Частотний перетворювач для електродвигуна

У всьому світі з успіхом реалізуються принципи частотного управління асинхронним електроприводом. Спосіб передбачає крім значної економії електроенергії, вдосконалене управління роботи агрегатів, і веде до істотного енергозбереження.

Принцип дії

Швидкість обертання валу електродвигуна залежить від частоти подається напруги живлення. Використання частотних перетворювачів повсюдно визнано найефективнішим методом регулювання швидкості обертання. Дія пристрою полягає у формуванні з значення вихідної напруги (U), що характеризується постійною частотою (F) і амплітудою (A), в напругу зі змінними параметрами. Це призводить до зміни величини частоти магнітного поля, що змінює механічне обертання валу двигуна.

Беручи до уваги, що момент навантаження постійний, сила струму залежить від навантаження, відповідно, відбувається зміна подається на клеми двигуна напруги пропорційного частоті, це зберігає незмінним потік намагнічування і постійний крутний момент, а також незмінне значення струму.

Як наслідок цих процесів, спостерігається постійне коректування швидкості і крутного моменту щодо робочого навантаження. Втрати - мінімальні, це досягається за допомогою підтримки постійного ковзання при будь-якій швидкості, для всіх навантажень.

Частотний перетворювач для електродвигуна

Переваги способу частотного регулювання

  • Управління електродвигуном може здійснюватися на значній відстані в зручному для цього місці.
  • М`який пуск і зменшення витрат на технічне обслуговування пристрою.
  • Можливість збільшувати продуктивність за допомогою регулювання швидкості, відповідно до необхідної виробничою потребою.
  • Підвищений ККД перетворювача частоти до 97% асинхронної машини і до 95% підвищує енергоефективність за рахунок способу управління і застосовуваного електродвигуна.
  • Статичний перетворювач застосовується для змінного моменту (невисокий крутний момент, невеликі швидкості) зі зменшеною величиною напруги на клемах приєднання до електродвигуна. Також, для використання в разі незмінного моменту і потужності, в такому випадку висока ефективність досягається за рахунок плавного регулювання швидкості. Завдяки цим можливостям система може вважатися універсальної.
  • Обов`язковий контроль швидкості сприяє досягненню оптимізації технологічного процесу, що сприяє високій якості продукції.

Характеристики

Для регулювання рекомендується застосувати вихідний ШІМ напруга. Пристрій служить проміжною ланкою з можливістю управління розташоване між мережевою напругою і машиною асинхронного типу.

Сигнал заданого значення напруги і певної частоти, виходить по проходженні трьох етапів - це:

  • Випрямний діодний міст.
  • Фільтр постійного струму для здійснення згладжування вже випрямленої значення напруги за допомогою конденсаторів.
  • Інвертор або силовий модуль, що працює на базі IGВT (БТІЗ - біполярний транзистор з ізольованим затвором). Цей силовий транзистор може використовуватися в якості ключа зі значним робочим струмом в кілька кіло-ампер, і з величиною напруги в кілька кіловольт з частотою комутації більше 30 кГц.
Частотний перетворювач для електродвигуна

Рис №1. Три основних ланки, з яких складається пристрій частотного перетворювача.

Типи частотного керування швидкістю асинхронної машини

Існує два основних типи управління швидкістю обертання, які є базовими способами, це:

  • Скалярний (без використання зворотного зв`язку).
  • Векторне управління, зворотний зв`язок може застосовуватися, а може бути відсутнім.

Характеристика скалярного управління



При використанні цього типу управління, відбувається збереження співвідношення U / F в незмінному вигляді по всьому частотному інтервалу для збереження постійного магнітного потоку (Ф) електричного двигуна. Даний метод застосовується при відсутності потреби стрімкого реагування на коливання моменту обертання і число обертів.

Скалярний регулювання дозволяє від одного частотного пристрою живити кілька робочих асинхронних машин. При скалярному регулювання застосовується компенсація ковзання за рахунок зниження швидкості. Відбувається збільшення постійного моменту обертання за рахунок підвищення коефіцієнта V / F, це компенсує зниження значення напруги на статорі двигуна. Цей спосіб простий конструктивно і не потребує значної точності і швидкому реагуванні на зміни числа обертів вала.

Векторне управління двигуном

Збільшення ефективності в управлінні робочим приводом рекомендується застосувати метод регулювання за рахунок зміни потокосцепления.

Найточнішим і найбільш дієвим вважається метод векторного регулювання фази струму в статорі машини і відповідно, фазою його магнітного поля щодо ротора. Для цього методу характерно застосування датчика позиціонування або положення (енкодера), що дозволяє показати точне положення ротора в кожен момент, що обертає. Застосування датчиків положення здатне збільшити вартість електроприводу. З використанням енкодерів швидкість можна регулювати з точністю до 0,01%.

Щоб обійти таке обмеження рекомендується застосовувати в системі управління електродвигуном, перетворювач інтегральних схем ASIC. Він створює адаптивну модель двигуна, виражену математично з точним зазначенням величини струмів, напруг, опору статора, індуктивність розсіювання на виході. Уможливлює створення моделювання теплових робочих параметрів двигуна при різних режимах роботи.

Векторне управління без застосування датчиків зворотного зв`язку здатне забезпечити динамічні похибки, які присутні в електроприводах з замкнутої зворотним зв`язком. Векторне управління без використання датчиків просте конструктивно, але вельми обмежена при використанні на невисоких швидкостях, він відмінно підходить для великих швидкостей обертання.

Вплив струмів вищих гармонік

важливо: Для мереж змінного струму система використовує перетворювач частоти служить нелінійної імпульсної навантаженням, де присутні струмові гармоніки, що негативно впливають на якісні параметри лінії електропередач в залежності від значення опору лінії. Вищі гармоніки мають більш низькою амплітудою і тим легше можуть бути відфільтровані.

Гармонійні струми сприяють збільшенню електричних втрат і зниження коефіцієнта потужності, сприяють перегріву елементів мережі, наприклад: кабелів, трансформаторів, двигунів, конденсаторів.

Мережевий дросель або згладжує лінійний реактор

Для перетворювачів частоти обов`язкова наявність фільтруючого пристрою. Знизити гармонійні спотворення можна за рахунок застосування мережевих дроселів або DC-реакторів. Дросель перешкоджає зниженню величини напруги на електродвигуні і сприяє підвищенню його коефіцієнта потужності. Недолік дроселя, він може привести небажаного резонансу в загальній системі електропостачання, це відбувається за рахунок неправильно обраної комбінації його опору з опором лінії.

Рекомендується опір мережевого дроселя додавати до існуючого опору джерела живлення. При цьому враховується опір трансформаторів і кабельних ліній, в цьому випадку падіння напруги складе 2-4% і послужить для поліпшення коефіцієнта потужності і зменшення гармонійних спотворень на вихідному струмі.

Також згладжує реактор покращує коефіцієнт потужності і служить для придушення або ослаблення вищих гармонік. Реактор допомагає збільшити термін експлуатації напівпровідників, конденсаторних батарей. За рахунок цього відбувається зниження значення струму випрямних діодів і зменшується пульсація струму через конденсатори.

Мережевий дросель (реактор)
Частотний перетворювач для електродвигуна

Рис №2. Мережевий дросель (реактор).

Заходи, спрямовані на згладжування гармонік

Для придушення радіоперешкод, які генеруються інвертором, в частотному перетворювачі використовують фільтр радіоперешкод і модуль DBR, пристрої використовуються для відповідності вимогам щодо електромагнітної сумісності.

Також для зменшення гармонік використовують багаторівневий перетворювач, що тягне деяке збільшення вартості обладнання, знижує надійність і ускладнює управління. Хороше рішення цього питання можна спостерігати при поліпшенні якості ШІМ, виконується оптимізація тимчасової діаграми - відбувається: просторово векторна модуляція, поліпшується контроль напруги, підвищується ефективність системи (частотний перетворювач + електродвигун)

енергозбереження

Підвищення ККД електричного двигуна досягається за рахунок збільшення частоти комутації. При підключенні від перетворювача, відбувається збереження ККД двигуна, в порівнянні зі стандартними двигунами.

Енергоефективність досягається за рахунок зниження теплових втрат і втрат в залозі, це можна нормалізувати при зниженні швидкості. Якість управління відбувається внаслідок виключення механічних пристроїв, при яких виникають втрати, і знижується надійність - це можуть бути: заслінки, системи гальм, засувки і т. Д.

Пишіть коментарі, доповнення до статті, може я щось пропустив. Ви можете подивитися на карту сайту, буду радий, якщо ви знайдете на моєму сайті ще що-небудь корисне. Всього найкращого.


Поділися в соц. мережах:

Увага, тільки СЬОГОДНІ!
По темі: