V rôznych situáciách môže byť potrebné previesť frekvenciu počiatočného prúdu na prúd s regulovaným frekvenčným napätím. To je potrebné napríklad pri prevádzke asynchrónnych motorov na zmenu ich rýchlosti otáčania. Tento článok sa bude zaoberať účelom a princípom činnosti frekvenčného meniča.
Obsah
Čo je to frekvenčný menič
Frekvenčný menič (FC) je elektrické zariadenie, ktoré premieňa a plynule reguluje jednofázový alebo trojfázový striedavý prúd s frekvenciou 50 Hz na podobný typ prúdu s frekvenciou 1 až 800 Hz. Takéto zariadenia sa široko používajú na riadenie prevádzky rôznych asynchrónnych elektrických strojov, napríklad na zmenu frekvencie ich otáčania. Existujú aj zariadenia na použitie v priemyselných sieťach vysokého napätia.
Jednoduché meniče regulujú frekvenciu a napätie podľa U/f charakteristiky, zložité zariadenia využívajú vektorové riadenie.
Frekvenčný menič je technicky zložité zariadenie a pozostáva nielen z frekvenčného meniča, ale má aj ochranu proti nadprúdu, prepätiu a skratu. Takéto zariadenie môže mať tiež tlmivku na zlepšenie tvaru vlny a filtre na zníženie rôznych elektromagnetických interferencií. Existujú elektronické meniče, ako aj elektrické strojové zariadenia.
Princíp činnosti frekvenčného meniča
Elektronický menič pozostáva z niekoľkých hlavných komponentov: usmerňovača, filtra, mikroprocesora a meniča.
Usmerňovač má kopu diód alebo tyristorov, ktoré usmerňujú počiatočný prúd na vstupe do prevodníka. Diódové meniče sa vyznačujú úplnou absenciou zvlnenia, sú to lacné, ale zároveň spoľahlivé zariadenia. Tyristorové meniče vytvárajú možnosť prúdenia prúdu v oboch smeroch a umožňujú návrat elektrickej energie do siete pri brzdení motora.
Filter používané v tyristorových zariadeniach na zníženie alebo odstránenie zvlnenia napätia. Vyhladzovanie sa vykonáva pomocou kapacitných alebo indukčno-kapacitných filtrov.
Mikroprocesor – je riadiacim a analytickým článkom prevodníka. Prijíma a spracováva signály zo snímačov, čo umožňuje upraviť výstupný signál z frekvenčného meniča so zabudovaným PID regulátorom.Tento systémový komponent taktiež zaznamenáva a ukladá dáta udalostí, registruje a chráni zariadenie pred preťažením, skratom, analyzuje prevádzkový režim a v prípade núdzovej prevádzky zariadenie vypne.
striedač napätie a prúd sa používa na ovládanie elektrických strojov, to znamená na plynulé riadenie frekvencie prúdu. Takéto zariadenie produkuje výstup „čistý sínus“, čo umožňuje jeho využitie v mnohých priemyselných odvetviach.
Princíp činnosti elektronického frekvenčného meniča (invertora) pozostáva z nasledujúcich fáz práce:
- Vstupný sínusový striedavý jednofázový alebo trojfázový prúd je usmernený diódovým mostíkom alebo tyristormi;
- Pomocou špeciálnych filtrov (kondenzátorov) sa signál filtruje, aby sa znížilo alebo eliminovalo zvlnenie napätia;
- Napätie sa prevádza na trojfázovú vlnu s určitými parametrami pomocou mikroobvodu a tranzistorového mostíka;
- Na výstupe meniča sú obdĺžnikové impulzy prevedené na sínusové napätie so špecifikovanými parametrami.
Typy frekvenčných meničov
Existuje niekoľko typov frekvenčných meničov, ktoré sú v súčasnosti najbežnejšie na výrobu a použitie:
Elektrostrojové (elektroindukčné) meniče: sa používajú v prípadoch, keď je nemožné alebo nevhodné použiť elektronické FC. Štrukturálne sú takéto zariadenia asynchrónne motory s fázovým rotorom, ktoré pracujú v režime generátor-konvertor.
Tieto zariadenia sú skalárne riadené konvertory. Na výstupe tohto zariadenia sa vytvorí napätie danej amplitúdy a frekvencie na udržanie určitého magnetického toku vo vinutiach statora.Používajú sa v prípadoch, keď nie je potrebné udržiavať otáčky rotora v závislosti od zaťaženia (čerpadlá, ventilátory a iné zariadenia).
Elektronické prevodníky: široko používané vo všetkých pracovných podmienkach pre rôzne zariadenia. Takéto zariadenia sú vektorové, automaticky vypočítavajú interakciu magnetických polí statora a rotora a poskytujú konštantnú hodnotu rýchlosti rotora bez ohľadu na zaťaženie.
- Cyklokonvertory;
- Cykloinvertory;
- Invertor s medziobvodom:
- Frekvenčný menič zdroja prúdu;
- Frekvenčný menič zdroja napätia (s amplitúdovou alebo pulzovo-šírkovou moduláciou).
Podľa rozsahu môže byť vybavenie:
- pre zariadenia s výkonom do 315 kW;
- vektorové meniče pre výkon do 500 kW;
- Zariadenia odolné proti výbuchu na použitie vo výbušnom a prašnom prostredí;
- frekvenčné meniče namontované na elektrických motoroch;
Každý typ frekvenčného meniča má určité výhody a nevýhody a je použiteľný pre rôzne zariadenia a záťaže, ako aj pracovné podmienky.
Frekvenčný menič je možné ovládať manuálne alebo externe. Manuálne ovládanie sa vykonáva z ovládacieho panela meniča, ktorý môže upraviť rýchlosť alebo zastaviť prevádzku. Externé ovládanie sa vykonáva pomocou automatických riadiacich systémov (APCS), ktoré dokážu ovládať všetky parametre zariadenia a umožňujú prepínať schému alebo prevádzkový režim (cez FC alebo bypass).Externé ovládanie tiež umožňuje naprogramovať činnosť meniča v závislosti od prevádzkových podmienok, zaťaženia, času, čo umožňuje pracovať v automatickom režime.
Prečo môže elektromotor potrebovať frekvenčný menič?
Použitie frekvenčných meničov umožňuje znížiť náklady na elektrickú energiu, náklady na odpisy motorov a zariadení. Môžu byť použité pre lacné motory s klietkou nakrátko, čo znižuje výrobné náklady.
Mnoho elektromotorov pracuje v podmienkach častej zmeny prevádzkových režimov (časté štarty a zastavenia, zmena zaťaženia). Frekvenčné meniče umožňujú plynulé spustenie motora a zníženie maximálneho rozbehového momentu a ohrevu zariadenia. To je dôležité napríklad pri zdvíhacích strojoch a umožňuje to znížiť negatívny vplyv náhlych štartov, ako aj eliminovať kývanie bremena a trhanie pri zastavení.
Pomocou meniča môžete plynulo regulovať chod dúchadiel, čerpadiel a umožňuje automatizovať technologické procesy (používané v kotolniach, v baníctve, v sektore ropy a rafinácie ropy, vo vodárňach a iných podnikoch).
Použitie frekvenčných meničov v dopravníkoch, dopravníkoch, výťahoch umožňuje zvýšiť životnosť ich komponentov, pretože znižuje trhanie, otrasy a iné negatívne faktory pri spúšťaní a zastavovaní zariadení. Môžu plynulo zvyšovať a znižovať otáčky motora, vykonávať spätný pohyb, čo je dôležité pre veľké množstvo vysoko presných priemyselných zariadení.
Výhody frekvenčných meničov:
- Zníženie nákladov na energiu: znížením štartovacích prúdov a úpravou výkonu motora na základe zaťaženia;
- Zvýšenie spoľahlivosti a životnosti zariadení: umožňuje predĺžiť životnosť a predĺžiť obdobie od jednej technickej služby k druhej;
- Umožňuje vám implementovať externú kontrolu a správu zariadení zo vzdialených počítačových zariadení a schopnosť integrovať sa do automatizačných systémov;
- Frekvenčné meniče môžu pracovať s akýmkoľvek zaťažovacím výkonom (od jedného kilowattu po desiatky megawattov);
- Prítomnosť špeciálnych komponentov v zložení frekvenčných meničov vám umožňuje chrániť pred preťažením, výpadkom fázy a skratom, ako aj zabezpečiť bezpečnú prevádzku a vypnutie zariadenia v prípade núdze.
Samozrejme, pri pohľade na takýto zoznam výhod by sa človek mohol čudovať, prečo ich nevyužiť pre všetky motory v podniku? Odpoveď je zrejmá, bohužiaľ, ale toto sú vysoké náklady na chastotnikov, ich inštaláciu a úpravu. Nie každý podnik si môže dovoliť tieto náklady.
Podobné články:
