VFD ovládanie umožňuje pomocou špeciálneho meniča flexibilne meniť prevádzkové režimy elektromotora: štart, stop, zrýchlenie, brzdenie, zmena rýchlosti otáčania.
Zmena frekvencie napájacieho napätia vedie k zmene uhlovej rýchlosti magnetického poľa statora. Keď sa frekvencia zníži, otáčky motora sa znížia a sklz sa zvýši.
Princíp činnosti frekvenčného meniča pohonu
Hlavnou nevýhodou asynchrónnych motorov je zložitosť riadenia rýchlosti tradičnými spôsobmi: zmenou napájacieho napätia a zavedením dodatočných odporov do obvodu vinutia. Dokonalejší je frekvenčný pohon elektromotora. Až donedávna boli prevodníky drahé, ale nástup IGBT tranzistorov a mikroprocesorových riadiacich systémov umožnil zahraničným výrobcom vytvárať cenovo dostupné zariadenia. Väčšinateraz perfektné sú statické frekvenčné meniče.
Uhlová rýchlosť magnetického poľa statora ω0 sa mení v pomere k frekvencii ƒ1 podľa vzorca:
ω0=2π׃1/p, kde p je počet párov pólov.
Metóda poskytuje plynulé ovládanie rýchlosti. V tomto prípade sa rýchlosť posuvu motora nezvýši.
Pre získanie vysokého energetického výkonu motora - účinnosť, účinník a preťaženie spolu s frekvenciou zmeňte napájacie napätie podľa určitých závislostí:
- konštantný krútiaci moment zaťaženia – U1/ ƒ1=const;
- ventilátorový charakter momentu zaťaženia - U1/ ƒ12=const;
- Záťažový krútiaci moment nepriamo úmerný rýchlosti - U1/√ ƒ1=konšt.
Tieto funkcie sú implementované pomocou meniča, ktorý súčasne mení frekvenciu a napätie na statore motora. Elektrická energia je ušetrená reguláciou pomocou potrebného technologického parametra: tlak čerpadla, výkon ventilátora, rýchlosť podávania stroja atď. V tomto prípade sa parametre menia plynulo.
Metódy frekvenčného riadenia asynchrónnych a synchrónnych elektromotorov
Vo frekvenčne riadenom pohone založenom na asynchrónnych motoroch s rotorom nakrátko sa používajú dva spôsoby riadenia – skalárny a vektorový. V prvom prípade sa súčasne meniaamplitúda a frekvencia napájacieho napätia.
Je to potrebné na udržanie výkonu motora, najčastejšie konštantného pomeru jeho maximálneho krútiaceho momentu k momentu odporu na hriadeli. Výsledkom je, že účinnosť a účinník zostávajú nezmenené v celom rozsahu otáčania.
Vektorová regulácia spočíva v súčasnej zmene amplitúdy a fázy prúdu na statore.
Frekvenčný pohon synchrónneho typu motora pracuje len pri malom zaťažení, pri raste ktorého nad prípustné hodnoty môže dôjsť k porušeniu synchronizácie.
Výhody frekvenčného meniča
Kontrola frekvencie má oproti iným metódam celý rad výhod.
- Automatizácia motora a výrobných procesov.
- Mäkký štart, ktorý eliminuje typické chyby, ktoré sa vyskytujú pri akcelerácii motora. Zlepšenie spoľahlivosti frekvenčného meniča a zariadení znížením preťaženia.
- Zlepšite celkovú ekonomiku jazdy a výkon.
- Vytvorenie konštantných otáčok elektromotora bez ohľadu na charakter zaťaženia, čo je dôležité pri prechodových javoch. Použitie spätnej väzby umožňuje udržiavať konštantné otáčky motora pri rôznych rušivých vplyvoch, najmä pri premenlivom zaťažení.
- Konvertory sa jednoducho integrujú do existujúcich technických systémov bez výrazných zmien a zastavení technologických procesov. Rozsah výkonu je veľký, ale s ich nárastomceny podstatne rastú.
- Možnosť opustiť variátory, prevodovky, škrtiace klapky a iné ovládacie zariadenia alebo rozšíriť rozsah ich použitia. Výsledkom je významná úspora energie.
- Eliminácia škodlivých účinkov prechodných javov na procesné zariadenia, ako sú vodné rázy alebo zvýšený tlak tekutiny v potrubiach pri súčasnom znížení jej spotreby v noci.
Chyby
Ako všetky invertory, aj chastotniki sú zdrojom rušenia. Musia nainštalovať filtre.
Náklady na značky sú vysoké. Výrazne sa zvyšuje so zvyšujúcim sa výkonom zariadení.
Nastavenie frekvencie pre prepravu tekutín
V zariadeniach, kde sa čerpá voda a iné kvapaliny, sa riadenie prietoku väčšinou vykonáva pomocou posúvačov a ventilov. V súčasnosti je sľubným smerom použitie frekvenčného pohonu čerpadla alebo ventilátora, ktorý uvádza do pohybu ich lopatky.
Použitie frekvenčného meniča ako alternatívy k škrtiacej klapke poskytuje efekt úspory energie až 75 %. Ventil, ktorý zadržiava tok tekutiny, nevykonáva užitočnú prácu. Zároveň sa zvyšuje strata energie a hmoty na jej prepravu.
Frekvenčný pohon umožňuje udržiavať konštantný tlak na spotrebiči pri zmene prietoku kvapaliny. Z tlakového snímača je vysielaný signál do pohonu, ktorý mení otáčky motora a tým ich regulujeotáčky, udržiavanie nastaveného prietoku.
Čerpacie jednotky sa ovládajú zmenou ich výkonu. Príkon čerpadla je v kubickej závislosti od výkonu alebo rýchlosti otáčania kolesa. Ak sa rýchlosť zníži 2-krát, výkon čerpadla klesne 8-krát. Prítomnosť denného plánu spotreby vody vám umožňuje určiť úspory energie na toto obdobie, ak ovládate frekvenčný menič. Vďaka tomu je možné automatizovať čerpaciu stanicu a tým optimalizovať tlak vody v sieťach.
Prevádzka ventilačných a klimatizačných systémov
Maximálny prietok vzduchu vo ventilačných systémoch nie je vždy potrebný. Prevádzkové podmienky môžu vyžadovať zníženie výkonu. Tradične sa na to používa škrtenie, keď otáčky kolesa zostávajú konštantné. Vďaka frekvenčne riadenému pohonu je pohodlnejšie meniť rýchlosť prúdenia vzduchu pri zmene sezónnych a klimatických podmienok, uvoľňovaní tepla, vlhkosti, pár a škodlivých plynov.
Úspory energie vo ventilačných a klimatizačných systémoch nie sú dosahované nižšie ako v čerpacích staniciach, pretože spotreba energie otáčania hriadeľa je v kubickej závislosti od otáčok.
Zariadenie s frekvenčným meničom
Moderný frekvenčný menič je usporiadaný podľa schémy s dvojitým meničom. Pozostáva z usmerňovača a impulzného meniča s riadiacim systémom.
Pousmernení sieťového napätia je signál vyhladený filtrom a privedený do meniča so šiestimi tranzistorovými spínačmi, kde je každý z nich pripojený k vinutiu statora asynchrónneho elektromotora. Jednotka prevádza usmernený signál na trojfázový signál požadovanej frekvencie a amplitúdy. Výkonové IGBT vo výstupných stupňoch majú vysokú spínaciu frekvenciu a poskytujú ostrý štvorcový priebeh bez skreslenia. V dôsledku filtračných vlastností vinutí motora zostáva tvar prúdovej krivky na ich výstupe sínusový.
Metódy riadenia amplitúdy signálu
Výstupné napätie je regulované dvoma spôsobmi:
- Amplitúda – zmena hodnoty napätia.
- Pulzová šírková modulácia je metóda premeny impulzného signálu, pri ktorej sa mení jeho trvanie, ale frekvencia zostáva nezmenená. Tu výkon závisí od šírky impulzu.
Druhá metóda sa používa najčastejšie v súvislosti s rozvojom mikroprocesorovej techniky. Moderné meniče sa vyrábajú pomocou vypínacích tranzistorov GTO alebo IGBT.
Schopnosť a použitie konvertorov
Frekvenčný menič má veľa možností.
- Regulujte frekvenciu trojfázového napájacieho napätia od nuly do 400 Hz.
- Zrýchlenie alebo spomalenie elektromotora od 0,01 sek. do 50 min. podľa daného zákona času (zvyčajne lineárneho). Počas akcelerácie je možný nielen pokles, ale aj nárast dynamických a rozbehových krútiacich momentov až o 150 %.
- Cúvanie motora s danými režimami brzdenia a akcelerácie na požadovanýrýchlosť opačným smerom.
- Invertory sú vybavené konfigurovateľnou elektronickou ochranou proti skratu, preťaženiu, zemnému zvodu a otvoreným elektrickým vedeniam motora.
- Digitálne displeje meničov zobrazujú údaje o ich parametroch: frekvencia, napájacie napätie, rýchlosť, prúd atď.
- V/f charakteristiky sú vyladené v meničoch podľa toho, aké zaťaženie motora je požadované. Funkcie riadiacich systémov na nich založených zabezpečujú vstavané ovládače.
- Pre nízke frekvencie je dôležité použiť vektorové riadenie, ktoré vám umožní pracovať s plným krútiacim momentom motora, udržiavať konštantnú rýchlosť pri zmene záťaže a ovládať krútiaci moment na hriadeli. Frekvenčný menič funguje dobre so správnym zadaním údajov z pasu motora a po úspešnom testovaní. Známe produkty od HYUNDAI, Sanyu atď.
Oblasti použitia konvertorov sú nasledovné:
- čerpadlá v systémoch teplej a studenej vody a zásobovania teplom;
- kalové, pieskové a kalové čerpadlá koncentrátorov;
- dopravné systémy: dopravníky, valčekové dopravníky a iné prostriedky;
- mixéry, mlyny, drviče, extrudéry, dávkovače, podávače;
- centrifúgy;
- elevators;
- hutnícke zariadenia;
- vybavenie na vŕtanie;
- elektrické pohony obrábacích strojov;
- bagrové a žeriavové vybavenie, manipulačné mechanizmy.
Výrobcovia frekvenčných meničov, recenzie
Domáci výrobca už začal vyrábať produkty vhodné pre užívateľov z hľadiska kvality a ceny. Výhodou je možnosť rýchleho získania správneho zariadenia, ako aj podrobné rady s nastavením.
Spoločnosť "Effective systems" vyrába sériové produkty a pilotné série zariadení. Výrobky sa používajú na domáce použitie, v malom podnikaní a v priemysle. Výrobca Vesper vyrába sedem radov meničov, medzi ktorými sú multifunkčné meniče vhodné pre väčšinu priemyselných mechanizmov.
Dánska spoločnosť Danfoss je lídrom vo výrobe chastotnikov. Jej produkty sa používajú vo ventilačných, klimatizačných, vodovodných a vykurovacích systémoch. Fínska spoločnosť Vacon, ktorá je súčasťou dánskej spoločnosti, vyrába modulárne prevedenia, z ktorých zostavíte potrebné zariadenia bez zbytočných dielov, čím ušetríte na komponentoch. Známe sú aj konvertory medzinárodného koncernu ABB, používané v priemysle aj v bežnom živote.
Súdiac podľa recenzií, lacné domáce konvertory sa dajú použiť na riešenie jednoduchých typických problémov, zatiaľ čo zložité potrebujú značku s oveľa viac nastaveniami.
Záver
Frekvenčný pohon riadi elektromotor zmenou frekvencie a amplitúdy napájacieho napätia a zároveň ho chráni pred poruchami: preťažením, skratom, prerušením napájacej siete. Takéto elektrické pohony vykonávajú tri hlavné funkcie:súvisiace so zrýchlením, spomalením a rýchlosťou motora. To zlepšuje efektivitu zariadení v mnohých oblastiach technológie.
