Frekvensomformere. Frekvensdrift: beskrivelse og anmeldelser

Variable Frequency Drive (VFD)- kontrollsystem for rotasjonshastigheten til en asynkron (synkron) elektrisk motor. Består av selve elmotoren og frekvensomformer.

En frekvensomformer (frekvensomformer) er en enhet som består av en likeretter (DC-bro) som konverterer AC industriell frekvens til likestrøm og en omformer (omformer) (noen ganger med PWM), som konverterer likestrøm til vekselstrøm med nødvendig frekvens og amplitude. Utgangstyristorer (GTO) eller induktor, og for å redusere elektromagnetisk interferens - et EMC-filter.

Søknad

VFD-er brukes i transportsystemer, skjæremaskiner, styring av drev av blandere, pumper, vifter, kompressorer, etc. VFD har fått plass i husholdnings klimaanlegg. VFD-er blir stadig mer populære i urban elektrisk transport, spesielt i trolleybusser. Applikasjonen tillater:

• forbedre kontrollnøyaktigheten
• redusere energiforbruket ved variabel belastning.

Anvendelse av frekvensomformere på pumpestasjoner

Klassisk fôrkontrollmetode pumpeenheter innebærer struping av trykkledninger og regulering av antall driftsenheter i henhold til en eller annen teknisk parameter (for eksempel trykk i rørledningen). Pumpeenheter i dette tilfellet velges basert på visse designegenskaper(vanligvis oppover) og konstant operere i en gitt modus med konstant rotasjonshastighet, uten å ta hensyn til fluktuasjoner i strømningshastigheter og trykk forårsaket av variabelt vannforbruk. De. med enkle ord, selv når det ikke kreves noen betydelig innsats, fortsetter pumpene å operere med den innstilte driftshastigheten, mens de bruker en betydelig mengde elektrisitet. Dette skjer for eksempel om natten, når vannforbruket synker kraftig.

Fødselen til den justerbare elektriske stasjonen gjorde det mulig å gå fra motsatt retning i forsyningssystemteknologi: nå er det ikke pumpeenheten som dikterer forholdene, men egenskapene til selve rørledningene. Elektriske frekvensomformere med variabel frekvens med asynkrone elektriske motorer for generell industriell bruk er mye brukt i verdenspraksis. Frekvenskontroll av akselrotasjonshastigheten til en asynkronmotor utføres ved hjelp av elektronisk enhet, som vanligvis kalles en frekvensomformer. Ovennevnte effekt oppnås ved å endre frekvensen og amplituden til den trefasede spenningen som leveres til den elektriske motoren. Ved å endre parametrene til forsyningsspenningen (frekvenskontroll), kan du dermed gjøre motorrotasjonshastigheten både lavere og høyere enn den nominelle.

Frekvenskonverteringsmetoden er basert på følgende prinsipp. Typisk frekvensen industrielt nettverk er 50 Hz. La oss for eksempel ta en pumpe med en to-polet elektrisk motor. Ved denne nettverksfrekvensen er motorrotasjonshastigheten 3000 (50 Hz x 60 sek) omdreininger per minutt og gir utgangen til pumpeenheten det nominelle trykket og ytelsen (siden dette er dens nominelle parametere, i henhold til passet). Hvis du ved å bruke en frekvensomformer reduserer frekvensen til vekselspenningen som leveres til den, vil motorens rotasjonshastighet reduseres tilsvarende, og følgelig vil trykket og ytelsen til pumpeenheten endres. Informasjon om trykket i nettverket leveres til frekvensomformerenheten ved hjelp av en spesiell trykksensor installert i rørledningen, basert på disse dataene, endrer omformeren frekvensen som leveres til motoren.

Den moderne frekvensomformeren har et kompakt design, et støv- og fuktsikkert hus og et brukervennlig grensesnitt, som gjør at den kan brukes på det meste vanskelige forhold og utfordrende miljøer. Effektområdet er svært bredt og varierer fra 0,4 til 500 kW eller mer med en standard strømforsyning på 220/380 V og 50-60 Hz. Praksis viser at bruk av frekvensomformere på pumpestasjoner tillater:

Spar energi ved å justere driften av den elektriske stasjonen avhengig av faktisk vannforbruk (spareeffekt på 20-50%);

Reduser vannforbruket ved å redusere lekkasjer når trykket i hovedledningen overskrides, når vannforbruket faktisk er lite (med gjennomsnittlig 5 %);

Redusere kostnader til forebyggende og større renovering strukturer og utstyr (hele vannforsyningsinfrastrukturen), som følge av undertrykkelse nødsituasjoner forårsaket spesielt av vannhammer, som ofte skjer ved bruk av en uregulert elektrisk drift (det er bevist at levetiden til utstyret øker med minst 1,5 ganger);

Oppnå visse varmebesparelser i varmtvannsforsyningssystemer ved å redusere tap av varmebærende vann;

Øk trykket over normalt om nødvendig;

Automatiser vannforsyningssystemet omfattende, og reduser dermed fondet lønn service- og vaktpersonell, og eliminere innflytelsen fra den "menneskelige faktoren" på driften av systemet, noe som også er viktig. I følge estimater av allerede gjennomførte prosjekter er tilbakebetalingstiden for prosjektet med å introdusere frekvensomformere 1-2 år.

Energitap ved motorbremsing

I mange installasjoner har en justerbar elektrisk stasjon i oppgave ikke bare å jevnt regulere dreiemomentet og rotasjonshastigheten til den elektriske motoren, men også med oppgaven å bremse og bremse elementene i installasjonen. Klassisk løsning En slik oppgave er et drivsystem med en asynkronmotor med en frekvensomformer utstyrt med en bremsebryter med en bremsemotstand.

I dette tilfellet, i retardasjons-/bremsingsmodus, fungerer den elektriske motoren som en generator, og konverterer mekanisk energi til elektrisk energi, som til slutt spres av bremsemotstanden. Typiske installasjoner der akselerasjonssykluser veksler med retardasjonssykluser er taljer, heiser, sentrifuger, viklingsmaskiner, etc.

