VFD управлението позволява използването на специален преобразувател за гъвкава промяна на режимите на работа на електродвигателя: стартиране, спиране, ускоряване, спиране, промяна на скоростта на въртене.
Промяната на честотата на захранващото напрежение води до промяна в ъгловата скорост на магнитното поле на статора. Когато честотата намалява, скоростта на двигателя намалява и приплъзването се увеличава.
Принципът на работа на честотния преобразувател на задвижването
Основният недостатък на асинхронните двигатели е сложността на управлението на скоростта по традиционни начини: чрез промяна на захранващото напрежение и въвеждане на допълнителни съпротивления във веригата на намотките. По-съвършено е честотното задвижване на електродвигателя. Доскоро преобразувателите бяха скъпи, но появата на IGBT транзистори и микропроцесорни системи за управление позволи на чуждестранни производители да създават устройства на достъпна цена. Повечетоперфектни сега са статичните честотни преобразуватели.
Ъгловата скорост на магнитното поле на статора ω0 променя се пропорционално на честотата ƒ1 съгласно формулата:
ω0=2π׃1/p, където p е броят на двойките полюси.
Методът осигурява плавен контрол на скоростта. В този случай скоростта на плъзгане на двигателя не се увеличава.
За да получите висока енергийна ефективност на двигателя - ефективност, фактор на мощността и капацитет на претоварване, заедно с честотата, променете захранващото напрежение според определени зависимости:
- постоянен въртящ момент на натоварване – U1/ ƒ1=const;
- вентилатор характер на зареждащия момент - U1/ ƒ12=const;
- Въртящ момент на натоварване, обратно пропорционален на скоростта - U1/√ ƒ1=const.
Тези функции се реализират с помощта на преобразувател, който едновременно променя честотата и напрежението на статора на двигателя. Електричеството се спестява благодарение на регулиране с помощта на необходимия технологичен параметър: налягане на помпата, производителност на вентилатора, скорост на подаване на машината и др. В този случай параметрите се променят плавно.
Методи за управление на честотата на асинхронни и синхронни електродвигатели
В честотно управлявано задвижване, базирано на асинхронни двигатели с ротор с катерична клетка, се използват два метода за управление - скаларен и векторен. В първия случай те се променят едновременноамплитуда и честота на захранващото напрежение.
Това е необходимо за поддържане на производителността на двигателя, най-често постоянно съотношение на максималния му въртящ момент към момента на съпротивление на вала. В резултат на това ефективността и факторът на мощността остават непроменени в целия диапазон на въртене.
Векторното регулиране се състои в едновременна промяна на амплитудата и фазата на тока на статора.
Честотното задвижване на синхронния тип двигател работи само при малки натоварвания, с нарастване на които над допустимите стойности, синхронът може да бъде нарушен.
Предимства на честотното устройство
Контролът на честотата има цял набор от предимства пред другите методи.
- Автоматизация на двигателя и производствените процеси.
- Мек старт, който елиминира типичните грешки, които възникват по време на ускоряване на двигателя. Подобряване на надеждността на честотното устройство и оборудването чрез намаляване на претоварванията.
- Подобрете цялостната икономичност и производителност.
- Създаване на постоянна скорост на електродвигателя, независимо от естеството на натоварването, което е важно при преходни процеси. Използването на обратна връзка прави възможно поддържането на постоянна скорост на двигателя при различни смущаващи влияния, по-специално при променливи натоварвания.
- Преобразувателите се интегрират лесно в съществуващи технически системи без значителни промени и спиране на технологичните процеси. Обхватът на мощността е голям, но с тяхното увеличаванецените се покачват значително.
- Възможност за изоставяне на вариатори, скоростни кутии, дросели и друго оборудване за управление или разширяване на обхвата на тяхното приложение. Това води до значителни икономии на енергия.
- Елиминиране на вредните ефекти от преходни процеси върху технологичното оборудване, като воден чук или повишено налягане на флуида в тръбопроводите, като същевременно се намалява консумацията му през нощта.
Недостатъци
Както всички инвертори, частотниците са източници на смущения. Те трябва да инсталират филтри.
Цената на марките е висока. Тя се увеличава значително с увеличаване на мощността на устройствата.
Регулиране на честотата за транспортиране на течности
В съоръжения, където се изпомпват вода и други течности, контролът на потока се извършва най-вече с помощта на вентили и вентили. Понастоящем обещаваща посока е използването на честотно задвижване на помпа или вентилатор, който привежда лопатките им в движение.
Използването на честотен преобразувател като алтернатива на дроселната клапа дава ефект на пестене на енергия до 75%. Клапанът, задържащ потока на течността, не извършва полезна работа. В същото време загубата на енергия и материя за нейното транспортиране се увеличава.
Честното задвижване позволява да се поддържа постоянно налягане при консуматора, когато потокът на флуида се промени. От сензора за налягане се изпраща сигнал към задвижването, което променя скоростта на двигателя и по този начин я регулираобороти, поддържайки зададения дебит.
Помпените агрегати се контролират чрез промяна на тяхната производителност. Консумацията на мощност на помпата е в кубичната зависимост от производителността или скоростта на въртене на колелото. Ако скоростта се намали 2 пъти, производителността на помпата ще спадне с 8 пъти. Наличието на дневен график за консумация на вода ви позволява да определите спестяванията на енергия за този период, ако управлявате честотното устройство. Благодарение на него е възможно да се автоматизира помпената станция и по този начин да се оптимизира налягането на водата в мрежите.
