningsdalingen in het voedingsnetwerk;

automatische wijziging van de bedrijfsmodus van het station met een stop en start van de eenheden die op een bepaald moment in bedrijf zijn;

automatische activering van een extra niet-gereguleerde eenheid, als de gecontroleerde eenheid, nadat de nominale snelheid is bereikt, niet de vereiste watertoevoer heeft geleverd;

automatische afwisseling van bedieningseenheden met gespecificeerde tussenpozen om een ​​uniform verbruik van motorbronnen te garanderen;

bedrijfsvoering bedrijfsmodus van de pompende (blazende) eenheid vanaf het bedieningspaneel of vanaf de dispatchingconsole.

Rijst. 4. Station van groepsbesturing van elektrische aandrijvingen met variabele frequentie van pompen;

De efficiëntie van het gebruik van een frequentieregelaar in pompunits

Het gebruik van een frequentieregelaar stelt u in staat om aanzienlijk energie te besparen, omdat het het mogelijk maakt om grote pompeenheden te gebruiken in de modus van lage stromen. Hierdoor is het mogelijk om, door de unitcapaciteit van de units te vergroten, deze te verminderen totaal aantal, en dus verminderen dimensies gebouwen, vereenvoudigen hydraulisch circuit station, verminder het aantal pijpleidingfittingen.

Het gebruik van een instelbare elektrische aandrijving in pompeenheden maakt het dus mogelijk om, naast besparing van elektriciteit en water, het aantal pompeenheden te verminderen, het hydraulische circuit van het station te vereenvoudigen en de bouwvolumes van het gebouw van het pompstation te verminderen. Hierbij ontstaan ​​secundaire economische effecten: de kosten van verwarming, verlichting en reparatie van het gebouw worden verlaagd, de kosten kunnen, afhankelijk van de bestemming van de stations en andere specifieke omstandigheden, met 20-50% worden verlaagd.

V technische documentatie voor frequentieomvormers wordt aangegeven dat het gebruik van een variabele elektrische aandrijving in pompinstallaties u in staat stelt tot 50% te besparen op de energie die wordt besteed aan schoon en Afvalwater en de terugverdientijd is drie tot negen maanden.

Tegelijkertijd laten berekeningen en analyses van het rendement van een gecontroleerde elektrische aandrijving bij werkende pompaggregaten zien dat in kleine pompaggregaten met een capaciteit tot 75 kW, vooral wanneer ze werken met een grote statische kopcomponent, het ongepast om gecontroleerde elektrische aandrijvingen te gebruiken. In deze gevallen kunt u eenvoudiger besturingssystemen gebruiken met behulp van smoring, waardoor het aantal werkende pompeenheden wordt gewijzigd.

Het gebruik van een variabele elektrische aandrijving in automatiseringssystemen van pompaggregaten vermindert enerzijds het energieverbruik en anderzijds vereist het extra kapitaalkosten, daarom wordt de haalbaarheid van het gebruik van een variabele elektrische aandrijving in pompaggregaten bepaald door de lagere kosten van twee opties te vergelijken: basis en nieuw. Per nieuwe variant een pompeenheid uitgerust met een instelbare elektrische aandrijving wordt genomen, en als basiseenheid - een eenheid waarvan de eenheden met een constante snelheid werken.

Wij produceren en verkopen frequentieomvormers:
Prijzen voor frequentieomvormers (01.21.16):
Frequenties één fase op drie:
Model Vermogen Prijs:
CFM110 0.25kW 2300UAH
CFM110 0,37 kW 2400 UAH
CFM110 0,55 kW 2500 UAH
CFM210 1,0 kW 3200 UAH
CFM210 1,5 kW 3400 UAH
CFM210 2,2 kW 4000 UAH
CFM210 3,3 kW 4300 UAH
AFM210 7,5 kW 9900 UAH

Frequentieomvormers 380V drie fasen in drie:
CFM310 4,0 kW 6800 UAH
CFM310 5,5 kW 7500 UAH
CFM310 7,5 kW 8500 UAH
Contactpersonen voor bestellingen van frequentieomvormers:
+38 050 4571330
[e-mail beveiligd] website

Een moderne frequentiegeregelde elektrische aandrijving bestaat uit een asynchrone of synchrone elektromotor en een frequentieomvormer (zie afb. 1.).

