Frequentieomvormer voor elektromotor

Technische aspecten van het gebruik van frequentieomvormers

Tegenwoordig is de asynchrone motor het belangrijkste apparaat geworden in de meeste elektrische aandrijvingen. Steeds vaker wordt een frequentieomvormer gebruikt voor de besturing - een omvormer met PWM-regeling. Een dergelijke controle geeft veel voordelen, maar levert ook enkele problemen op bij het kiezen van bepaalde technische oplossingen. Laten we proberen ze in meer detail te begrijpen.

Het apparaat van frequentieomvormers

De ontwikkeling en productie van een breed scala aan krachtige IGBT-hoogspanningstransistormodules maakte het mogelijk om meerfasige vermogensschakelaars te implementeren die direct worden bestuurd door digitale signalen. Programmeerbare rekenfaciliteiten maakten het mogelijk om numerieke reeksen te genereren op de schakelingangen die signalen leverden frequentieregeling van asynchrone elektromotoren… De ontwikkeling en massaproductie van single-chip microcontrollers met grote computerbronnen maakte de overgang naar servoaandrijvingen met digitale controllers mogelijk.

Vermogensfrequentieomvormers worden in de regel geïmplementeerd volgens een schema met een gelijkrichter op basis van krachtige diodes of vermogenstransistors en een omvormer (gecontroleerde schakelaar) op basis van IGBT-transistors geshunt door diodes (Fig. 1).

Rijst. 1. Frequentieomvormercircuit

De ingangstrap corrigeert de aangeboden sinusvormige netspanning, die na afvlakking met een inductief-capacitief filter als stroombron voor de gestuurde omvormer dient, die een signaal genereert met puls modulatie, die sinusvormige stromen in de statorwikkelingen genereert met parameters die de noodzakelijke bedrijfsmodus van de elektromotor bieden.

Digitale besturing van de vermogensomvormer wordt uitgevoerd met behulp van microprocessorhardware en -software die overeenkomt met de uit te voeren taken. De rekeneenheid genereert realtime stuursignalen voor 52 modules en verwerkt ook signalen van meetsystemen die de werking van de aandrijving aansturen.

Voedingen en besturingscomputers zijn gecombineerd in een structureel ontworpen industrieel product dat een frequentieomvormer wordt genoemd.

Er zijn twee hoofdtypen frequentieomvormers die worden gebruikt in industriële apparatuur:

• eigen converters voor specifieke soorten apparatuur.

• universele frequentieomvormers zijn ontworpen voor multifunctionele besturing van AM-werking in door de gebruiker gedefinieerde modi.

Het instellen en beheren van de bedrijfsmodi van de frequentieomvormer kan worden gedaan met behulp van het bedieningspaneel dat is uitgerust met een scherm waarop de ingevoerde informatie wordt weergegeven.Voor eenvoudige 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 feedbacksensorsignalen, is het noodzakelijk om een ​​ACS-structuur en een algoritme te ontwikkelen dat kan worden geprogrammeerd met behulp van een aangesloten externe computer.

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

Soorten stuursignalen

Het is noodzakelijk om onderscheid te maken tussen de verschillende soorten signalen en voor elk een aparte kabel te gebruiken. Verschillende soorten signalen kunnen elkaar beïnvloeden. In de praktijk komt deze scheiding veel voor om bijvoorbeeld een kabel uit te trekken druksensor kan rechtstreeks op de frequentieomvormer worden aangesloten.

In afb. 2 toont de aanbevolen manier om de frequentieomvormer aan te sluiten in de aanwezigheid van verschillende circuits en stuursignalen.

Rijst. 2. Een voorbeeld van het aansluiten van de vermogenscircuits en de 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 zelden verandert, meestal zijn dit stuur- of meetsignalen;

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

• digitaal (data) — spanningssignalen (0 … 5 V, 0 … 10 V) die snel en met een hoge frequentie veranderen, meestal zijn dit signalen van poorten RS232, RS485, 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 vertrouwd op het vermogen van de elektromotor, maar ook op de nominale stromen en spanningen van de omvormer en de motor. Het feit is dat het gespecificeerde vermogen van de frequentieomvormer alleen betrekking heeft op de werking ervan met een standaard 4-polige asynchrone motor in standaardtoepassingen.

Echte apparaten hebben veel aspecten die ervoor kunnen zorgen dat de huidige belasting van het apparaat toeneemt, bijvoorbeeld tijdens het opstarten. Door een frequentieomvormer te gebruiken, kunt u in principe de stroom en mechanische belastingen verminderen dankzij de zachte start. Zo wordt de aanloopstroom verlaagd van 600% naar 100-150% van de nominale stroom.

Rijd met een lagere snelheid

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

Elektromagnetische compabiliteit

Aangezien de frequentieomvormer een krachtige bron van hoogfrequente harmonischen is, moet een afgeschermde kabel van minimale lengte worden gebruikt om de motoren aan te sluiten. Een dergelijke kabel moet op een afstand van minimaal 100 mm van andere kabels worden gelegd.Dit minimaliseert kruisverhoor. Als er kabels moeten worden gekruist, gebeurt de kruising in een hoek van 90 graden.

Het wordt aangedreven door een noodgenerator

De zachte start die door de frequentieomvormer wordt geleverd, maakt het mogelijk om het vereiste vermogen van de generator te verminderen. Aangezien bij zo'n start de stroom 4-6 keer afneemt, kan het vermogen van de generator met een vergelijkbaar aantal keren worden verminderd. Er moet echter wel een contactor worden geïnstalleerd tussen de generator en de omvormer, bestuurd door de relaisuitgang van de frequentieomvormer. Dit beschermt de frequentieomvormer tegen gevaarlijke overspanningen.

Een driefasige omvormer voeden vanuit een enkelfasig netwerk

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

Bespaar energie en geld

Besparingen zijn er om verschillende redenen: ten eerste vanwege groei cosinus phi naar waarden van 0,98, d.w.z. het maximale vermogen wordt gebruikt om nuttig werk te doen, het minimale wordt verspild. Ten tweede wordt in alle bedrijfsmodi van de motor een coëfficiënt verkregen die hier dicht bij ligt.

Zonder frequentieomvormer hebben asynchrone motoren bij lage belasting een cosinus phi van 0,3-0,4. Ten derde zijn er geen extra mechanische aanpassingen nodig (dempers, gashendels, kleppen, remmen, enz.), alles gebeurt elektronisch. Met zo'n besturingsapparaat kan de besparing oplopen tot 50%.

Synchroniseer meerdere apparaten

Dankzij de extra ingangen om de frequentieomvormer te besturen, is het mogelijk om de transportbandprocessen te synchroniseren of 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 naarmate de freesbelasting toeneemt, de voeding afneemt en vice versa.

Netwerkbeveiliging tegen hogere harmonischen

Voor extra bescherming worden naast kort afgeschermde kabels lijnsmoorspoelen en bypass-condensatoren gebruikt. Gas gevenbovendien begrenst het de inschakelstroom bij het inschakelen.

De juiste beschermingsklasse kiezen

Een betrouwbare warmteafvoer is essentieel voor een soepele werking van de frequentieomvormer. Als hoge beschermingsklassen worden gebruikt, bijvoorbeeld IP 54 en hoger, is het moeilijk of duur om een ​​dergelijke warmteafvoer te realiseren. Hierdoor is het mogelijk om een ​​aparte kast te gebruiken met een hoge mate van bescherming, waar modules van een lagere klasse kunnen worden geïnstalleerd en algemene ventilatie en koeling kan 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 geselecteerd met een marge van 10-15% van het totale vermogen van alle elektromotoren. Daarbij is het noodzakelijk om de lengte van de motorkabels te minimaliseren en is het zeer wenselijk om een ​​motorsmoorspoel te installeren.

Bij de meeste frequentieomvormers mogen motoren niet worden uitgeschakeld of aangesloten via magneetschakelaars terwijl de frequentieomvormer in bedrijf is. Dit gebeurt alleen via het stopcommando op het apparaat.

Regelfunctie instellen

Om de maximale prestaties van de elektrische aandrijving te bereiken, zoals: vermogensfactor, efficiëntie, overbelastingscapaciteit, soepelheid van de regeling, duurzaamheid, is het noodzakelijk om de verhouding tussen de verandering in de werkfrequentie en de uitgangsspanning van de frequentie correct te kiezen omvormer.

De spanningsveranderingsfunctie is afhankelijk van het koppelkarakter van de belasting. Bij constant koppel moet de statorspanning 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 2 keer verhogen, zou de spanning met 4 moeten toenemen (vectorbesturing). Er zijn apparaten met complexere besturingsfuncties.

Voordelen van het gebruik van een frequentieregelaar met een frequentieomvormer

Naast het verhogen van de efficiëntie en het besparen van energie, kunt u met zo'n elektrische aandrijving nieuwe rijkwaliteiten opdoen. Dit komt tot uiting in de afwijzing van aanvullende mechanische apparaten die verliezen veroorzaken en de betrouwbaarheid van systemen verminderen: remmen, schokdempers, gaskleppen, kleppen, regelkleppen, enz. Remmen kan bijvoorbeeld door het elektromagnetische veld in de stator van de motor om te keren. Door alleen de functionele relatie tussen frequentie en spanning te veranderen, krijgen we een andere aandrijving zonder iets aan de mechanica te veranderen.

Het lezen van de documentatie

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

Mogelijk bent u geïnteresseerd in: Variabele elektrische aandrijving als middel om energie te besparen