Imidlertid er det for øyeblikket allerede frekvensomformere med en innebygd recuperator, som lar deg returnere energien mottatt fra motoren som kjører i bremsemodus, tilbake til nettverket. Det er også interessant at for et visst effektområde er kostnadene ved å installere en frekvensomformer med bremsemotstander ofte sammenlignbare med kostnadene ved å installere en frekvensomformer med innebygd rekuperator, selv uten å ta hensyn til den sparte strømmen.

I dette tilfellet begynner installasjonen å "tjene penger" nesten umiddelbart etter igangkjøring.

Vi produserer og selger frekvensomformere:
Priser for frekvensomformere (21.01.16):
Frekvensdrivere én fase i tre:
Modell Strøm Pris
CFM110 0,25 kW 2300 UAH
CFM110 0,37 kW 2400 UAH
CFM110 0,55kW 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 (den eneste frekvensgeneratoren på markedet 220 v 380 med en effekt på 7,5 kW)

Frekvensgeneratorer 380V tre faser i tre:
CFM310 4,0 kW 6800 UAH
CFM310 5,5 kW 7500 UAH
CFM310 7,5 kW 8500 UAH
Kontakter for bestillinger av frekvensomformere:
+38 050 4571330
chastotnik@site

En moderne frekvensstyrt elektrisk drift består av en asynkron eller synkron elektrisk motor og en frekvensomformer (se fig. 1.).

En elektrisk motor konverterer elektrisk energi til

mekanisk energi og setter i bevegelse utøvende organ teknologisk mekanisme.

Frekvensomformeren styrer den elektriske motoren og er en elektronisk statisk enhet. En elektrisk spenning med variabel amplitude og frekvens genereres ved utgangen til omformeren.

Navnet "elektrisk drift med variabel frekvens" skyldes det faktum at motorrotasjonshastigheten styres ved å endre frekvensen til forsyningsspenningen som tilføres motoren fra en frekvensomformer.

I løpet av de siste 10-15 årene har verden sett en utbredt og vellykket introduksjon av elektriske frekvensomformere med variabel frekvens for å løse ulike teknologiske problemer i mange sektorer av økonomien. Dette forklares først og fremst av utviklingen og opprettelsen av frekvensomformere basert på en fundamentalt ny elementbase, hovedsakelig basert på bipolare transistorer med en isolert port IGBT.

Denne artikkelen beskriver kort hvilke typer frekvensomformere som er kjent i dag og som brukes i elektriske frekvensomformere med variabel frekvens, kontrollmetodene implementert i dem, deres funksjoner og egenskaper.

I videre diskusjoner vil vi snakke om en trefaset frekvensstyrt elektrisk drift, siden den har den største industrielle anvendelsen.

Om ledelsesmetoder

I synkron elektrisk motor rotorhastighet inn

steady state er lik rotasjonshastigheten magnetisk felt stator.

I en asynkron elektrisk motor er rotorhastigheten

i steady state skiller seg fra rotasjonshastigheten med mengden slip.

Rotasjonsfrekvensen til magnetfeltet avhenger av frekvensen til forsyningsspenningen.

Når statorviklingen til en elektrisk motor forsynes med trefasespenning ved frekvens, dannes et roterende magnetfelt. Rotasjonshastigheten til dette feltet bestemmes av den velkjente formelen

hvor er antall statorpolpar.

Overgangen fra feltrotasjonshastigheten, målt i radianer, til rotasjonsfrekvensen, uttrykt i omdreininger per minutt, utføres ved hjelp av følgende formel

hvor 60 er dimensjonsomregningsfaktoren.

Ved å erstatte feltrotasjonshastigheten i denne ligningen, får vi det

Dermed avhenger rotorhastigheten til synkrone og asynkrone motorer av frekvensen til forsyningsspenningen.

Frekvensreguleringsmetoden er basert på denne avhengigheten.

Ved å endre frekvensen på motorinngangen ved hjelp av en omformer, regulerer vi rotorhastigheten.

I de vanligste frekvensomformere basert asynkrone motorer med en ekorn-burrotor brukes skalar- og vektorfrekvenskontroll.

Med skalarkontroll endres amplituden og frekvensen til spenningen som påføres motoren i henhold til en viss lov. En endring i frekvensen til forsyningsspenningen fører til et avvik fra de beregnede verdiene for motorens maksimale og startmoment, effektivitet og effektfaktor. Derfor, for å opprettholde de nødvendige motorytelsesegenskapene, er det nødvendig å samtidig endre spenningsamplituden med en endring i frekvensen.

I eksisterende frekvensomformere, med skalarstyring, holdes forholdet mellom maksimalt motormoment og motstandsmomentet på akselen oftest konstant. Det vil si at når frekvensen endres, endres spenningsamplituden på en slik måte at forholdet mellom det maksimale motormomentet og det nåværende lastmomentet forblir uendret. Dette forholdet kalles overbelastningskapasiteten til motoren.

Ved konstant overbelastningskapasitet, nominell effektfaktor og effektivitet av motoren over hele området for rotasjonshastighetskontroll praktisk talt ikke endres.

Maksimalt dreiemoment utviklet av motoren bestemmes av følgende forhold

hvor er en konstant koeffisient.

Derfor er avhengigheten av forsyningsspenningen på frekvensen bestemt av arten av belastningen på den elektriske motorakselen.

For et konstant belastningsmoment opprettholdes forholdet U/f = const, og det maksimale motormomentet er faktisk sikret å holde seg konstant. Arten av avhengigheten av forsyningsspenningen på frekvensen for etuiet med konstant belastningsmoment er vist i fig. 2. Helningsvinkelen til den rette linjen på grafen avhenger av verdiene til motstandsmomentet og motorens maksimale dreiemoment.

Samtidig, ved lave frekvenser, fra en viss frekvensverdi, begynner det maksimale motormomentet å falle. For å kompensere for dette og for å øke startmomentet, brukes en økning i forsyningsspenningsnivået.

Ved viftebelastning realiseres avhengigheten U/f2 = const. Arten av avhengigheten av forsyningsspenningen på frekvensen for dette tilfellet er vist i fig. 3. Ved regulering i lavfrekvensområdet synker også maksimalt dreiemoment, men for av denne typen belastningen er ikke kritisk.

Ved å bruke avhengigheten av det maksimale dreiemomentet på spenning og frekvens, kan du plotte en graf av U mot f for enhver type belastning.

En viktig fordel med skalarmetoden er muligheten til å kontrollere en gruppe elektriske motorer samtidig.

Skalarkontroll er tilstrekkelig for de fleste praktiske anvendelser av frekvensomformere med et motorhastighetskontrollområde på opptil 1:40.

Vektorkontroll lar deg øke kontrollområdet betydelig, kontrollere nøyaktigheten og øke hastigheten på den elektriske stasjonen. Denne metoden gir direkte kontroll av motorens dreiemoment.

Dreiemomentet bestemmes av statorstrømmen, som skaper et spennende magnetfelt. Med direkte momentkontroll

Det er nødvendig å endre, i tillegg til amplituden og fasen til statorstrømmen, det vil si strømvektoren. Det er her begrepet "vektorkontroll" kommer fra.

For å kontrollere strømvektoren, og følgelig posisjonen til statorens magnetiske fluks i forhold til den roterende rotoren, er det nødvendig å vite den nøyaktige posisjonen til rotoren til enhver tid. Problemet løses enten ved hjelp av en ekstern rotorposisjonssensor, eller ved å bestemme rotorposisjonen ved beregninger ved bruk av andre motorparametere. Strømmene og spenningene til statorviklingene brukes som disse parameterne.

Billigere er en frekvensomformer med vektorstyring uten sensor. tilbakemelding hastighet, men vektorkontroll krever et stort volum og høy hastighet på beregninger fra frekvensomformeren.

I tillegg, for direkte dreiemomentkontroll ved lave, nær null rotasjonshastigheter, er drift av en frekvensstyrt elektrisk drivenhet uten turtallstilbakemelding umulig.

Vektorkontroll med en hastighetstilbakemeldingssensor gir et kontrollområde på opptil 1:1000 og høyere, hastighetskontrollnøyaktigheten er hundredeler av prosent, momentnøyaktigheten er noen få prosent.

En synkron frekvensomformer bruker de samme kontrollmetodene som en asynkron frekvensomformer.

Men i sin rene form brukes frekvensstyring av rotasjonshastigheten til synkronmotorer bare ved lave effekter, når belastningsmomentene er små og tregheten til drivmekanismen er lav. Ved høye effekter er det kun en frekvensomformer med viftebelastning som oppfyller disse betingelsene. I tilfeller med andre typer belastning kan motoren falle ut av synkronisme.

For synkrone elektriske stasjoner høy effekt Frekvenskontrollmetoden med selvsynkronisering brukes, som eliminerer at motoren faller ut av synkronisme. Det særegne ved metoden er at frekvensomformeren styres i strengt samsvar med posisjonen til motorrotoren.

En frekvensomformer er en enhet designet for å konvertere vekselstrøm (spenning) av en frekvens til vekselstrøm (spenning) av en annen frekvens.

Utgangsfrekvensen i moderne omformere kan variere over et bredt område og være både høyere og lavere enn forsyningsnettets frekvens.

Kretsen til enhver frekvensomformer består av strøm- og kontrolldeler. Strømdelen til omformerne er vanligvis laget av tyristorer eller transistorer som fungerer i elektronisk brytermodus. Kontrolldelen utføres på digitale mikroprosessorer og gir kontroll over kraften
elektroniske nøkler, samt løse et stort antall hjelpeoppgaver (overvåking, diagnostikk, beskyttelse).

Frekvensomformere,

brukes i regulert

Elektriske stasjoner, avhengig av kraftstasjonens struktur og driftsprinsipp, er delt inn i to klasser:

1. Frekvensomformere med en klart definert mellomliggende DC-link.

2. Frekvensomformere med direkte kobling (uten mellomliggende DC-link).

Hver av de eksisterende klassene av omformere har sine egne fordeler og ulemper, som bestemmer området for rasjonell anvendelse av hver av dem.

Historisk sett var direktekoblingsomformere de første som dukket opp.

(Fig. 4.), hvor kraftdelen er en kontrollert likeretter og er laget av ikke-låsbare tyristorer. Kontrollsystemet låser vekselvis opp gruppene av tyristorer og kobler statorviklingene til motoren til strømforsyningsnettverket.

Dermed dannes utgangsspenningen til omformeren fra "cut out"-seksjonene til inngangsspenningens sinusoider. I fig.5. viser et eksempel på generering av utgangsspenningen for en av belastningsfasene. Ved inngangen til omformeren er det en trefase sinusformet spenning ia, iv, is. Utgangsspenningen iv1x har en ikke-sinusformet "sagtann"-form, som betinget kan tilnærmes med en sinusformet (fortykket linje). Figuren viser at frekvensen til utgangsspenningen ikke kan være lik eller høyere enn frekvensen til forsyningsnettet. Den varierer fra 0 til 30 Hz. Som en konsekvens er motorhastighetskontrollområdet lite (ikke mer enn 1:10). Denne begrensningen tillater ikke bruk av slike omformere i moderne frekvensstyrte frekvensomformere med et bredt spekter av regulering av teknologiske parametere.

Bruk av ikke-låsbare tyristorer krever relativt komplekse systemer kontroller som øker kostnadene for omformeren.

Den "kuttede" sinusoiden ved utgangen til omformeren er en kilde til høyere harmoniske, som forårsaker ytterligere tap i den elektriske motoren, overoppheting elektrisk maskin, dreiemomentreduksjon, veldig sterk interferens i forsyningsnettet. Bruken av kompenserende enheter fører til en økning i kostnad, vekt, dimensjoner og en reduksjon i effektivitet. systemene som helhet.

Sammen med de listede ulempene med direktekoblingsomformere har de visse fordeler. Disse inkluderer:

Nesten mest høy effektivitet i forhold til andre omformere (98,5 % og over),

Evne til å jobbe med høye spenninger og strømmer, som gjør det mulig å bruke dem i kraftige høyspentdrev,

Relativt billig, til tross for økningen i absolutte kostnader på grunn av kontrollkretser og tilleggsutstyr.

Lignende omformerkretser brukes i gamle stasjoner og nye design er praktisk talt ikke utviklet.

De mest brukte i moderne frekvensstyrte omformere er omformere med en klart definert DC-link (fig. 6.).

Konvertere av denne klassen bruker dobbel konvertering elektrisk energi: en sinusformet inngangsspenning med konstant amplitude og frekvens likerettes i en likeretter (V), filtreres av et filter (F), jevnes ut og deretter omdannes igjen av en omformer (I) til en vekselspenning med variabel frekvens og amplitude. Dobbel energikonvertering fører til en reduksjon i effektiviteten. og til noe forringelse av vekt- og størrelsesindikatorer i forhold til omformere med direkte kopling.

For å generere sinusformet vekselspenning brukes autonome spenningsomformere og autonome strømomformere.

Låsbare tyristorer GTO og deres forbedrede modifikasjoner GCT, IGCT, SGCT og isolerte gate bipolare transistorer IGBT brukes som elektroniske brytere i invertere.

Hovedfordelen med tyristorfrekvensomformere, som i en direktekoblet krets, er evnen til å jobbe med høye strømmer og spenninger, samtidig som den tåler kontinuerlig belastning og pulseffekter.

De har en høyere effektivitet (opptil 98%) sammenlignet med omformere basert på IGBT-transistorer (95 - 98%).

Frekvensomformere basert på tyristorer har i dag en dominerende posisjon innen høyspentdrifter i effektområdet fra hundrevis av kilowatt til titalls megawatt med en utgangsspenning på 3 - 10 kV og høyere. Prisen per kW utgangseffekt er imidlertid den høyeste i klassen høyspenningsomformere.

Inntil nylig utgjorde GTO-frekvensomformere en stor andel i lavspenningsindustrien med variabel frekvens. Men med bruken av IGBT-transistorer, " naturlig utvalg"og i dag er omformere basert på dem generelt anerkjente ledere innen lavspente variabel frekvensomformere.

Tyristoren er en halvkontrollert enhet: for å slå den på er det nok å påføre en kort puls til kontrollterminalen, men for å slå den av må du enten bruke en omvendt spenning på den eller redusere den svitsjede strømmen til null. Til
Dette krever et komplekst og tungvint kontrollsystem i en tyristor frekvensomformer.

IGBT bipolare transistorer skiller seg fra tyristorer ved fullstendig kontrollerbarhet, et enkelt lavenergikontrollsystem og den høyeste driftsfrekvensen.

Som et resultat gjør IGBT-frekvensomformere det mulig å utvide kontrollområdet for motorrotasjonshastighet og øke hastigheten til frekvensomformeren som helhet.

For en asynkron elektrisk drift med vektorstyring tillater IGBT-omformere drift kl lave hastigheter uten tilbakemeldingssensor.

Anvendelse av IGBT med mer høy frekvens svitsjing i forbindelse med et mikroprosessorkontrollsystem i frekvensomformere reduserer nivået av høyere harmoniske karakteristiske for tyristoromformere. Som et resultat er det lavere ytterligere tap i viklingene og magnetkretsen til den elektriske motoren, redusert oppvarming av den elektriske maskinen, reduserte dreiemomentpulsasjoner og eliminering av den såkalte "gang" av rotoren i lavfrekvensområdet . Tap i transformatorer og kondensatorbanker reduseres, deres levetid og ledningsisolasjon økes, antall falske alarmer for beskyttelsesenheter og feilene til induksjonsmåleinstrumenter reduseres.

Omformere basert på IGBT-transistorer, sammenlignet med tyristoromformere med samme utgangseffekt, kjennetegnes ved mindre dimensjoner, vekt, økt pålitelighet på grunn av den modulære utformingen av elektroniske brytere, bedre varmefjerning fra overflaten av modulen og et mindre antall strukturelle elementer.

De gir mer fullstendig beskyttelse mot strømstøt og overspenning, noe som betydelig reduserer sannsynligheten for feil og skade på den elektriske stasjonen.

For tiden har lavspente IGBT-omformere flere høy pris per enhet utgangseffekt, på grunn av den relative kompleksiteten ved å produsere transistormoduler. Men når det gjelder pris/kvalitetsforhold, basert på de listede fordelene, overgår de i tillegg tyristoromformere i løpet av siste årene Det har vært en jevn nedgang i prisene på IGBT-moduler.

Hovedhindringen for bruk i høyspentdrev med direkte frekvensomforming og ved effekter over 1 - 2 MW er for tiden teknologiske begrensninger. En økning i koblingsspenning og driftsstrøm fører til en økning i størrelsen på transistormodulen og krever også mer effektiv varmefjerning fra silisiumkrystallen.

Nye bipolare transistorteknologier er rettet mot å overvinne disse begrensningene, og utsiktene for IGBT-applikasjoner er også svært høye i høyspenningsdrev. For tiden brukes IGBT-transistorer i høyspenningsomformere i form av flere seriekoblede

Struktur og prinsipp for drift av en lavspent frekvensomformer basert på GBT transistorer

En typisk krets for en lavspent frekvensomformer er vist i fig. 7. Den nedre delen av figuren viser grafer over spenninger og strømmer ved utgangen til hvert element i omformeren.

Vekselspenningen til forsyningsnettet (IV) med konstant amplitude og frekvens (UEx = const, f^ = const) tilføres en kontrollert eller ukontrollert likeretter (1).

For å jevne ut krusningene til den likerettede spenningen (og likerettet), brukes et filter (2). Likeretteren og det kapasitive filteret (2) danner DC-forbindelsen.

Fra utgangen til filteret tilføres en konstant spenning ud til inngangen til en autonom pulsomformer (3).

Den autonome omformeren til moderne lavspenningsomformere, som nevnt, er basert på bipolare krafttransistorer med en isolert port IGBT. Den aktuelle figuren viser en frekvensomformerkrets med en autonom spenningsomformer som den mest brukte.

Omformeren konverterer likespenning ud til trefase (eller enfase) pulsspenning og variabel amplitude og frekvens. Basert på signaler fra kontrollsystemet er hver vikling av den elektriske motoren koblet gjennom de tilsvarende inverterkrafttransistorene til de positive og negative polene til DC-koblingen.

Varigheten av tilkobling av hver vikling innenfor pulsrepetisjonsperioden moduleres i henhold til en sinusformet lov. Den største pulsbredden tilveiebringes i midten av halvsyklusen, og avtar mot begynnelsen og slutten av halvsyklusen. Dermed gir kontrollsystemet pulsbreddemodulasjon (PWM) av spenningen som påføres motorviklingene. Spenningsamplituden og frekvensen bestemmes av parametrene til den modulerende sinusformede funksjonen.

