Frequentieomvormer - typen, werkingsprincipe, verbindingsschema's

De rotor van elke elektromotor wordt aangedreven door krachten die worden veroorzaakt door een roterend elektromagnetisch veld in de statorwikkeling. De snelheid wordt meestal bepaald door de industriële frequentie van het elektriciteitsnet.

De standaardwaarde van 50 hertz impliceert vijftig oscillatieperioden in één seconde. In één minuut neemt hun aantal 60 keer toe en is 50 × 60 = 3000 omwentelingen. De rotor draait hetzelfde aantal keren onder invloed van het aangelegde elektromagnetische veld.

Als u de waarde van de netfrequentie die op de stator wordt toegepast, wijzigt, kunt u de rotatiesnelheid van de rotor en de daarop aangesloten aandrijving aanpassen. Dit principe is de basis van de besturing van elektromotoren.

Soorten frequentieomvormers

Door hun ontwerp zijn frequentieomvormers:

1. inductietype;

2. elektronisch.

Vervaardigde asynchrone motoren volgens het schema met een faserotor en gestart in generatormodus, zijn vertegenwoordigers van het eerste type. Tijdens bedrijf hebben ze een laag rendement en worden ze gekenmerkt door een laag rendement.Daarom hebben ze geen brede toepassing gevonden in de productie en worden ze uiterst zelden gebruikt.

De elektronische frequentieconversiemethode maakt een soepele snelheidsregeling van zowel asynchrone als synchrone machines mogelijk. In dit geval kan een van de twee regelprincipes worden toegepast:

1. Volgens een vooraf bepaald kenmerk van de afhankelijkheid van de rotatiesnelheid van de frequentie (V / f);

2. vectorcontrolemethode.

De eerste methode is de eenvoudigste en minder perfect, en de tweede wordt gebruikt om de rotatiesnelheden van kritieke industriële apparatuur nauwkeurig te regelen.

Kenmerken van vectorbesturing voor frequentieconversie

Het verschil tussen deze methode is de interactie, de invloed van het besturingsapparaat van de omvormer op de "ruimtevector" van de magnetische flux die roteert met de frequentie van het rotorveld.

Algoritmen voor converters om volgens dit principe te werken, worden op twee manieren gemaakt:

1. sensorloze regeling;

2. debietregeling.

De eerste methode is gebaseerd op het bepalen van een zekere afhankelijkheid van de afwisseling van sequenties pulsbreedtemodulatie (PWM) inverter voor vooraf ingestelde algoritmen. In dit geval worden de amplitude en frequentie van de uitgangsspanning van de omvormer geregeld door slipstroom en belasting, maar zonder rotorsnelheidsfeedback.

Deze methode wordt gebruikt bij het regelen van meerdere elektromotoren die parallel zijn aangesloten op de frequentieomvormer.Fluxregeling omvat het bewaken van de bedrijfsstromen in de motor met hun ontleding in actieve en reactieve componenten en het maken van aanpassingen aan de werking van de omvormer om de amplitude, frequentie en hoek voor de uitgangsspanningsvectoren in te stellen.

Dit verbetert de nauwkeurigheid van de motor en verhoogt de limieten van de aanpassing. Het gebruik van flow control breidt de mogelijkheden uit van aandrijvingen die werken bij lage snelheden met hoge dynamische belastingen, zoals kraantakels of industriële wikkelmachines.

Het gebruik van vectortechnologie maakt dynamische koppelregeling mogelijk driefasige asynchrone motoren. 

Gelijkaardig circuit

Een eenvoudig vereenvoudigd elektrisch circuit van een inductiemotor kan als volgt worden weergegeven.

Op de statorwikkelingen, die een actieve weerstand R1 en een inductieve weerstand X1 hebben, staat een spanning u1. Het, het overwinnen van de weerstand van de luchtspleet Xv, wordt omgezet in de rotorwikkeling, waardoor een stroom ontstaat die zijn weerstand overwint.

Equivalent circuit van een vectorcircuit

De constructie helpt om de processen die plaatsvinden in de inductiemotor te begrijpen.

De energie van de statorstroom is verdeeld in twee delen:

• iµ — vloeivormende scheidingswand;

• iw - momentgenererende component.

In dit geval heeft de rotor een slipafhankelijke actieve weerstand R2/s.

Bij sensorloze aansturing wordt het volgende gemeten:

• spanning u1;

• huidige i1.

Volgens hun waarden berekenen ze:

• iµ — stroomcomponent die de stroom vormt;

• iw - waardegenererend koppel.

Het berekeningsalgoritme bevat nu een elektronisch equivalent circuit van een inductiemotor met stroomregelaars, dat rekening houdt met de verzadigingsomstandigheden van het elektromagnetische veld en de verliezen van magnetische energie in staal.

Beide componenten van de stroomvectoren, verschillend in hoek en amplitude, roteren samen met het rotorcoördinatensysteem en worden een stationair statororiëntatiesysteem.

Volgens dit principe worden de parameters van de frequentieomvormer aangepast aan de belasting van de inductiemotor.

