Frekvenční měnič asynchronního motoru v průmyslu

Manažeři společností Vám rádi zodpoví Vaše dotazy, spočítají cenu služeb a připraví individuální obchodní nabídku.

Přestože je příliš brzy na slevy ze stejnosměrného elektrického pohonu, v průmyslu i domácí sféře se kombinace asynchronního motoru a frekvenčního měniče používá téměř v každém technickém systému. Přes zjevné výhody asynchronního motoru oproti stejnosměrnému motoru byla jeho slabinou obtížná regulace rychlosti otáčení. V současné době je tento problém odstraněn díky moderním frekvenčním měničům.

CO JE FREKVENČNÍ MĚNIČ

Zjednodušeně řečeno, frekvenční měnič je zařízení pro řízení asynchronního motoru. Je možné regulovat rychlost otáčení jinými způsoby – instalací variátoru, převodovky, spojky, ale to neumožňuje měnit rychlost v širokém rozsahu, komplikuje instalaci a není to energeticky úsporné řešení.

PROČ POTŘEBUJETE FREKVENČNÍ MĚNIČ

U asynchronních elektromotorů v nejrůznějších jednotkách pro průmyslové i spotřebitelské účely se pro optimalizaci řízení motoru používá frekvenční měnič, což v konečném důsledku vede k úspoře energie a zvýšení životnosti zařízení. Použití frekvenčních měničů umožňuje efektivní, jednoduchou a spolehlivou automatizaci procesu řízení zařízení.

Hlavní úkoly, které frekvenční měnič řeší, kromě zvýšení/snížení rychlosti otáčení, jsou:

• Hladký rozběh a plynulé zastavení motoru, které zabraňuje vysokému mechanickému zatížení zařízení.
• Snížení nákladů na energii, což je důležité nejen pro velké průmyslové podniky, ale například pro domácí použití jako součást čerpací stanice v zemi.
• Ochrana motoru proti přetížení, která prodlužuje jeho životnost.
• Udržování vysokého točivého momentu při nízkých otáčkách, což je velmi důležité při těžkém startování (například jako součást zařízení drtiče drti)

A jak již bylo zmíněno výše, vše, co souvisí s řízením rychlosti otáčení, je variabilní nebo adaptivní rotace (příklad: dopravníkové linky, kde lze rotaci nastavit na proměnnou rychlost). Vysoká přesnost otáčení – což je důležité při použití na různých obráběcích strojích.

ZAŘÍZENÍ FREKVENČNÍHO MĚNIČE

Stejně jako na úsvitu vzniku tranzistorových rádií jim lidé začali říkat jednoduše „tranzistory“ podle názvu hlavní elektronické součásti těchto zařízení, takže název „frekvenční měnič“ nelze považovat za zcela přesný.

Ve skutečnosti uvažujeme o zařízení skládajícím se z modulu usměrňovače, který přeměňuje střídavý proud na vstupu na stejnosměrný proud, a modulu frekvenčního měniče, který převádí stejnosměrný proud přijímaný na výstupu modulu usměrňovače na střídavý proud dané frekvence a amplituda, případně PWM modulovaná.

Toto samotné zařízení jako celek je jednou ze součástí elektrického pohonu.

PRINCIP FUNKCE FREKVENČNÍHO MĚNIČE

V závislosti na technických detailech principu řízení se frekvenční měniče konvenčně dělí na „vektorové“ a „skalární“. První jmenované se vyznačují především stabilnějším udržováním točivého momentu motoru v širokém rozsahu frekvencí (otáček).

Skalární řízení je nejběžnější a nejlépe vyhovuje požadavkům mechanismů, jako jsou čerpadla, ventilátory, kompresory, ale i těch, u kterých je důležité udržovat otáčky. Metoda je poměrně jednoduchá, ale má malý rozsah regulace rychlosti a vyžaduje instalaci dalších snímačů pro implementaci regulace rychlosti a točivého momentu.

Rozmanitost možností vektorového ovládání je působivá, ale lze je rozdělit do dvou skupin:

• Aktuální vektorové řízení (docela jednoduchá metoda vlastní velké většině převodníků)
• Vektorové řízení napětí. Vychází z toho, že napětí je úměrné točivému momentu, což umožňuje ovládat poslední charakteristiku bez dalších přepočtů.