De elektromotor zet elektrische energie om in

mechanische energie en zet het uitvoerende orgaan van het technologische mechanisme in beweging.

De frequentieomvormer bestuurt een elektromotor en is een elektronisch statisch apparaat. Aan de uitgang van de omvormer wordt een elektrische spanning met variabele amplitude en frequentie gegenereerd.

De naam "frequentieregelaar" is te danken aan het feit dat de rotatiesnelheid van de motor wordt geregeld door de frequentie van de voedingsspanning die door de frequentieomvormer aan de motor wordt geleverd, te wijzigen.

In de afgelopen 10-15 jaar is er in de wereld een brede en succesvolle introductie geweest van een frequentieregelaar om verschillende technologische problemen in veel sectoren van de economie op te lossen. Dit is voornamelijk te danken aan de ontwikkeling en creatie van frequentieomvormers op een fundamenteel nieuwe elementbasis, voornamelijk op IGBT bipolaire transistors.

Dit artikel beschrijft in het kort de typen frequentieomvormers die tegenwoordig bekend zijn en worden gebruikt in een frequentieomvormer, de regelmethoden die erin zijn geïmplementeerd, hun kenmerken en kenmerken.

In verdere overwegingen zullen we het hebben over een driefasige frequentiegeregelde elektrische aandrijving, omdat deze de grootste industriële toepassing heeft.

Over controlemethoden

synchroon elektrische motor rotorsnelheid in

stationaire toestand is gelijk aan de rotatiefrequentie van het magnetische veld van de stator.

In een asynchrone elektromotor is de rotorsnelheid

steady-state modus verschilt van de rotatiesnelheid door de hoeveelheid slip.

De rotatiefrequentie van het magnetische veld is afhankelijk van de frequentie van de voedingsspanning.

Wanneer de statorwikkeling van een elektromotor wordt voorzien van een driefasige spanning met een frequentie, ontstaat er een roterend magnetisch veld. De rotatiesnelheid van dit veld wordt bepaald door de bekende formule

waar is het aantal paren statorpolen.

De overgang van de rotatiesnelheid van het veld, gemeten in radialen, naar de rotatiefrequentie, uitgedrukt in omwentelingen per minuut, wordt uitgevoerd volgens de volgende formule

waarbij 60 de dimensieconversiefactor is.

Als we de veldrotatiesnelheid in deze vergelijking substitueren, krijgen we dat:

Zo hangt het rotortoerental van synchrone en asynchrone motoren af ​​van de frequentie van de voedingsspanning.

Op deze afhankelijkheid is de methode van frequentieregeling gebaseerd.

Door met behulp van de omvormer de frequentie aan de motoringang te wijzigen, regelen we het rotortoerental.

De meest voorkomende frequentieregelaar op basis van asynchrone kooiankermotoren maakt gebruik van scalaire en vectorfrequentieregeling.

Met scalaire besturing worden volgens een bepaalde wet de amplitude en frequentie van de spanning die op de motor wordt toegepast, gewijzigd. Het wijzigen van de frequentie van de voedingsspanning leidt tot een afwijking van de berekende waarden van de maximale en startmomenten van de motor, efficiëntie, arbeidsfactor. Om de vereiste bedrijfskarakteristieken van de motor te behouden, is het daarom noodzakelijk om tegelijkertijd de spanningsamplitude te veranderen met een verandering in frequentie.

In bestaande frequentieomvormers met scalaire besturing wordt de verhouding tussen het maximale motorkoppel en het weerstandsmoment op de as meestal constant gehouden. Dat wil zeggen, wanneer de frequentie verandert, verandert de spanningsamplitude zodanig dat de verhouding van het maximale motorkoppel tot het huidige belastingskoppel ongewijzigd blijft. Deze verhouding wordt de overbelastingscapaciteit van de motor genoemd.

Met een constante overbelastingscapaciteit zijn de nominale arbeidsfactor en efficiëntie: motor over het hele bereik van snelheidsregeling praktisch niet veranderen.

Het maximale koppel dat door de motor wordt ontwikkeld, wordt bepaald door de volgende relatie:

waarbij een constante coëfficiënt is.

Daarom wordt de afhankelijkheid van de voedingsspanning van de frequentie bepaald door de aard van de belasting op de as van de elektromotor.