Работа на вентилационни и климатични системи
Максимален въздушен поток във вентилационните системи не винаги е необходим. Работните условия може да изискват намаляване на производителността. Традиционно за това се използва дроселиране, когато скоростта на колелото остава постоянна. По-удобно е да променяте скоростта на въздушния поток поради честотно-контролираното задвижване, когато се променят сезонните и климатичните условия, отделянето на топлина, влага, пари и вредни газове.
Икономия на енергия във вентилационните и климатичните системи се постига не по-ниска от тази в помпените станции, тъй като консумацията на енергия при въртене на вала е в кубичната зависимост от оборотите.
Устройство с преобразувател на честота
Модерното честотно задвижване е подредено по схемата с двоен преобразувател. Състои се от токоизправител и импулсен инвертор със система за управление.
Следпоправяйки мрежовото напрежение, сигналът се изглажда от филтър и се подава към инвертор с шест транзисторни превключвателя, където всеки от тях е свързан към статорните намотки на асинхронен електродвигател. Устройството преобразува ректифицирания сигнал в трифазен сигнал с необходимата честота и амплитуда. Силовите IGBT в изходните стъпала имат висока честота на превключване и осигуряват чиста квадратна вълна без изкривявания. Поради филтриращите свойства на намотките на двигателя, формата на кривата на тока на техния изход остава синусоидална.
Методи за контрол на амплитудата на сигнала
Изходното напрежение се регулира по два метода:
- Амплитуда - промяна в стойността на напрежението.
- Широкотинна импулсна модулация е метод за преобразуване на импулсен сигнал, при който продължителността му се променя, но честотата остава непроменена. Тук мощността зависи от ширината на импулса.
Вторият метод се използва най-често във връзка с развитието на микропроцесорната технология. Съвременните инвертори се правят с помощта на транзистори за изключване на GTO или IGBT.
Възможност и приложение на преобразуватели
Честотното устройство има много възможности.
- Регулирайте честотата на трифазното захранващо напрежение от нула до 400 Hz.
- Ускоряване или забавяне на електродвигателя от 0,01 сек. до 50 мин. според даден закон за времето (обикновено линеен). По време на ускорение е възможно не само намаляване, но и увеличение до 150% на динамичния и стартовия въртящ момент.
- Заден ход на двигателя с дадените режими на спиране и ускорение до желанияскорост в другата посока.
- Инверторите разполагат с конфигурируема електронна защита срещу къси съединения, претоварвания, земни течове и отворени електропроводи на двигателя.
- Цифровите дисплеи на преобразувателите показват данни за техните параметри: честота, захранващо напрежение, скорост, ток и др.
- V/f характеристиките се настройват в преобразувателите в зависимост от това какви натоварвания на двигателя са необходими. Функциите на системите за управление, базирани на тях, се осигуряват от вградени контролери.
- За ниски честоти е важно да използвате векторно управление, което ви позволява да работите с пълния въртящ момент на двигателя, да поддържате постоянна скорост при промяна на натоварването и да контролирате въртящия момент на вала. Задвижването с променлива честота работи добре при правилно въвеждане на паспортните данни на двигателя и след успешно тестване. Известни продукти от HYUNDAI, Sanyu и др.
Области на приложение на преобразувателите са както следва:
- помпи в системи за топла и студена вода и топлоснабдяване;
- помпи за суспензия, пясък и суспензия на концентратори;
- транспортни системи: конвейери, ролкови маси и други средства;
- миксери, мелници, трошачки, екструдери, дозатори, хранилки;
- центрофуги;
- асансьори;
- металургично оборудване;
- оборудване за пробиване;
- електрически задвижвания на металорежещи машини;
- оборудване за багери и кранове, манипулаторни механизми.
Производители на честотни преобразуватели, рецензии
Домашният производител вече е започнал да произвежда продукти, подходящи за потребителите по отношение на качество и цена. Предимството е възможността бързо да получите правилното устройство, както и подробни съвети за настройка.
Фирма "Ефективни системи" произвежда серийни продукти и пилотни партиди оборудване. Продуктите се използват за домашна употреба, в малкия бизнес и в индустрията. Производителят Vesper произвежда седем серии преобразуватели, сред които има многофункционални конвертори, подходящи за повечето индустриални механизми.
Датската компания Danfoss е лидер в производството на частотникови. Продуктите му се използват във вентилационни, климатични, водоснабдителни и отоплителни системи. Финландската компания Vacon, която е част от датската компания, произвежда модулни конструкции, от които можете да сглобите необходимите устройства без ненужни части, което спестява компоненти. Известни са също конвертори на международния концерн ABB, използвани в индустрията и в ежедневието.
Съдейки по рецензиите, евтините домашни преобразуватели могат да се използват за решаване на прости типични проблеми, докато сложните се нуждаят от марка с много повече настройки.
Заключение
Честното задвижване управлява електродвигателя, като променя честотата и амплитудата на захранващото напрежение, като същевременно го предпазва от неизправности: претоварвания, къси съединения, прекъсвания в захранващата мрежа. Такива електрически задвижващи механизми изпълняват три основни функции,свързани с ускорението, забавянето и скоростта на двигателя. Това подобрява ефективността на оборудването в много области на технологиите.