Všechny ostatní metody jsou jejich doplňkem, každý výrobce podle svého uvážení zlepšuje výpočty a měření takových indikátorů, jako je indukčnost, magnetizace, vektor elektromagnetického pole atd.

Samotné detaily metod řízení jsou velmi složité a samotné metody se neustále zdokonalují. Důležitým bodem při výběru frekvenčního měniče je, že potenciální spotřebitel zná minimální požadavky kladené řídicím objektem (ventilátor, čerpadlo, dopravník atd.). To umožní na jedné straně nepřeplácet měnič se zbytečnými vlastnostmi a na druhé straně nedostat se do situace, kdy pohon složený z frekvenčního měniče a asynchronního motoru nezajistí správné fungování řídicího objektu.

TYPY FREKVENČNÍCH MĚNIČŮ

Kromě stanovení způsobu řízení, který je dán technickými požadavky na zařízení a cenou frekvenčního měniče, je nutné znát výkon a typ připojení k motoru, tedy počet fází u frekvenčního měniče. vstup a výstup.

Článek poskytuje čtenáři užitečné informace o frekvenčních měničích, jejich konstrukci a použití a také pomáhá pochopit proces připojení a konfigurace tohoto důležitého elektrického zařízení. Je uveden podrobný popis převodníku, jeho hlavních součástí a principu činnosti.

Obsah:
1. Konstrukce a princip činnosti
2. Typy frekvenčních měničů
2.1 Elektrické stroje nebo indukční modely
2.2 Se stejnosměrným meziobvodem
2.3 S přímým připojením
3. Účel a rozsah frekvenčních měničů
3.1 Režimy ovládání
4. Výhody použití frekvenčních měničů
5. Pravidla instalace, připojení a konfigurace
5.1 Postup připojení
5.2 Výstupní připojení: chyby a důsledky
5.3 Proč potřebujete nastavit stav nouze?
Frekvenční měniče nebo frekvenční měniče jsou vysoce specializované elektronické zařízení určené ke změně a řízení točivého momentu v asynchronních elektromotorech. Zařízení slouží k plynulému zvyšování nebo snižování otáček motoru v závislosti na charakteristice pracovního procesu, což výrazně snižuje spotřebu energie. Použití frekvenčního generátoru je racionální způsob, jak zabránit předčasnému opotřebení elektrického zařízení a oddálit nákladné opravy. Zvýšená poptávka po nouzových situacích je způsobena situacemi, kdy potřebujete připojit třífázový elektromotor do jednofázové sítě bez ztráty výkonu nebo jednoduše napájet střídavý motor. Zařízení mění počáteční frekvenci v širokém rozsahu, což z něj činí nepostradatelného pomocníka pro domácnost pro majitele venkovských domů s autonomním vytápěním a zásobováním vodou.

Zařízení a princip činnosti

Elektrický obvod frekvenčního měniče se skládá ze dvou konstrukčních součástí – napájecí a řídicí jednotky. Výkonová část pracuje pomocí tranzistorů nebo tyristorů, řídicí část pracuje na bázi mikroprocesorů.
Design zahrnuje:

• Vstupní usměrňovač, který převádí střídavý proud na stejnosměrný proud pomocí polovodičových diod.
• Napěťový filtr. Zařízení slouží jako nástroj pro sledování a řízení proudového impulsu a zabraňuje přepětí na vinutí motoru.
• Invertor pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý proud.
• Řídící systém. Řídicí jednotka zpracovává příchozí signály snímačů, zaznamenává a ukládá přijatá data. Systém ovládá vstupní usměrňovač, zabraňuje ztrátě fáze a eliminuje hrozbu nouzového stavu.

Řídící jednotka tak reguluje činnost výkonové součásti a současně provádí další funkce sledování, diagnostiky a ochrany motoru před vznikajícími problémy.