Het werkingsprincipe van de frequentieomvormer

Dit apparaat, ook wel omvormer genoemd, is gebaseerd op een dubbele verandering in de golfvorm van de netvoeding.

Aanvankelijk wordt industriële spanning toegevoerd aan een gelijkrichter met krachtige diodes die sinusvormige harmonischen verwijderen maar de signaalrimpels achterlaten. Voor hun verwijdering is een condensatorbank met een inductantie (LC-filter) voorzien, die een stabiele, afgevlakte vorm geeft aan de gelijkgerichte spanning.

Het signaal gaat dan naar de ingang van de frequentieomvormer, een driefasig brugcircuit van zes vermogenstransistoren IGBT- of MOSFET-serie met diodes voor spanningsbeveiliging met omgekeerde polariteit. Eerder gebruikte thyristors voor deze doeleinden hebben niet voldoende snelheid en werken met grote storingen.

Om de "rem" -modus van de motor in te schakelen, kan een gestuurde transistor met een krachtige weerstand die energie dissipeert in het circuit worden geïnstalleerd. Met deze techniek kan de door de motor gegenereerde spanning worden verwijderd om de filtercondensatoren te beschermen tegen overbelasting en beschadiging.

Met de vectorfrequentiebesturingsmethode van de omvormer kunt u circuits maken die het signaal van ACS-systemen automatisch regelen. Hiervoor wordt een managementsysteem gebruikt:

1. omvang;

2. PWM (pulsbreedtesimulatie).

De amplituderegelingsmethode is gebaseerd op het wijzigen van de ingangsspanning en PWM is gebaseerd op het algoritme voor het schakelen van de vermogenstransistors bij een constante ingangsspanning.

Met PWM-regeling wordt een periode van signaalmodulatie gecreëerd wanneer de statorwikkeling in strikte volgorde wordt aangesloten op de positieve en negatieve aansluitingen van de gelijkrichter.

Omdat de klokfrequentie van de generator vrij hoog is, worden ze in de wikkeling van de elektromotor, die inductieve weerstand heeft, afgevlakt tot een normale sinusgolf.

PWM-besturingsmethoden maximaliseren de eliminatie van energieverliezen en bieden een hoge conversie-efficiëntie dankzij de gelijktijdige regeling van frequentie en amplitude. Ze zijn beschikbaar gekomen dankzij de ontwikkeling van GTO-serie power-locked thyristorbesturingstechnologieën of bipolaire merken IGBT-transistors met geïsoleerde poort.

De principes van hun opname voor het besturen van een driefasige motor worden op de foto getoond.

Elk van de zes IGBT's is in antiparallelle schakeling verbonden met zijn eigen tegenstroomdiode. In dit geval gaat de actieve stroom van de inductiemotor door het vermogenscircuit van elke transistor en wordt de reactieve component door de diodes geleid.

Om de invloed van externe elektrische ruis op de werking van de omvormer en de motor te elimineren, kan het circuit van de frequentieomvormer ruisonderdrukkingsfilterliquidatie:

• radio-interferentie;

• elektrische ontladingen veroorzaakt door werkende apparatuur.

Deze worden gesignaleerd door de controller en er wordt afgeschermde bedrading gebruikt tussen de motor en de uitgangsklemmen van de omvormer om schokken te verminderen.

Om de nauwkeurigheid van de werking van asynchrone motoren te verbeteren, omvat het regelcircuit van frequentieomvormers:

• communicatie-ingang met geavanceerde interfacemogelijkheden;

• ingebouwde regelaar;

• geheugenkaart;

• software;

• informatief LED-display met de belangrijkste uitvoerparameters;

• remchopper en ingebouwd EMC-filter;

• circuitkoelsysteem gebaseerd op blazen met ventilatoren met meer middelen;

• de functie van het verwarmen van de motor door gelijkstroom en enkele andere mogelijkheden.

Operationele bedradingsschema's

Frequentieomvormers zijn ontworpen om te werken met enkelfasige of driefasige netwerken. Als er echter industriële gelijkstroombronnen zijn met een spanning van 220 volt, kunnen omvormers daarvan worden gevoed.

Driefasige modellen zijn ontworpen voor netspanning 380 volt en voeden deze naar de elektromotor. Enkelfasige omvormers worden gevoed door 220 volt en leveren drie fasen verdeeld over de tijd.

Het aansluitschema van de frequentieomvormer op de motor kan worden uitgevoerd volgens de volgende schema's:

• sterren;

• driehoek.

De wikkelingen van de motor zijn voor de omvormer in een «ster» geassembleerd, gevoed door een driefasig net van 380 volt.

Volgens het "delta" -schema worden de motorwikkelingen geassembleerd wanneer de stroomomvormer is aangesloten op een enkelfasig 220-volt netwerk.

Bij het kiezen van een methode om een ​​elektromotor op een frequentieomvormer aan te sluiten, moet u letten op de vermogensverhouding die een draaiende motor in alle modi kan creëren, inclusief een langzame, belaste start, met de mogelijkheden van de omvormer.

Het is onmogelijk om de frequentieomvormer constant te overbelasten en een kleine reserve van het uitgangsvermogen zorgt voor een langdurige en probleemloze werking.