Ved høye PWM-bærefrekvenser (2 ... 15 kHz) fungerer motorviklingene som et filter på grunn av deres høye induktans. Derfor flyter nesten sinusformede strømmer i dem.

I omformerkretser med kontrollert likeretter (1) kan en endring i spenningsamplituden uH oppnås ved å regulere verdien av konstantspenningen ud, og en endring i frekvensen kan oppnås ved å regulere driftsmodusen til omformeren.

Om nødvendig installeres et filter (4) ved utgangen til den autonome omformeren for å jevne ut strømbølger. (I IGBT-omformerkretser, på grunn av det lave nivået av høyere harmoniske i utgangsspenningen, er det praktisk talt ikke behov for et filter.)

Ved utgangen av frekvensomformeren dannes det således en trefaset (eller enfaset) vekselspenning med variabel frekvens og amplitude (iout = var, ^out = var).

De siste årene har mange bedrifter, diktert av markedsbehov, lagt stor vekt på utvikling og etablering av høyspente frekvensomformere. Den nødvendige utgangsspenningen til en frekvensomformer for en høyspent elektrisk stasjon når 10 kV og høyere med en effekt på opptil flere titalls megawatt.

For slike spenninger og krefter brukes svært kostbare tyristorkraftenheter under direkte frekvenskonvertering. elektroniske nøkler med komplekse kontrollkretser. Omformeren er koblet til nettverket enten gjennom en inngangsstrømbegrensende reaktor eller gjennom en matchende transformator.

Den maksimale spenningen og strømmen til en enkelt elektronisk bryter er begrenset, derfor brukes spesielle kretsløsninger for å øke utgangsspenningen til omformeren. I tillegg gjør dette det mulig å redusere de totale kostnadene for høyspente frekvensomformere ved bruk av elektroniske lavspente brytere.

Følgende kretsløsninger brukes i frekvensomformere fra ulike produsenter.

I omformerkretsen (fig. 8.) utføres dobbelspenningstransformasjon ved hjelp av nedtrapping (T1) og opptrapping (T2) høyspenningstransformatorer.

Dobbel transformasjon lar deg bruke Fig. 9 for frekvensregulering Relativt billig

lavspent frekvensomformer, hvis struktur er vist i fig. 7.

Omformerne utmerker seg ved deres relativt lave kostnader og enkle praktiske implementering. Som et resultat brukes de oftest til å kontrollere høyspente elektriske motorer i effektområdet opptil 1 - 1,5 MW. Med en høyere kraft til den elektriske stasjonen, introduserer transformator T2 betydelige forvrengninger i prosessen med å kontrollere den elektriske motoren. De viktigste ulempene med to-transformatoromformere er høy vekt og størrelsesegenskaper, lavere effektivitet sammenlignet med andre ordninger (93 - 96%) og pålitelighet.

Omformere laget i henhold til dette skjemaet har et begrenset utvalg av motorhastighetskontroll både over og under nominell frekvens.

Når frekvensen ved utgangen til omformeren avtar, øker metningen av kjernen og designdriftsmodusen til utgangstransformatoren T2 blir forstyrret. Derfor, som praksis viser, er reguleringsområdet begrenset til Pnom>P>0,5Pnom. For å utvide kontrollområdet brukes transformatorer med økt tverrsnitt av magnetkjernen, men dette øker kostnadene, vekten og dimensjonene.

Når utgangsfrekvensen øker, øker tap i kjernen til transformator T2 på grunn av magnetiseringsreversering og virvelstrømmer.

I frekvensomformere med en effekt på mer enn 1 MW og en lavspentspenning på 0,4 - 0,6 kV må kabeltverrsnittet mellom frekvensomformeren og lavspenningsviklingen til transformatorene utformes for strøm opp til kiloampere, som øker vekten på omformeren.

For å øke driftsspenningen til frekvensomformeren er elektroniske brytere koblet i serie (se fig. 9.).

Antall elementer i hver arm bestemmes av driftsspenningen og typen element.

Hovedproblemet for denne ordningen er den strenge koordineringen av driften av elektroniske nøkler.

Halvlederelementer, produsert selv i samme batch, har en spredning av parametere, så oppgaven med å koordinere driften deres over tid er veldig akutt. Hvis ett av elementene åpner sent eller lukkes før de andre, vil fullarmspenningen påføres det og det vil svikte.

For å redusere nivået av høyere harmoniske og forbedre elektromagnetisk kompatibilitet, brukes multipulsomformerkretser. Koordinering av omformeren med forsyningsnettverket utføres ved hjelp av flerviklingsmatchende transformatorer T.

I fig.9. viser en 6-puls krets med en to-viklings matchende transformator. I praksis er det 12, 18, 24 pulsskjemaer

omformere. Antall sekundære viklinger av transformatorer i disse kretsene er henholdsvis 2, 3, 4.

Kretsen er mest vanlig for omformere med høy spenning og høy effekt. Omformerne har noen av de beste spesifikke vekt- og størrelsesindikatorene, området for utgangsfrekvensendringer er fra 0 til 250-300 Hz, effektiviteten til omformerne når 97,5%.

3. Omformerkrets med flerviklingstransformator

Strømkretsen til omformeren (fig. 10.) består av en flerviklingstransformator og elektroniske omformerceller. Antall sekundærviklinger til transformatorer i kjente kretser når 18. Sekundærviklingene er elektrisk forskjøvet i forhold til hverandre.

Dette tillater bruk av lavspente inverterceller. Cellen er laget i henhold til følgende skjema: en ukontrollert trefase likeretter, et kapasitivt filter, en enfaset omformer som bruker IGBT-transistorer.

Celleutgangene er koblet i serie. I det viste eksemplet inneholder hver motoreffektfase tre celler.

Når det gjelder deres egenskaper, er omformerne nærmere en krets med sekvensiell tilkobling av elektroniske nøkler.

Variabel frekvensomformer

Variable Frequency Drive (VFD)- kontrollsystem for rotasjonshastigheten til en asynkron (synkron) elektrisk motor. Den består av selve den elektriske motoren og en frekvensomformer.

En frekvensomformer (frekvensomformer) er en enhet som består av en likeretter (DC-bro) som konverterer vekselstrøm av industriell frekvens til likestrøm og en vekselretter (omformer) (noen ganger med PWM) som konverterer likestrøm til vekselstrøm med ønsket frekvens og amplitude. Utgangstyristorer (GTO) eller induktor, og for å redusere elektromagnetisk interferens - et EMC-filter.

Søknad

VFD-er brukes i transportsystemer, skjæremaskiner, styring av drev av blandere, pumper, vifter, kompressorer, etc. VFD-er har funnet en plass i husholdningsklimaanlegg. VFD-er blir stadig mer populære i urban elektrisk transport, spesielt i trolleybusser. Applikasjonen tillater:

• forbedre kontrollnøyaktigheten
• redusere energiforbruket ved variabel belastning.

Anvendelse av frekvensomformere på pumpestasjoner

Den klassiske metoden for å kontrollere tilførselen av pumpeenheter innebærer å strupe trykkledningene og regulere antall driftsenheter i henhold til en teknisk parameter (for eksempel trykk i rørledningen). I dette tilfellet velges pumpeenheter basert på visse designegenskaper (vanligvis oppover) og opererer konstant i en gitt modus med konstant rotasjonshastighet, uten å ta hensyn til svingninger i strømningshastigheter og trykk forårsaket av variabelt vannforbruk. De. med enkle ord, selv når det ikke kreves noen betydelig innsats, fortsetter pumpene å operere i det angitte driftstempoet, mens de bruker en betydelig mengde elektrisitet. Dette skjer for eksempel om natten, når vannforbruket synker kraftig.

Fødselen til den justerbare elektriske stasjonen gjorde det mulig å gå fra motsatt retning i teknologien til forsyningssystemet: nå er det ikke pumpeenheten som dikterer forholdene, men egenskapene til selve rørledningene. Elektriske frekvensomformere med variabel frekvens med asynkrone elektriske motorer for generell industriell bruk er mye brukt i verdenspraksis. Frekvenskontroll av akselrotasjonshastigheten til en asynkronmotor utføres ved hjelp av en elektronisk enhet, som vanligvis kalles en frekvensomformer. Ovennevnte effekt oppnås ved å endre frekvensen og amplituden til den trefasede spenningen som leveres til den elektriske motoren. Ved å endre parametrene til forsyningsspenningen (frekvenskontroll), kan du dermed gjøre motorrotasjonshastigheten både lavere og høyere enn den nominelle.

Frekvenskonverteringsmetoden er basert på følgende prinsipp. Vanligvis er den industrielle nettverksfrekvensen 50 Hz. La oss for eksempel ta en pumpe med en to-polet elektrisk motor. Ved denne nettverksfrekvensen er motorrotasjonshastigheten 3000 (50 Hz x 60 sek) omdreininger per minutt og gir utgangen til pumpeenheten det nominelle trykket og ytelsen (siden dette er dens nominelle parametere, i henhold til passet). Hvis du ved å bruke en frekvensomformer reduserer frekvensen til vekselspenningen som leveres til den, vil motorens rotasjonshastighet reduseres tilsvarende, og følgelig vil trykket og ytelsen til pumpeenheten endres. Informasjon om trykket i nettverket leveres til frekvensomformerenheten ved hjelp av en spesiell trykksensor installert i rørledningen, basert på disse dataene, endrer omformeren frekvensen som leveres til motoren.

Den moderne frekvensomformeren har et kompakt design, et støv- og fuktsikkert hus, og et brukervennlig grensesnitt, som gjør at den kan brukes under de vanskeligste forhold og problematiske miljøer. Effektområdet er svært bredt og varierer fra 0,4 til 500 kW eller mer med en standard strømforsyning på 220/380 V og 50-60 Hz. Praksis viser at bruk av frekvensomformere på pumpestasjoner tillater:

Spar energi ved å justere driften av den elektriske stasjonen avhengig av faktisk vannforbruk (spareeffekt på 20-50%);

Reduser vannforbruket ved å redusere lekkasjer når trykket i hovedledningen overskrides, når vannforbruket faktisk er lite (med gjennomsnittlig 5 %);

Reduser kostnadene for forebyggende og overhalingsreparasjoner av strukturer og utstyr (hele vannforsyningsinfrastrukturen), som følge av å undertrykke nødsituasjoner forårsaket spesielt av vannslag, som ofte skjer ved bruk av en uregulert elektrisk drift (det er bevist at tjenesten levetiden til utstyret øker med minst 1,5 ganger);

Oppnå visse varmebesparelser i varmtvannsforsyningssystemer ved å redusere tap av varmebærende vann;

Øk trykket over normalt om nødvendig;

Automatiser vannforsyningssystemet omfattende, og reduser derved lønnen til service- og tjenestepersonell, og eliminer påvirkningen fra den "menneskelige faktoren" på driften av systemet, som også er viktig. I følge estimater av allerede gjennomførte prosjekter er tilbakebetalingstiden for prosjektet med å introdusere frekvensomformere 1-2 år.

Energitap ved motorbremsing

I mange installasjoner har en justerbar elektrisk stasjon i oppgave ikke bare å jevnt regulere dreiemomentet og rotasjonshastigheten til den elektriske motoren, men også med oppgaven å bremse og bremse elementene i installasjonen. Den klassiske løsningen på dette problemet er et drivsystem med en asynkronmotor med en frekvensomformer utstyrt med en bremsebryter med en bremsemotstand.

I dette tilfellet, i retardasjons-/bremsingsmodus, fungerer den elektriske motoren som en generator, og konverterer mekanisk energi til elektrisk energi, som til slutt spres av bremsemotstanden. Typiske installasjoner der akselerasjonssykluser veksler med retardasjonssykluser er taljer, heiser, sentrifuger, viklingsmaskiner, etc.

Imidlertid er det for øyeblikket allerede frekvensomformere med en innebygd recuperator, som lar deg returnere energien mottatt fra motoren som kjører i bremsemodus, tilbake til nettverket. Det er også interessant at for et visst effektområde er kostnadene ved å installere en frekvensomformer med bremsemotstander ofte sammenlignbare med kostnadene ved å installere en frekvensomformer med innebygd rekuperator, selv uten å ta hensyn til den sparte strømmen.

I dette tilfellet begynner installasjonen å "tjene penger" nesten umiddelbart etter igangkjøring.

Produsenter

• STC "Drive Technology", varemerke "Momentum" (Chelyabinsk)

Se også

Eksterne lenker

Wikimedia Foundation.