Mechanismus působení frekvenčního měniče je založen na dvojitém obvodu pro transformaci průběhu síťového napětí. První provádí vstupní usměrňovač, druhý měnič. Proces probíhá v několika fázích:

• Nejprve se napětí přivede do usměrňovacích diod, kde se odstraní sinusoidy při zachování zvlnění signálu.
• Ve druhé fázi jsou pulsace eliminovány kondenzátorovými bankami. Napětí po průchodu LC filtrem získá stabilní vyhlazenou podobu a pomocí můstkového čipu se přemění na třífázovou vlnu.
• Na výstupu je stejnosměrné napětí převedeno na obdélníkové pulzní střídavé napětí o požadované frekvenci. Senzory poskytují informace o výstupním proudu do procesoru.

Typy frekvenčních měničů

V řadě elektrických zařízení jsou domácí a průmyslové frekvence prezentovány v široké škále typů. Produkty určené pro specifické provozní podmínky se liší výkonem, hmotnostními a rozměrovými parametry a technickými vlastnostmi. Zařízení:

• jsou vyráběny v pouzdře z vysokopevnostního plastu nebo pozinkované oceli s antikorozním nátěrem;
• spolehlivě chráněna před pronikáním vlhkosti a prachových částic;
• jsou odolné proti mechanickému poškození;
• vybavena dalšími možnostmi.

V závislosti na typu ovládání, konstrukčních vlastnostech a principu činnosti se střídače dělí do několika typů:

• elektrický stroj;
• elektronický;
• bezprostřední;
• s mezilehlým stejnosměrným meziobvodem.

Každý typ měniče má své výhody a nevýhody, proto při výběru zařízení zohledněte typ elektromotoru a účel použití. Správný nouzový stav zaručuje plynulý start pohonné jednotky bez rozběhových proudů, což snižuje zatížení komponent a mechanismů a prodlužuje životnost zařízení.

Elektrické stroje nebo indukční modely

Frekvenční generátory indukčního typu jsou elektrické stroje, jejichž princip činnosti je založen na dvojí přeměně elektrické energie. Nejprve se elektrická energie přemění na mechanickou energii, poté opět na elektrickou energii s proudem o jiné frekvenci. Příkladem takového měniče může být střídavý elektromotor nebo elektrický generátor.

Se stejnosměrným mezičlánkem

Frekvenční měniče tohoto typu jsou k dispozici s řízenými a neřízenými usměrňovači a pracují podle duálního síťového signálního obvodu. Na vstup usměrňovače je přiváděno střídavé napětí o určité frekvenci, které je řízené (AC), na výstupu je stejnosměrné napětí. Jeho hodnota určuje signál přicházející z řídicí jednotky. Protože výstup CF se shoduje se vstupem invertoru (AI), stejnosměrné napětí se okamžitě přemění na střídavé napětí požadované frekvence. Pro potlačení zvlnění a snížení sinusových harmonických je na výstupu instalován filtr.

Přítomnost mezilehlého stejnosměrného meziobvodu poskytuje zařízením řadu výhod, včetně nastavení výstupních frekvencí v širokém rozsahu a vysoké rychlosti procesu nastavení. Drobnou nevýhodou je, že díky dvojí přeměně příchozí energie mírně rostou ztráty elektřiny a klesá účinnost.

S přímým připojením

Charakteristickým znakem elektronických frekvenčních měničů s přímou vazbou je konverze jediného napětí. Konstrukce takových zařízení zahrnuje vysokorychlostní tyristory a řízený usměrňovač, který funguje jako elektrický modul. Zařízení pracují podle schématu střídavého otevírání tyristorů a připojování vinutí elektrického pohonu k síti. To umožňuje zvýšit výkon při připojení dvou nebo tří zařízení a zajistit nepřetržitý provoz zařízení při nízkých rychlostech. Přímé frekvenční generátory jsou levné, jsou to:

• spolehlivé, jednoduché a pohodlné použití;
• umožňují získat neomezený počet nízkofrekvenčních výstupních napětí;
• prokázat vysokou účinnost.

Takové nouzové situace se však u elektromotorů vyrobených pomocí pokročilých technologií posledních let používají jen zřídka.

Účel a rozsah frekvenčních měničů

Neutuchající poptávka po frekvenčních generátorech je určována realitou života a je podporována širokou distribucí asynchronních motorů. Nenáročné, výkonné motory jsou žádané pro použití v každodenním životě, konstrukci a výrobě. Bez odolných elektromotorů jsou nezbytná čerpací a kompresorová zařízení, ventilace, klimatizace, topení a zásobování vodou.

Elektromechanické pohony nemají prakticky žádné nevýhody, ale zabíjejí je velké rozběhové proudy, 6-8krát vyšší než jmenovité hodnoty, a rychlost otáčení hřídele závisí na frekvenci napájecího napětí. Veškeré starosti o plynulé startování motoru, eliminaci proudových rázů, ochranu oběžného kola, ložisek a vůbec veškerého vybavení obstarají frekvenční měniče.

Rozsah použití zařízení se neustále rozšiřuje. Frekvenční generátory se používají pro:

• stabilní fungování výtahových zařízení, dopravníků, transportérů;
• nastavení a ovládání otáček odstředivek, extruderů, mlýnů, drtičů;
• vyhlazení trhnutí zdvihacího zařízení, jehož provoz je doprovázen změnami zatížení a častým spouštěním a zastavováním;
• zvýšení účinnosti použití čerpacích jednotek a dmychadel;
• regulace provozu vysokofrekvenčních průmyslových strojů;
• optimalizace činnosti různých zařízení vybavených asynchronními motory.

Například fakta. Snížením otáček čerpadla o 20 % bez ztráty výkonu, použitím frekvenčního měniče místo škrticích ventilů lze dosáhnout úspory energie 50-70 %. Zároveň zvyšte životnost oběžného kola o 2-3 roky, odložte opotřebení těsnění a kuličkových ložisek. Náklady na frekvenční měnič se více než vrátí za 2–3 roky.

Režimy ovládání

Během provozu frekvenční operátor rychle řídí spouštění a vypínání napájecí jednotky, nastavení rychlosti a nouzové odpojení napájení. Jakékoli změny v činnostech střídače se provádějí podle signálu z řídicí jednotky nebo externích monitorovacích zařízení. Pro regulaci provozu převodníku se používají následující režimy řízení:

• používání klávesnice na vlastním přístrojovém panelu;
• pomocí dálkového ovládání;
• změnou provozní rychlosti elektromotoru přes analogový vstup;
• pomocí diskrétních vstupů;
• přes sériové rozhraní RS-485, RS-232 nebo podobně.

Nejsrozumitelnější a nejdostupnější způsob nastavení mechanismu činnosti frekvenčního měniče je stanoven výrobcem a provádí se z ovládacího panelu. Startování motoru začíná stisknutím tlačítka „start“ a jeho zastavení stisknutím tlačítka „stop“. Po plynulé akceleraci motor běží na nastavenou rychlost, aniž by vyžadoval jakoukoliv manipulaci ze strany obsluhy.

Na rozdíl od ústředny je dálkové ovládání vybaveno kabelem o délce až 500 m, přes který přijímá příkazy ze sériového rozhraní. Dálkové ovládání sice plně neodhalí technické možnosti asynchronní instalace, ale značně usnadňuje řízení výrobního procesu. Pomocí dálkového ovladače můžete startovat a zastavovat, měnit směr a otáčky hřídele elektromotoru, odstraňovat chyby a nastavovat provozní parametry.

Pokud jde o analogové vstupy, měnič má jeden nebo dva z nich. Prostřednictvím prvního je monitorováno napětí s odporem až 50 kOhm, přes druhý – s vysokým odporem až 500 Ohm.

Nejrozsáhlejší možnosti poskytuje režim diskrétního připojení, který poskytuje i výrobce zařízení. Počet takových vstupů závisí na modelu, pohybuje se od 6 do 8. Každý konektor je naprogramován tak, aby řešil konkrétní problém. Čím více konektorů, tím vyšší je cena frekvenčního měniče. Požadovaný výstup se aktivuje, když je zkratován ke svorce COM. Diagram je uveden níže.

Výhody použití frekvenčních měničů

V seznamu populárních elektrických zařízení, která se používají v hospodářském a výrobním průmyslu, zaujímají frekvenční měniče jednu z předních pozic. Zařízení se instalují všude tam, kde je potřeba stabilizovat napětí a přepnout síť na třífázovou. Díky vestavěnému mikroprocesorovému PID regulátoru získávají měniče frekvence významné výhody oproti jiným metodám řízení motoru, včetně:

• Jemné doladění režimu rychlosti. Plynulé nastavení rychlosti otáčení elektromotoru umožňuje opustit variátory, škrticí zařízení a převodovky. Tato porucha zjednodušuje regulaci elektromechanického systému a snižuje náklady na údržbu.
• Zlepšení efektivity řízení procesů. Okamžitá odezva na signály snímačů zabraňuje narušení výrobních technologií, zvyšuje produktivitu práce a snižuje cenu hotových výrobků.
• Vyhlazování náběhových proudů. Při startování motor plynule zrychluje, agregát netrpí zvýšenou zátěží a prudkými poklesy napětí na napájecích sběrnicích, což zvyšuje životnost.
• Vhodnost měniče s asynchronním motorem pro náhradu stejnosměrného elektrického pohonu.
• Disponuje unikátními funkcemi, jako je neustálé sledování proudu, napětí a teploty pohonné jednotky, autodiagnostika a samonastavení pro použitý elektromotor.
• Energetická účinnost. Použití zařízení ve ventilátorech a čerpacích jednotkách pro snížení provozní rychlosti otáčení snižuje spotřebu energie motoru o více než polovinu.

Pravidla instalace, připojení a konfigurace

Správná instalace frekvenčního měniče pro třífázový elektromotor vyžaduje dodržení požadavků doporučených výrobci. Zařízení je instalováno na následujících místech:

• s dobrou ventilací;
• nepřístupné přímému slunečnímu záření, kapkám oleje, vody a malých kovových hoblin;
• mimo dosah hořlavých a výbušných látek;
• s přípustnou vlhkostí ne vyšší než 80 %.

Pro neomezený přístup čerstvého vzduchu je zařízení namontováno ve vzdálenosti 10 cm od stěn a okolních předmětů. Pro instalaci zvolte tvrdou vodorovnou plochu. Zařízení nesmí být umístěno v oblasti působení elektromagnetických polí.

Pořadí připojení

• Instalace frekvenčního generátoru začíná uzemněním. Jako zemnící vodiče volte kabely, jejichž průřez odpovídá vodičům napájecí sítě. Každý kabel je uzemněn samostatně.
• Vytvoření ochrany kabelů řídící jednotky před účinky elektrického a magnetického rušení. Nejspolehlivějším způsobem ochrany je použití stíněných drátěných výrobků. Takové kabely se nebojí náhlých změn teploty, vydrží nejméně 25 let a odolávají extrémním přepětím.
• Kontrola správného připojení vstupních a výstupních vodičů ke svorkám. Pro vstupy – to jsou L 1, L 2, L3, pro výkonové výstupy – U, V, W.
• Střídač je připojen ke svorce PE pomocí zemnicího vodiče.

Výstupní připojení: chyby a důsledky

Pokud plánujete připojení výstupu sami, je třeba si přečíst návod a teprve potom se pustit do práce. Vzhledem k tomu, že konstrukce vstupně-výstupních svorek je podobná, jsou s nimi často spojeny chyby připojení. Obzvláště nebezpečné je připojení fázově posunutého kondenzátoru k výstupním obvodům. Takové přehlédnutí může vést k poruchám a poruše frekvenčního generátoru. Také, aby nedošlo k poškození zařízení, nepřipojujte napájecí sběrnice na výstupní svorky U, V, W.

Aby se předešlo chybám, musíte před připojením elektromotoru nejprve změřit izolační odpor vinutí a před demontáží vyfotografovat měnič. Fotografie a schémata budou užitečné pro ověření správnosti akcí při provádění instalačních prací.

Proč potřebujete nastavit nouzový stav?

Konfigurace je konečnou fází instalace frekvenčního měniče, bez které není možné uvést zařízení do provozu. Úpravy a seřízení provedené po provedení nezbytných připojení zahrnují:

• nastavení provozních parametrů motoru pro rychlé přizpůsobení měniče frekvence motoru;
• zadávání dat do programu pro spuštění a zastavení elektromotoru;
• zavedení restriktivních a ochranných nastavení;
• programování a nastavení doplňkových funkcí.

Správná příprava frekvenčního měniče k provozu je zárukou nepřetržitého chodu elektromotoru a bezproblémové realizace výrobního procesu.