Frekvences pārveidotājs - veidi, darbības princips, pieslēguma shēmas

Jebkura elektromotora rotoru darbina spēki, ko rada rotējošais elektromagnētiskais lauks statora tinuma iekšpusē. Tās ātrumu parasti nosaka elektrotīkla rūpnieciskā frekvence.

Tā standarta vērtība 50 herci nozīmē piecdesmit svārstību periodus vienā sekundē. Vienā minūtē to skaits palielinās 60 reizes un ir 50×60 = 3000 apgriezienu. Rotors pielietotā elektromagnētiskā lauka ietekmē griežas tikpat reižu.

Ja maināt statoram pielietotās tīkla frekvences vērtību, varat pielāgot rotora un tam pievienotās piedziņas griešanās ātrumu. Šis princips ir elektromotoru vadības pamatā.

Frekvences pārveidotāju veidi

Pēc konstrukcijas frekvences pārveidotāji ir:

1. indukcijas veids;

2. elektroniskā.

Ražoti asinhronie motori saskaņā ar shēmu ar fāzes rotoru un startēja ģeneratora režīmā, ir pirmā tipa pārstāvji. Darbības laikā tiem ir zema efektivitāte un tiem raksturīga zema efektivitāte.Tāpēc tie nav atraduši plašu pielietojumu ražošanā un tiek izmantoti ārkārtīgi reti.

Elektroniskā frekvences pārveidošanas metode ļauj vienmērīgi regulēt gan asinhrono, gan sinhrono mašīnu ātrumu. Šajā gadījumā var piemērot vienu no diviem kontroles principiem:

1. Saskaņā ar iepriekš noteiktu rotācijas ātruma atkarības raksturlielumu no frekvences (V / f);

2. vektora kontroles metode.

Pirmā metode ir visvienkāršākā un mazāk perfekta, un otro izmanto, lai precīzi kontrolētu kritisko rūpniecisko iekārtu rotācijas ātrumu.

Frekvences pārveidošanas vektora vadības iezīmes

Atšķirība starp šo metodi ir mijiedarbība, pārveidotāja vadības ierīces ietekme uz magnētiskās plūsmas "telpas vektoru", kas rotē ar rotora lauka frekvenci.

Algoritmi pārveidotāju darbam pēc šī principa tiek izveidoti divos veidos:

1. bezsensoru vadība;

2. plūsmas regulēšana.

Pirmā metode ir balstīta uz noteiktas atkarības noteikšanu no secību maiņas impulsa platuma modulācija (PWM) invertors iepriekš iestatītiem algoritmiem. Šajā gadījumā pārveidotāja izejas sprieguma amplitūdu un frekvenci kontrolē slīdēšanas strāva un slodze, bet neizmantojot rotora ātruma atgriezenisko saiti.

Šo metodi izmanto, kontrolējot vairākus elektromotorus, kas savienoti paralēli frekvences pārveidotājam.Plūsmas kontrole ietver darba strāvu uzraudzību motora iekšienē, sadalot to aktīvajos un reaktīvajos komponentos, un pārveidotāja darbības regulēšanu, lai iestatītu izejas sprieguma vektoru amplitūdu, frekvenci un leņķi.

Tas uzlabo dzinēja precizitāti un palielina tā regulēšanas robežas. Plūsmas kontroles izmantošana paplašina piedziņas iespējas, kas darbojas ar mazu ātrumu ar lielu dinamisku slodzi, piemēram, celtņu pacēlājiem vai rūpnieciskām tinumu mašīnām.

Vektoru tehnoloģijas izmantošana ļauj īstenot dinamisku griezes momenta kontroli trīsfāzu asinhronie motori. 

Līdzvērtīga ķēde

Asinhronā motora vienkāršotu pamata elektrisko ķēdi var attēlot šādi.

Statora tinumiem, kuriem ir aktīvā pretestība R1 un induktīvā pretestība X1, tiek pielikts spriegums u1. Tas, pārvarot gaisa spraugas Xv pretestību, tiek pārveidots par rotora tinumu, izraisot tajā strāvu, kas pārvar tā pretestību.

Vektoru ķēdes ekvivalenta ķēde

Tā uzbūve palīdz izprast asinhronā motorā notiekošos procesus.

Statora strāvas enerģija ir sadalīta divās daļās:

• iµ — plūsmu veidojošs nodalījums;

• iw — momentu ģenerējoša sastāvdaļa.

Šajā gadījumā rotoram ir no slīdēšanas atkarīga aktīvā pretestība R2 / s.

Bezsensoru kontrolei tiek mērīts:

• spriegums u1;

• pašreizējais i1.

Saskaņā ar savām vērtībām viņi aprēķina:

• iµ — plūsmu veidojošā plūsmas sastāvdaļa;

• iw — vērtību ģenerējošais griezes moments.

Aprēķinu algoritmā tagad ir iekļauta asinhronā motora elektroniskā ekvivalenta shēma ar strāvas regulatoriem, kas ņem vērā elektromagnētiskā lauka piesātinājuma apstākļus un magnētiskās enerģijas zudumus tēraudā.

Abas strāvas vektoru sastāvdaļas, kas atšķiras pēc leņķa un amplitūdas, griežas kopā ar rotora koordinātu sistēmu un kļūst par stacionāru statora orientācijas sistēmu.

Saskaņā ar šo principu frekvences pārveidotāja parametri tiek pielāgoti atbilstoši asinhronā motora slodzei.