Voor een constant belastingskoppel wordt de verhouding U / f = const gehandhaafd en wordt in feite een constant maximaal motorkoppel gegarandeerd. De aard van de afhankelijkheid van de voedingsspanning van de frequentie voor het geval met een constant belastingskoppel wordt getoond in Fig. 2. De hellingshoek van de rechte lijn op de grafiek is afhankelijk van de waarden van het weerstandsmoment en het maximale koppel van de motor.

Tegelijkertijd begint bij lage frequenties, vanaf een bepaalde frequentiewaarde, het maximale motorkoppel te dalen. Om dit te compenseren en om het startkoppel te verhogen, wordt een verhoging van het voedingsspanningsniveau gebruikt.

Bij een ventilatorbelasting wordt de afhankelijkheid U / f2 = const gerealiseerd. De aard van de afhankelijkheid van de voedingsspanning van de frequentie voor dit geval wordt getoond in Fig. 3. Bij het regelen in het gebied van lage frequenties neemt ook het maximale koppel af, maar voor van dit type belasting is niet kritisch.

Door gebruik te maken van de afhankelijkheid van het maximale koppel van spanning en frequentie, is het mogelijk om U tegen f te plotten voor elk type belasting.

Een belangrijk voordeel van de scalaire methode is de mogelijkheid om gelijktijdig een groep elektromotoren aan te sturen.

Scalaire regeling is voldoende voor de meeste praktische VFD-toepassingen met een motortoerentalregelbereik tot 1:40.

Vectorbesturing kan het regelbereik, de regelnauwkeurigheid en de snelheid van de elektrische aandrijving aanzienlijk vergroten. Deze methode biedt directe controle van het motorkoppel.

Het koppel wordt bepaald door de statorstroom, die een opwindend magnetisch veld creëert. Met directe koppelregeling

het is noodzakelijk om naast de amplitude en fase van de statorstroom, dat wil zeggen de huidige vector, te veranderen. Dit is de reden voor de term "vectorcontrole".

Om de stroomvector en daarmee de positie van de magnetische flux van de stator ten opzichte van de roterende rotor te regelen, is het vereist om op elk moment de exacte positie van de rotor te kennen. Het probleem wordt opgelost met behulp van een externe rotorpositiesensor, of door de positie van de rotor te bepalen door andere motorparameters te berekenen. De stromen en spanningen van de statorwikkelingen worden als deze parameters gebruikt.

Minder duur is een frequentieregelaar met vectorregeling zonder een snelheidsfeedbacksensor, maar vectorregeling vereist een groot volume en hoge snelheid berekeningen van de frequentieomvormer.

Bovendien is voor directe koppelregeling bij lage, bijna nul toerentallen, de werking van een frequentiegeregelde elektrische aandrijving zonder toerentalterugkoppeling onmogelijk.

Vectorregeling met een snelheidsfeedbacksensor biedt een regelbereik tot 1: 1000 en hoger, de nauwkeurigheid van de snelheidsregeling is honderdsten van een procent en de koppelnauwkeurigheid is een paar procent.

De synchrone aandrijving met variabele frequentie gebruikt dezelfde besturingsmethoden als de asynchrone aandrijving.

Echter, in pure vorm frequentieregeling van de rotatiesnelheid van synchrone motoren wordt alleen gebruikt bij lage vermogens, wanneer de belastingsmomenten klein zijn en de traagheid van het aandrijfmechanisme klein. Bij hoge vermogens voldoet alleen de ventilatorbelaste aandrijving volledig aan deze voorwaarden. In gevallen met andere soorten belasting kan de motor niet synchroon lopen.

Voor synchrone elektrische aandrijvingen met een hoog vermogen wordt de methode van frequentieregeling met zelfsynchronisatie gebruikt, waardoor het verlies van de motor door synchronisatie wordt geëlimineerd. Het bijzondere van de methode is dat de frequentieomvormer wordt geregeld in strikte overeenstemming met de positie van de motorrotor.

Een frequentieomvormer is een apparaat dat is ontworpen om wisselstroom (spanning) van de ene frequentie om te zetten in wisselstroom (spanning) van een andere frequentie.

De uitgangsfrequentie in moderne omvormers kan over een groot bereik variëren en zowel hoger als lager zijn dan de netfrequentie.

Het circuit van elke frequentieomvormer bestaat uit voedings- en besturingsonderdelen. Het vermogensgedeelte van de converters wordt meestal gemaakt op thyristors of transistors die werken in de modus van elektronische schakelaars. Het besturingsgedeelte wordt uitgevoerd op digitale microprocessors en zorgt voor controle van het vermogen
elektronische sleutels, evenals de oplossing van een groot aantal hulptaken (controle, diagnostiek, beveiliging).

Frequentieomvormers,

gebruikt in gereguleerd

elektrische aandrijving, afhankelijk van de structuur en het werkingsprincipe van de aandrijfeenheid, zijn onderverdeeld in twee klassen:

1. Frequentieomvormers met een uitgesproken tussenkring.

2. Frequentieomvormers met directe koppeling (zonder tussenkring).

Elk van de bestaande klassen converters heeft zijn eigen voor- en nadelen, die het gebied van rationeel gebruik van elk van hen bepalen.

Historisch gezien zijn de eerste die verschijnen direct gekoppelde converters.

(Fig. 4.), waarbij het vermogensgedeelte een gecontroleerde gelijkrichter is en is gemaakt op niet-afsluitbare thyristors. Het besturingssysteem ontgrendelt afwisselend de thyristotra-groepen en sluit de statorwikkelingen van de motor aan op het elektriciteitsnet.

De uitgangsspanning van de omzetter wordt dus gevormd uit de "afgesneden" secties van de sinusoïden van de ingangsspanning. Figuur 5. een voorbeeld van de vorming van de uitgangsspanning voor een van de belastingsfasen wordt getoond. Aan de ingang van de omzetter is een driefasige sinusvormige spanning ua, iv,. De uitgangsspanning uv1x heeft een niet-sinusvormige "zaagtand"-vorm, die voorwaardelijk kan worden benaderd door een sinusoïde (verdikte lijn). De figuur laat zien dat de frequentie van de uitgangsspanning niet gelijk of hoger kan zijn dan de frequentie van het voedingsnet. Het varieert van 0 tot 30 Hz. Hierdoor is er een klein bereik van motortoerentalregeling (niet meer dan 1:10). Deze beperking staat het gebruik van dergelijke omvormers in moderne frequentieregelaars met een breed scala aan regeling van technologische parameters niet toe.

Het gebruik van niet-afsluitbare thyristors vereist relatief ingewikkelde systemen controles die de kosten van de converter verhogen.

De "cut" sinusoïde aan de uitgang van de omvormer is een bron van hogere harmonischen, die extra verliezen in de elektromotor, oververhitting van de elektrische machine, afname van het koppel, zeer sterke interferentie in het voedingsnetwerk veroorzaken. Het gebruik van compenserende apparaten leidt tot een toename van kosten, gewicht, afmetingen en een afname van de efficiëntie. systeem als geheel.

Naast de genoemde nadelen van direct gekoppelde omvormers, hebben ze ook bepaalde voordelen. Waaronder:

Vrijwel het hoogste rendement ten opzichte van andere omvormers (98,5% en meer),

Het vermogen om met hoge spanningen en stromen te werken, waardoor ze kunnen worden gebruikt in krachtige hoogspanningsaandrijvingen,

Relatieve lage prijs, ondanks de stijging absolute waarde door regelschema's en extra apparatuur.

Soortgelijke omvormerschakelingen worden gebruikt in oude aandrijvingen en er worden praktisch geen nieuwe ontwerpen ontwikkeld.

Meest brede toepassing: in moderne frequentiegeregelde aandrijvingen worden omvormers met een uitgesproken gelijkstroomverbinding gevonden (afb. 6).

Converters van deze klasse gebruiken dubbele conversie elektrische energie: de sinusvormige ingangsspanning met constante amplitude en frequentie wordt gelijkgericht in de gelijkrichter (V), gefilterd door het filter (F), afgevlakt en vervolgens weer omgezet door de omvormer (I) in een wisselspanning met variabele frequentie en amplitude. Dubbele omzetting van energie leidt tot een afname van het rendement. en tot enige achteruitgang in gewicht en afmetingen ten opzichte van omvormers met directe aansluiting.

Voor het opwekken van sinusvormige wisselspanning worden stand-alone spanningsomvormers en stand-alone stroomomvormers gebruikt.

Als elektronische schakelaars in omvormers worden vergrendelbare thyristors GTO en hun verbeterde modificaties GCT, IGCT, SGCT en IGBT bipolaire transistors gebruikt.

Het belangrijkste voordeel van thyristor-frequentieomvormers, zoals in een direct gekoppelde schakeling, is de mogelijkheid om met hoge stromen en spanningen te werken, terwijl ze bestand zijn tegen continue belastingen en impulsinvloeden.

Ze hebben een hoger rendement (tot 98%) in vergelijking met omvormers op basis van IGBT-transistoren (95 - 98%).

Frequentieomvormers op basis van thyristors nemen momenteel een dominante positie in bij hoogspanningsaandrijvingen in het vermogensbereik van honderden kilowatts tot tientallen megawatts met een uitgangsspanning van 3-10 kV en hoger. Hun prijs per kW uitgangsvermogen is echter de hoogste in de klasse van hoogspanningsomvormers.

Tot voor kort vormden frequentieomvormers op basis van GTO's het grootste aandeel in de laagspannings-variabele frequentieaandrijving. Maar met de komst van IGBT-transistoren was er een "natuurlijke selectie" en tegenwoordig zijn op hen gebaseerde converters algemeen erkende leiders op het gebied van laagspannings-variabele frequentieaandrijvingen.

Een thyristor is een semi-gecontroleerd apparaat: om het in te schakelen, volstaat het een korte puls op de bedieningspen te geven, maar om het uit te zetten, zet u er een sperspanning op of reduceert u de geschakelde stroom tot nul. Voor
Dit vereist een complex en omslachtig regelsysteem in een thyristor-frequentieomvormer.

IGBT's onderscheiden zich van thyristors door volledige beheersbaarheid, eenvoudig energieverslindend regelsysteem, hoogste werkfrequentie

Als gevolg hiervan maken frequentieomvormers op basis van IGBT's het mogelijk om het regelbereik van de rotatiesnelheid van de motor uit te breiden, waardoor de snelheid van de omvormer als geheel toeneemt.

Voor asynchrone elektrische aandrijvingen met vectorbesturing maken IGBT-converters een bedrijf bij lage snelheden mogelijk zonder een feedbacksensor.

Het gebruik van IGBT's met een hogere schakelfrequentie in combinatie met een microprocessorbesturingssysteem in frequentieomvormers vermindert het niveau van hogere harmonischen die kenmerkend zijn voor thyristoromvormers. Als gevolg hiervan zijn er minder extra verliezen in de wikkelingen en het magnetische circuit van de elektromotor, een afname van de verwarming van een elektrische machine, een afname van de rimpel van het koppel en de eliminatie van het zogenaamde "lopen" van de rotor in het gebied van lage frequenties. Verliezen in transformatoren, condensatorbanken worden verminderd, hun levensduur en draadisolatie worden verhoogd, het aantal valse alarmen van beveiligingsapparatuur en fouten van inductiemeetapparatuur wordt verminderd.

Converters op basis van IGBT-transistoren worden, vergeleken met thyristorconverters met hetzelfde uitgangsvermogen, gekenmerkt door kleinere afmetingen, gewicht, verhoogde betrouwbaarheid door het modulaire ontwerp van elektronische sleutels, betere warmteafvoer van het moduleoppervlak en minder structurele elementen.

Ze stellen u in staat om meer te implementeren volledige bescherming tegen stroompieken en overspanning, wat de kans op storingen en schade aan de elektrische aandrijving aanzienlijk verkleint.

Momenteel hebben laagspannings-IGBT-converters een hogere prijs per eenheid uitgangsvermogen vanwege de relatieve complexiteit van het vervaardigen van transistormodules. Echter, in termen van prijs / kwaliteitsverhouding, op basis van de genoemde voordelen, presteren ze duidelijk beter dan thyristorconverters, bovendien voor recente jaren er is een gestage daling van de prijzen voor IGBT-modules.

Het belangrijkste obstakel voor hun gebruik in een hoogspanningsaandrijving met directe frequentieomzetting en bij vermogens boven 1 - 2 MW zijn momenteel technologische beperkingen. Een toename van de schakelspanning en bedrijfsstroom leidt tot een toename van de afmeting van de transistormodule en vereist ook een efficiëntere warmteafvoer van het siliciumkristal.

Nieuwe technologieën voor de productie van bipolaire transistors zijn gericht op het overwinnen van deze beperkingen, en de vooruitzichten voor het gebruik van IGBT's zijn zeer hoog, ook in hoogspanningsaandrijvingen. Momenteel worden IGBT-transistoren gebruikt in hoogspanningsomvormers in de vorm van meerdere in serie geschakelde

De structuur en het werkingsprincipe van de laagspanningsfrequentieomvormer op GBT-transistoren

Een typisch circuit van een laagspanningsfrequentieomvormer wordt getoond in Fig. 7. Het onderste deel van de afbeelding toont de grafieken van spanningen en stromen aan de uitgang van elk element van de omzetter.

De wisselspanning van het voedingsnet (IV) met constante amplitude en frequentie (UEx = const, f ^ = const) wordt toegevoerd aan een gestuurde of ongecontroleerde gelijkrichter (1).

Een filter (2) wordt gebruikt om de rimpel van de gelijkgerichte spanning af te vlakken (en te corrigeren). De gelijkrichter en het capacitieve filter (2) vormen een DC-tussenkring.

Van filteruitlaat constante druk ud wordt toegevoerd aan de ingang van een autonome pulsomvormer (3).

De stand-alone omvormer van moderne laagspanningsomvormers is, zoals opgemerkt, gebaseerd op IGBT-vermogens bipolaire transistoren. De figuur in kwestie toont een circuit van een frequentieomvormer met een autonome spanningsomvormer als de meest gebruikte.

ZVE MO PS xt<)A\U IQTOTOKAj

In de omvormer wordt de gelijkspanning ud omgezet in een driefasige (of enkelfasige) impulsspanning met variabele amplitude en frequentie. Volgens de signalen van het besturingssysteem is elke wikkeling van de elektromotor via de bijbehorende vermogenstransistors van de omvormer verbonden met de positieve en negatieve polen van de DC-tussenkring.

De duur van de aansluiting van elke wikkeling binnen de pulsherhalingsperiode wordt gemoduleerd volgens een sinusoïdale wet. De grootste pulsbreedte wordt geleverd in het midden van de halve periode en neemt af aan het begin en het einde van de halve periode. Het besturingssysteem levert dus een pulsbreedtemodulatie (PWM) spanning die op de motorwikkelingen wordt toegepast. De amplitude en frequentie van de spanning worden bepaald door de parameters van de modulerende sinusoïdale functie.

Bij een hoge draaggolffrequentie van de PWM (2 ... 15 kHz) werken de motorwikkelingen door hun hoge inductantie als filter. Daarom vloeien er bijna sinusvormige stromen in.

In omvormercircuits met een gestuurde gelijkrichter (1) kan een verandering in de spanningsamplitude uH worden bereikt door de grootte van een constante spanning ud te regelen, en een verandering in frequentie - door de bedrijfsmodus van de omvormer.

Indien nodig wordt aan de uitgang van de autonome omvormer een filter (4) geïnstalleerd om de rimpelstroom af te vlakken. (In IGBT-convertercircuits is er vanwege het lage niveau van hogere harmonischen in de uitgangsspanning praktisch geen filter nodig.)

Zo wordt aan de uitgang van de frequentieomvormer een driefasige (of enkelfasige) wisselspanning met variabele frequentie en amplitude gevormd (uout = var, ^ ox = var).

De laatste jaren besteden veel bedrijven, ingegeven door de behoeften van de markt, veel aandacht aan de ontwikkeling en realisatie van. De vereiste waarde van de uitgangsspanning van de frequentieomvormer voor een elektrische hoogspanningsaandrijving bereikt 10 kV en meer met een vermogen tot enkele tientallen megawatts.

Voor dergelijke spanningen en vermogens worden tijdens directe frequentieomzetting zeer dure elektronische vermogensschakelaars met thyristor met complexe regelcircuits gebruikt. De omvormer is ofwel via een ingangsstroombegrenzende reactor ofwel via een bijpassende transformator op het netwerk aangesloten.

De begrenzende spanning en stroom van een enkele elektronische schakelaar zijn beperkt, daarom worden speciale circuitoplossingen gebruikt om de uitgangsspanning van de omzetter te verhogen. Bovendien kan het de totale kosten van verlagen door het gebruik van elektronische laagspanningsschakelaars.

De volgende circuitoplossingen worden gebruikt in frequentieomvormers van verschillende fabrikanten.

In het convertorcircuit (Fig. 8) wordt een dubbele spanningstransformatie uitgevoerd met behulp van een step-down (T1) en step-up (T2) hoogspanningstransformator.

Dubbele transformatie maakt het gebruik voor frequentieregeling mogelijk Fig. 9. Relatief goedkoop

laagspanningsfrequentieomvormer, waarvan de structuur is weergegeven in Fig. 7.

De converters onderscheiden zich door hun relatief lage prijs en praktische implementatiegemak. Als gevolg hiervan worden ze meestal gebruikt voor het aansturen van hoogspannings-elektromotoren in het vermogensbereik tot 1 - 1,5 MW. Met een hoger vermogen van de elektrische aandrijving introduceert de transformator T2 aanzienlijke vervormingen in het proces van het regelen van de elektromotor. De belangrijkste nadelen van omvormers met twee transformatoren zijn hoge gewichts- en groottekenmerken, lager rendement (93 - 96%) en betrouwbaarheid in vergelijking met andere schema's.

Converters die volgens dit schema zijn gemaakt, hebben een beperkt bereik van motorsnelheidsregeling, zowel boven als onder de nominale frequentie.

Met een afname van de frequentie aan de uitgang van de omzetter, neemt de verzadiging van de kern toe en wordt de ontwerpmodus van de uitgangstransformator T2 geschonden. Daarom is, zoals de praktijk laat zien, het regelbereik beperkt binnen Phnom> P> 0,5Pnom. Om het regelbereik uit te breiden, worden transformatoren met een grotere doorsnede van het magnetische circuit gebruikt, maar dit verhoogt de kosten, het gewicht en de afmetingen.

Met een toename van de uitgangsfrequentie nemen de verliezen in de kern van de transformator T2 voor magnetisatie-omkering en wervelstromen toe.

Bij aandrijvingen met een vermogen van meer dan 1 MW en een laagspanningsspanning van 0,4 - 0,6 kV moet de kabeldoorsnede tussen de frequentieomvormer en de laagspanningswikkeling van transformatoren zijn ontworpen voor stromen tot kiloampère, wat toeneemt het gewicht van de omvormer.

Om de bedrijfsspanning van de frequentieomvormer te verhogen, worden de elektronische sleutels in serie geschakeld (zie Afb. 9).

Het aantal elementen in elke arm wordt bepaald door de waarde van de bedrijfsspanning en het type element.

Het grootste probleem voor dit schema is de strikte coördinatie van de werking van elektronische sleutels.

Halfgeleiderelementen die zelfs in dezelfde batch zijn vervaardigd, hebben een spreiding van parameters, dus de taak om hun werk in de tijd te coördineren is zeer acuut. Als een van de elementen met een vertraging opent of eerder sluit dan de andere, wordt er volledige schouderspanning op uitgeoefend en zal deze falen.

Om het niveau van hogere harmonischen te verminderen en de elektromagnetische compatibiliteit te verbeteren, worden multipulsomzettercircuits gebruikt. Coördinatie van de omvormer met het voedingsnetwerk wordt uitgevoerd met behulp van multi-wikkeling bijpassende transformatoren T.

Figuur 9. toont een 6-puls circuit met een twee-winding bijpassende transformator. In de praktijk zijn er 12, 18, 24 pulscircuits.

omvormers. Het aantal secundaire wikkelingen van transformatoren in deze circuits is respectievelijk 2, 3, 4.

Het circuit komt het meest voor bij hoogspanningsomvormers met hoog vermogen. De converters hebben een van de beste soortelijke gewichten en afmetingen, het uitgangsfrequentiebereik is van 0 tot 250-300 Hz, het rendement van de converters bereikt 97,5%.

3. Schema van de omzetter met een transformator met meerdere wikkelingen

Het stroomcircuit van de omvormer (Fig. 10.) bestaat uit een transformator met meerdere wikkelingen en elektronische omvormercellen. Het aantal secundaire wikkelingen van transformatoren in de bekende circuits bereikt 18. Secundaire wikkelingen zijn elektrisch ten opzichte van elkaar verschoven.

Dit maakt het gebruik van laagspanningsomvormercellen mogelijk. De cel is gemaakt volgens het volgende schema: ongecontroleerde driefasige gelijkrichter, capacitief filter, enkelfasige omvormer op IGBT-transistoren.

De celuitgangen zijn in serie geschakeld. In het getoonde voorbeeld bevat elke fase van de motorvoeding drie cellen.

Wat hun kenmerken betreft, staan ​​de converters dichter bij het circuit met de seriële aansluiting van elektronische sleutels.