2010.

Variabel frekvensomformer (variabel frekvensomformer, VFD) er et system for å kontrollere rotasjonshastigheten til en asynkron (synkron) elektrisk motor. Den består av selve den elektriske motoren og en frekvensomformer... Wikipedia

Drive: I mekanikk er en drivenhet (også en kraftstasjon) et sett med enheter designet for å drive maskiner. Består av en motor, girkasse og kontrollsystem. Det er gruppestasjoner (for flere maskiner) og... ... Wikipedia

2010.

- (forkortet elektrisk stasjon) er et elektromekanisk system for å drive aktuatorene til arbeidsmaskiner og kontrollere denne bevegelsen for å implementere den teknologiske prosessen. Moderne elektrisk stasjon ... ... Wikipedia

Dette begrepet har andre betydninger, se Frekvensomformer. Denne artikkelen bør være Wikified. Vennligst formater den i henhold til reglene for formatering av artikler... Wikipedia

For å forbedre denne artikkelen, er det tilrådelig?: Legg til interwiki innenfor rammen av Interwiki-prosjektet. Finn og ordne i form av fotnoter lenker til autoritative kilder som bekrefter det som er skrevet... Wikipedia

Denne artikkelen bør være Wikified. Vennligst formater den i henhold til reglene for formatering av artikler... Wikipedia

Regulering av en frekvensomformer gjør det mulig, ved hjelp av en spesiell omformer, fleksibelt å endre driftsmodusene til den elektriske motoren: start, stopp, akselerer, brems, endre rotasjonshastigheten.

En endring i frekvensen til forsyningsspenningen fører til en endring i vinkelhastigheten til statormagnetfeltet. Når frekvensen synker, reduseres motoren og slipingen øker.

Driftsprinsippet til drivfrekvensomformeren Den største ulempen med asynkronmotorer er vanskeligheten med hastighetskontroll tradisjonelle måter : endring av forsyningsspenningen og innføring av ekstra motstand i viklingskretsen. Frekvensdriften til den elektriske motoren er mer avansert. Inntil nylig var omformere dyre, men bruken av IGBT-transistorer og mikroprosessorkontrollsystemer gjorde det mulig utenlandske produsenter

lage rimelige enheter. De mest avanserte nå er statiske

Vinkelhastigheten til statormagnetfeltet ω 0 endres proporsjonalt med frekvensen ƒ 1 i samsvar med formelen:

ω 0 = 2π׃ 1 /p,

hvor p er antall polpar.

Metoden gir jevn hastighetskontroll. I dette tilfellet øker ikke glidehastigheten til motoren. energiindikatorer motor - effektivitet, effektfaktor og overbelastningskapasitet, sammen med frekvens, endrer forsyningsspenningen i henhold til visse avhengigheter:

• konstant lastmoment - U 1 / ƒ 1 = konstant;
• viftekarakteren til lastmomentet - U 1 / ƒ 1 2 = const;
• lastmoment, omvendt proporsjonal med hastighet - U 1 /√ ƒ 1 = konst.

Disse funksjonene implementeres ved hjelp av en omformer som samtidig endrer frekvensen og spenningen på motorstatoren. Elektrisitet spares gjennom regulering ved hjelp av den nødvendige teknologiske parameteren: pumpetrykk, vifteytelse, maskinens matehastighet osv. I dette tilfellet endres parameterne jevnt.

Metoder for frekvenskontroll av asynkrone og synkrone elektriske motorer

I en frekvensstyrt drift basert på asynkronmotorer med en ekorn-burrotor, brukes to kontrollmetoder - skalar og vektor. I det første tilfellet endres amplituden og frekvensen til forsyningsspenningen samtidig.

Dette er nødvendig for å opprettholde driftsegenskapene til motoren, oftest et konstant forhold mellom dets maksimale dreiemoment og motstandsmomentet på akselen. Som et resultat forblir effektivitet og effektfaktor uendret gjennom hele rotasjonsområdet.

Vektorstyring består i å samtidig endre amplituden og fasen til strømmen på statoren.

Frekvensomformertypen fungerer bare ved små belastninger, når de øker over akseptable verdier synkroniteten kan bli forstyrret.

Fordeler med frekvensomformer

Frekvensregulering har en hel rekke fordeler sammenlignet med andre metoder.

1. Automatisering av motordrift og produksjonsprosesser.
2. Myk start eliminering typiske feil som oppstår under motorakselerasjon. Øke påliteligheten til frekvensomformere og utstyr ved å redusere overbelastning.
3. Økt driftseffektivitet og generell kjøreytelse.
4. Å skape en konstant motorhastighet uavhengig av belastningens art, noe som er viktig under forbigående prosesser. Bruken av tilbakemelding gjør det mulig å opprettholde et konstant motorturtall under ulike forstyrrende påvirkninger, spesielt under variable belastninger.
5. Konverterne integreres enkelt i eksisterende tekniske systemer uten vesentlige endringer og stopp teknologiske prosesser. Utvalget av kapasiteter er stort, men etter hvert som de øker, øker prisene betydelig.
6. Evnen til å forlate variatorer, girkasser, choker og annet kontrollutstyr eller utvide bruksområdet. Dette gir betydelige energibesparelser.
7. Eliminering av de skadelige effektene av forbigående prosesser på teknologisk utstyr, for eksempel vannhammer eller økt væsketrykk i rørledninger med en reduksjon i forbruket om natten.

Feil

Som alle omformere er frekvensomformere kilder til interferens. De må installere filtre.

Merkeverdiene er høye. Den øker betydelig med økende kraft til enhetene.

Frekvenskontroll ved transport av væsker

Ved anlegg der vann og andre væsker pumpes, justeres strømningshastigheten det meste ved bruk av porter og ventiler. Foreløpig er en lovende retning bruken av en frekvensomformer til en pumpe eller vifte som driver bladene deres.

Bruk av frekvensomformer som alternativ til strupeventil gir en energibesparende effekt på opptil 75 %. Ventilen, mens den begrenser strømmen av væske, fungerer ikke nyttig arbeid. Samtidig øker tapet av energi og materie under transporten.

Frekvensomformeren gjør det mulig å opprettholde konstant trykk for forbrukeren når væskestrømningshastigheten endres. Et signal sendes fra trykksensoren til drevet, som endrer motorturtallet og dermed regulerer hastigheten, og opprettholder en gitt strømningshastighet.

Pumpeenheter styres ved å endre ytelsen. Strømforbruket til pumpen er en kubisk funksjon av ytelsen eller rotasjonshastigheten til hjulet. Hvis hastigheten reduseres med 2 ganger, vil pumpens ytelse synke med 8 ganger. Å ha en daglig tidsplan for vannforbruk lar deg bestemme energibesparelser for denne perioden hvis du kontrollerer en frekvensomformer. På grunn av det er det mulig å automatisere pumpestasjonen og dermed optimere vanntrykket i nettverkene.

Drift av ventilasjons- og klimaanlegg

Maksimal luftstrøm inn ventilasjonssystemer ikke alltid nødvendig. Driftsforholdene kan kreve redusert ytelse. Tradisjonelt brukes struping til dette, når hjulhastigheten holder seg konstant. Det er mer praktisk å endre luftstrømmen på grunn av en frekvensstyrt drift når sesongmessige og klimatiske forhold, frigjøring av varme, fuktighet, damper og skadelige gasser endres.

Energibesparelser i ventilasjons- og luftkondisjoneringsanlegg oppnås ikke lavere enn for pumpestasjoner, siden kraftforbruket til akselrotasjon er en kubikkfunksjon av omdreiningene.

Frekvensomformerenhet

En moderne frekvensomformer er designet med en dobbel omformerkrets. Den består av en likeretter og en pulsomformer med kontrollsystem.

Etter å ha rettet opp nettspenningen, jevnes signalet ut av et filter og føres til en omformer med seks transistorbrytere, hvor hver av dem er koblet til statorviklingene asynkron elektrisk motor. Blokken konverterer det likerettede signalet til et trefasesignal med den nødvendige frekvensen og amplitude. Effekt-IGBT-transistorene i utgangstrinnene har høy svitsjefrekvens og gir et klart, forvrengningsfritt firkantbølgesignal. På grunn av filtreringsegenskapene til motorviklingene forblir formen på strømkurven ved deres utgang sinusformet.

Metoder for justering av signalamplitude

Utgangsspenningsverdien reguleres av to metoder:

1. Amplitude - endring i spenningsverdi.
2. Pulsbreddemodulasjon er en metode for å konvertere et pulssignal der varigheten endres, men frekvensen forblir uendret. Her avhenger effekten av pulsbredden.

Den andre metoden brukes oftest i forbindelse med utvikling av mikroprosessorteknologi. Moderne omformere er laget basert på avslåtte GTO-tyristorer eller IGBT-transistorer.

Muligheter og applikasjoner til omformere

Frekvensomformeren har mange muligheter.

1. Regulering av frekvensen til trefase forsyningsspenning fra null til 400 Hz.
2. Akselerasjon eller bremsing av elmotoren fra 0,01 sek. opptil 50 min. i henhold til en gitt tidslov (vanligvis lineær). Under akselerasjon er det mulig ikke bare å redusere, men også å øke dynamiske og startmomenter med opptil 150%.
3. Reversering av motoren med spesifiserte bremse- og akselerasjonsmoduser til ønsket hastighet i den andre retningen.
4. Omformerne har konfigurerbar elektronisk beskyttelse mot kortslutning, overbelastning, jordlekkasjer og åpne motorstrømledninger.
5. De digitale displayene til omformerne viser data om deres parametere: frekvens, forsyningsspenning, hastighet, strøm, etc.
6. Omformerne justerer spennings-frekvenskarakteristikkene avhengig av nødvendig belastning på motorene. Funksjonene til kontrollsystemer basert på dem leveres av innebygde kontrollere.
7. For lave frekvenser er det viktig å bruke vektorstyring, som lar deg jobbe med hele dreiemomentet til motoren, opprettholde konstant hastighet når belastningene endres, og kontrollere dreiemomentet på akselen. En omformer med variabel frekvens fungerer bra hvis motorens navneskilt er angitt riktig og etter at den har blitt testet. Kjente produkter fra selskapene HYUNDAI, Sanyu, etc.

Bruksområdene til omformerne er som følger:

• pumper i varmt og kaldt vann og varmeforsyningssystemer;
• slurry, sand og masse pumper av prosessanlegg;
• transportsystemer: transportbånd, rullebord og andre midler;
• blandere, møller, knusemaskiner, ekstrudere, dispensere, matere;
• sentrifuger;
• heiser;
• metallurgisk utstyr;
• boreutstyr;
• elektriske drivverk for verktøymaskiner;
• gravemaskin- og kranutstyr, manipulatormekanismer.

Produsenter av frekvensomformere, anmeldelser

Den innenlandske produsenten har allerede begynt å produsere produkter som er egnet for brukere når det gjelder kvalitet og pris. Fordelen er muligheten til raskt å få ønsket enhet, samt detaljerte råd om oppsett.

selskap " Effektive systemer"produserer serieprodukter og pilotpartier av utstyr. Produktene brukes til husholdningsbruk, i småbedrifter og i industrien. Produsenten "Vesper" produserer syv serier med omformere, blant dem er det multifunksjonelle som passer for de fleste industrielle mekanismer.

Leder innen produksjon av frekvensomformere er det danske selskapet Danfoss. Produktene brukes i ventilasjon, klimaanlegg, vannforsyning og varmesystemer. Det finske selskapet Vacon, en del av det danske selskapet, produserer modulære design hvorfra du kan sette sammen de nødvendige enhetene uten unødvendige deler, noe som lar deg spare på komponenter. Omformere fra det internasjonale selskapet ABB er også kjent, brukt i industrien og i hverdagen.

Å dømme etter anmeldelsene, for å løse enkle typiske problemer kan du bruke billige innenlandske omformere, men for komplekse trenger du et merke med betydelig flere innstillinger.

Konklusjon

Frekvensomformeren styrer den elektriske motoren ved å endre frekvensen og amplituden til forsyningsspenningen, samtidig som den beskyttes mot feil: overbelastning, kortslutning, brudd i forsyningsnettet. Disse utfører tre hovedfunksjoner knyttet til akselerasjon, bremsing og motorhastighet. Dette gjør det mulig å øke effektiviteten til utstyr på mange teknologiområder.