Frekvences pārveidotāja darbības princips

Šīs ierīces, ko sauc arī par invertoru, pamatā ir divkāršas izmaiņas tīkla barošanas avota viļņu formā.

Sākotnēji rūpnieciskais spriegums tiek padots taisngriezim ar jaudīgām diodēm, kas noņem sinusoidālās harmonikas, bet atstāj signāla viļņus. To noņemšanai tiek nodrošināta kondensatoru banka ar induktivitāti (LC-filtrs), kas nodrošina stabilu, izlīdzinātu formu rektificētajam spriegumam.

Pēc tam signāls nonāk frekvences pārveidotāja ieejā, kas ir sešu trīsfāžu tilta ķēde jaudas tranzistori IGBT vai MOSFET sērija ar apgrieztas polaritātes sprieguma aizsardzības diodēm. Iepriekš šiem nolūkiem izmantotie tiristori nav pietiekami ātri un darbojas ar lieliem traucējumiem.

Lai ieslēgtu motora "bremžu" režīmu, ķēdē var uzstādīt vadāmu tranzistoru ar jaudīgu rezistoru, kas izkliedē enerģiju. Šis paņēmiens ļauj noņemt motora radīto spriegumu, lai aizsargātu filtra kondensatorus no pārslodzes un bojājumiem.

Pārveidotāja vektora frekvences vadības metode ļauj izveidot shēmas, kas veic automātisku ACS sistēmu signāla vadību. Šim nolūkam tiek izmantota vadības sistēma:

1. amplitūda;

2. PWM (impulsa platuma simulācija).

Amplitūdas kontroles metodes pamatā ir ieejas sprieguma maiņa, un PWM pamatā ir algoritms jaudas tranzistoru pārslēgšanai pie nemainīga ieejas sprieguma.

Izmantojot PWM regulēšanu, tiek izveidots signāla modulācijas periods, kad statora tinums ir stingri savienots ar taisngrieža pozitīvajiem un negatīvajiem spailēm.

Tā kā ģeneratora takts frekvence ir diezgan augsta, tad elektromotora tinumā, kuram ir induktīvā pretestība, tie tiek izlīdzināti līdz normālam sinusoidālajam vilnim.

PWM kontroles metodes maksimāli novērš enerģijas zudumus un nodrošina augstu konversijas efektivitāti, pateicoties vienlaicīgai frekvences un amplitūdas kontrolei. Tie ir kļuvuši pieejami, pateicoties GTO sērijas jaudas bloķēšanas tiristoru vadības tehnoloģiju izstrādei vai bipolāru zīmolu izolētu vārtu IGBT tranzistoriem.

To iekļaušanas principi trīsfāzu motora vadīšanai ir parādīti fotoattēlā.

Katrs no sešiem IGBT ir savienots antiparalēlā ķēdē ar savu reversās strāvas diodi. Šajā gadījumā asinhronā motora aktīvā strāva iet caur katra tranzistora strāvas ķēdi, un tā reaktīvā sastāvdaļa tiek virzīta caur diodēm.

Lai novērstu ārējā elektriskā trokšņa ietekmi uz invertora un motora darbību, frekvences pārveidotāja ķēdē var iekļaut trokšņu samazināšanas filtrslikvidācija:

• radio traucējumi;

• elektriskās izlādes, ko izraisa darba aprīkojums.

Par tiem signalizē kontrolieris, un starp motoru un pārveidotāja izejas spailēm tiek izmantota ekranēta vadu, lai samazinātu triecienu.

Lai uzlabotu asinhrono motoru darbības precizitāti, frekvences pārveidotāju vadības ķēdē ietilpst:

• komunikācijas ievade ar uzlabotām saskarnes iespējām;

• iebūvēts kontrolieris;

• atminas karte;

• programmatūra;

• informatīvs LED displejs, kas parāda galvenos izvades parametrus;

• bremžu smalcinātājs un iebūvēts EMC filtrs;

• ķēdes dzesēšanas sistēma, kuras pamatā ir pūšana ar palielināta resursa ventilatoriem;

• dzinēja sildīšanas funkcija ar līdzstrāvu un dažas citas iespējas.

Darbības elektroinstalācijas shēmas

Frekvences pārveidotāji ir paredzēti darbam ar vienfāzes vai trīsfāžu tīkliem. Tomēr, ja ir rūpnieciski līdzstrāvas avoti ar 220 voltu spriegumu, tad no tiem var darbināt invertorus.

Trīsfāzu modeļi ir paredzēti tīkla spriegumam 380 volti un padod to elektromotoram. Vienfāzes invertorus darbina 220 volti, un tie izvada trīs fāzes, kas sadalītas laikā.

Frekvences pārveidotāja savienojuma shēmu ar motoru var veikt saskaņā ar shēmām:

• zvaigznes;

• trīsstūris.

Motora tinumi ir salikti pārveidotājam "zvaigznē", ko baro trīsfāzu tīkls 380 volti.

Saskaņā ar "delta" shēmu motora tinumi tiek montēti, kad strāvas pārveidotājs ir pievienots vienfāzes 220 voltu tīklam.

Izvēloties metodi elektromotora savienošanai ar frekvences pārveidotāju, jums jāpievērš uzmanība jaudas attiecībai, ko darbojas motors var radīt visos režīmos, ieskaitot lēnu, noslogotu palaišanu, ar invertora iespējām.

Frekvences pārveidotāju pastāvīgi pārslogot nav iespējams, un neliela tā izejas jaudas rezerve nodrošinās tā ilgstošu un bez traucējumiem darbību.