Penukar frekuensi - jenis, prinsip operasi, skema sambungan

Rotor mana-mana motor elektrik digerakkan oleh daya yang disebabkan oleh medan elektromagnet berputar di dalam belitan stator. Kelajuannya biasanya ditentukan oleh frekuensi industri grid kuasa.

Nilai piawainya 50 hertz membayangkan lima puluh tempoh ayunan dalam satu saat. Dalam satu minit, bilangan mereka meningkat 60 kali ganda dan ialah 50×60 = 3000 pusingan. Rotor berputar bilangan kali yang sama di bawah pengaruh medan elektromagnet yang digunakan.

Jika anda menukar nilai frekuensi sesalur yang digunakan pada stator, anda boleh melaraskan kelajuan putaran rotor dan pemacu yang disambungkan kepadanya. Prinsip ini adalah asas kawalan motor elektrik.

Jenis penukar frekuensi

Mengikut reka bentuk, penukar frekuensi ialah:

1. jenis aruhan;

2. elektronik.

Motor tak segerak yang dihasilkan mengikut skema dengan pemutar fasa dan bermula dalam mod penjana, adalah wakil daripada jenis pertama. Semasa operasi, mereka mempunyai kecekapan yang rendah dan dicirikan oleh kecekapan yang rendah.Oleh itu, mereka tidak menemui aplikasi yang meluas dalam pengeluaran dan digunakan sangat jarang.

Kaedah penukaran frekuensi elektronik membolehkan peraturan kelajuan lancar bagi kedua-dua mesin tak segerak dan segerak. Dalam kes ini, salah satu daripada dua prinsip kawalan boleh digunakan:

1. Mengikut ciri yang telah ditetapkan kebergantungan kelajuan putaran pada frekuensi (V / f);

2. kaedah kawalan vektor.

Kaedah pertama adalah yang paling mudah dan kurang sempurna, dan yang kedua digunakan untuk mengawal dengan tepat kelajuan putaran peralatan industri kritikal.

Ciri-ciri kawalan vektor penukaran frekuensi

Perbezaan antara kaedah ini ialah interaksi, pengaruh peranti kawalan penukar pada «vektor ruang» fluks magnet berputar dengan kekerapan medan pemutar.

Algoritma untuk penukar untuk bekerja pada prinsip ini dibuat dalam dua cara:

1. kawalan tanpa sensor;

2. peraturan aliran.

Kaedah pertama adalah berdasarkan penentuan pergantungan tertentu pada penggantian urutan modulasi lebar nadi (PWM) penyongsang untuk algoritma pratetap. Dalam kes ini, amplitud dan kekerapan voltan keluaran penukar dikawal oleh arus gelincir dan beban, tetapi tanpa menggunakan maklum balas kelajuan rotor.

Kaedah ini digunakan apabila mengawal beberapa motor elektrik yang disambungkan selari dengan penukar frekuensi.Kawalan fluks melibatkan pemantauan arus operasi di dalam motor dengan penguraiannya kepada komponen aktif dan reaktif dan membuat pelarasan pada operasi penukar untuk menetapkan amplitud, frekuensi dan sudut untuk vektor voltan keluaran.

Ini meningkatkan ketepatan enjin dan meningkatkan had pelarasannya. Penggunaan kawalan aliran memanjangkan keupayaan pemacu yang beroperasi pada kelajuan rendah dengan beban dinamik yang tinggi, seperti angkat kren atau mesin penggulungan industri.

Penggunaan teknologi vektor membolehkan kawalan tork dinamik dilaksanakan motor tak segerak tiga fasa. 

Litar setara

Satu litar elektrik asas mudah bagi motor aruhan boleh diwakili seperti berikut.

Voltan u1 digunakan pada belitan stator, yang mempunyai rintangan aktif R1 dan rintangan aruhan X1. Ia, mengatasi rintangan celah udara Xv, diubah menjadi belitan rotor, menyebabkan di dalamnya arus yang mengatasi rintangannya.

Litar setara litar vektor

Pembinaannya membantu memahami proses yang berlaku dalam motor aruhan.

Tenaga arus stator dibahagikan kepada dua bahagian:

• iµ — partition pembentuk aliran;

• iw — komponen penjana momen.

Dalam kes ini, pemutar mempunyai rintangan aktif bergantung kepada slip R2 / s.

Untuk kawalan tanpa sensor, perkara berikut diukur:

• voltan u1;

• i1 semasa.

Mengikut nilai mereka, mereka mengira:

• iµ — komponen aliran membentuk aliran;

• iw — tork penjanaan nilai.

Algoritma pengiraan kini termasuk litar setara elektronik motor aruhan dengan pengawal selia semasa, yang mengambil kira keadaan tepu medan elektromagnet dan kehilangan tenaga magnet dalam keluli.

Kedua-dua komponen vektor semasa, berbeza dalam sudut dan amplitud, berputar bersama-sama dengan sistem koordinat rotor dan menjadi sistem orientasi pemegun pegun.

Mengikut prinsip ini, parameter penukar frekuensi diselaraskan mengikut beban motor aruhan.

Prinsip operasi penukar frekuensi

Peranti ini, yang juga dipanggil penyongsang, adalah berdasarkan perubahan berganda dalam bentuk gelombang bekalan kuasa utama.

Pada mulanya, voltan industri disalurkan kepada penerus dengan diod berkuasa yang mengeluarkan harmonik sinusoidal tetapi meninggalkan riak isyarat. Untuk penyingkiran mereka, bank kapasitor dengan induktansi (penapis LC) disediakan, yang memberikan bentuk yang stabil dan licin kepada voltan yang diperbetulkan.

Isyarat kemudian pergi ke input penukar frekuensi, yang merupakan litar jambatan tiga fasa enam transistor kuasa Siri IGBT atau MOSFET dengan diod perlindungan voltan kekutuban terbalik. Tiristor yang digunakan sebelum ini untuk tujuan ini tidak mempunyai kelajuan yang mencukupi dan beroperasi dengan gangguan yang besar.

Untuk menghidupkan mod "brek" motor, transistor terkawal dengan perintang berkuasa yang menghilangkan tenaga boleh dipasang di dalam litar. Teknik ini membolehkan voltan yang dihasilkan oleh motor dikeluarkan untuk melindungi kapasitor penapis daripada pengecasan berlebihan dan kerosakan.

Kaedah kawalan frekuensi vektor penukar membolehkan anda membuat litar yang melaksanakan kawalan automatik isyarat daripada sistem ACS. Sistem pengurusan digunakan untuk ini:

1. amplitud;

2. PWM (simulasi lebar nadi).

Kaedah kawalan amplitud adalah berdasarkan menukar voltan input, dan PWM adalah berdasarkan algoritma untuk menukar transistor kuasa pada voltan masukan malar.

Dengan peraturan PWM, tempoh modulasi isyarat dicipta apabila belitan pemegun disambungkan mengikut urutan yang ketat ke terminal positif dan negatif penerus.

Oleh kerana frekuensi jam penjana agak tinggi, maka dalam penggulungan motor elektrik, yang mempunyai rintangan induktif, mereka dilicinkan kepada gelombang sinus biasa.

Kaedah kawalan PWM memaksimumkan penghapusan kehilangan tenaga dan memberikan kecekapan penukaran yang tinggi disebabkan oleh kawalan serentak frekuensi dan amplitud. Ia telah tersedia kerana pembangunan teknologi kawalan thyristor terkunci kuasa siri GTO atau jenama bipolar transistor IGBT pintu terlindung.

Prinsip kemasukan mereka untuk mengawal motor tiga fasa ditunjukkan dalam foto.

Setiap satu daripada enam IGBT disambungkan dalam litar antiselari kepada diod arus terbaliknya sendiri. Dalam kes ini, arus aktif motor aruhan melalui litar kuasa setiap transistor, dan komponen reaktifnya diarahkan melalui diod.

Untuk menghapuskan pengaruh bunyi elektrik luaran pada operasi penyongsang dan motor, litar penukar frekuensi boleh termasuk penapis pengurangan hingarpembubaran:

• gangguan radio;

• nyahcas elektrik yang disebabkan oleh peralatan pengendalian.

Ini diberi isyarat oleh pengawal dan pendawaian berperisai digunakan antara motor dan terminal keluaran penyongsang untuk mengurangkan kejutan.

Untuk meningkatkan ketepatan pengendalian motor tak segerak, litar kawalan penukar frekuensi termasuk:

• input komunikasi dengan keupayaan antara muka lanjutan;

• pengawal terbina dalam;

• kad memori;

• perisian;

• paparan LED bermaklumat menunjukkan parameter keluaran utama;

• pencincang brek dan penapis EMC terbina dalam;

• sistem penyejukan litar berdasarkan tiupan dengan peminat sumber yang bertambah;

• fungsi memanaskan enjin dengan arus terus dan beberapa kemungkinan lain.

Gambar rajah pendawaian operasi

Penukar frekuensi direka bentuk untuk berfungsi dengan rangkaian fasa tunggal atau tiga fasa. Walau bagaimanapun, jika terdapat sumber arus terus industri dengan voltan 220 volt, maka penyongsang boleh dikuasakan daripadanya.

Model tiga fasa direka untuk voltan sesalur 380 volt dan menyalurkannya ke motor elektrik. Penyongsang fasa tunggal dikuasakan oleh 220 volt dan mengeluarkan tiga fasa diedarkan dari semasa ke semasa.

Skim sambungan penukar frekuensi ke motor boleh dilakukan mengikut skema:

• bintang;

• segi tiga.

Penggulungan motor dipasang dalam «bintang» untuk penukar, disuap oleh rangkaian tiga fasa 380 volt.

Mengikut skema "delta", belitan motor dipasang apabila penukar kuasa disambungkan ke rangkaian 220 volt fasa tunggal.

Apabila memilih kaedah menyambungkan motor elektrik ke penukar frekuensi, anda perlu memberi perhatian kepada nisbah kuasa yang boleh dibuat oleh motor yang sedang berjalan dalam semua mod, termasuk permulaan yang perlahan, dimuatkan, dengan keupayaan penyongsang.

Adalah mustahil untuk sentiasa membebankan penukar frekuensi, dan rizab kecil kuasa keluarannya akan memastikan operasi jangka panjang dan bebas masalah.