Кошик
59 відгуків

Сейчас компания не может быстро обрабатывать заказы и сообщения, поскольку по ее графику работы сегодня выходной. Ваша заявка будет обработана в ближайший рабочий день.

ТОВ "Гідро-Максимум"
+380971339977
+380503713700Инженер гидравлик Алина
+380675522377Инженер гидравлик Даниил
+380675710037Инженер гидравлик Алина
Додати відгук
Кошик

Принцип роботи частотного перетворювача. Схема частотного приводу.

Принцип роботи частотного перетворювача. Схема частотного приводу.

Електроприводи постійного струму є дуже простими з точки зору організації системи регулювання швидкості обертання двигуна, але сам електродвигун є слабкою ланкою системи, адже він досить дорогий і при цьому не відрізняється особливою надійністю.

До того ж область застосування даних двигунів обмежена з-за зайвого іскріння щіток і, отже, підвищеної электроэрозии і зносу колектора, що до загальному не дозволяє використовувати двигуни постійного струму в запилених умовах і в середовищах з небезпекою вибуху. Альтернативою електроприводів постійного струму є комплексне застосування асинхронних двигунів змінного струму з частотними перетворювачами.

Асинхронні двигуни повсюдно використовуються на увазі дуже простого пристрою і надійності, при менших габаритах і масі вони забезпечують таку ж потужність, як і двигуни постійного струму. Головним мінусом їх є складність організації системи регулювання швидкості двигуна традиційними для двигунів постійного струму методами. Теоретична база для розробки перших частотних перетворювачів, які могли вже тоді стати вирішенням питання регулювання швидкості, була закладена ще в 30-ті роки двадцятого століття. Відсутність мікропроцесорів і транзисторів не дозволяло втілити теорію в практику, але з появою транзисторних схем і керуючих мікропроцесорів в Японії, США і Європі приблизно в один час були розроблені варіанти частотних перетворювачів.

При наявності інших способів керування швидкості обертання виконуючих механізмів (мова йде про механічні варіатора, резисторних групах, що вводяться в ротор/статор, електромеханічних частотних перетворювачів, гідравліки) найбільш ефективним є використання статичних частотних перетворювачів, який економічним вигідніше інших варіантів на увазі дешевизни монтажу, експлуатації і високого ККД. Невибагливість перетворювачів також обумовлена відсутністю рухомих частин на увазі того, що регулювання здійснюється на етапі подачі струму і заснована на зміні параметрів живлення, а не на контроль за швидкістю обертання за допомогою засобів механічного управління.

Який принцип частотних методів регулювання? Наочне пояснення можна вивести з наступної формули

formula1

З виразу видно, що шляхом зміни частоти вхідної напруги (f1) змінюється кутова швидкість статора, точніше його магнітного поля, але це взаємозалежні характеристики. Ефект досягається при постійному числі пар полюсів (p). Що це дає? В першу чергу, плавність регулювання (особливо при пікових навантаженнях в момент пуску двигуна) швидкості при дуже високій жорсткості механічних характеристик. Також досягається підвищене ковзання асинхронного двигуна, що істотно знижує втрати потужності і збільшує коефіцієнт корисної дії.

Високі показники ККД, коефіцієнта потужності, перевантажувальної здатності досягаються при одночасному зміні частоти і напруги. Закони зміни цих параметрів залежать від моменту навантаження, що може мати статичний, вентиляторний і назад пропорційний швидкості обертання характер.

При постійному моменті навантаження напруга на статорі буде регулюватися в пропорційній залежності від частоти, що добре видно з формули:

formula0

Якщо момент навантаження має вентиляторний характер, то напруга пропорційно квадрату частоти живлячої напруги.

formula1 (1)

Ну і моменті навантаження, який обернено пропорційний швидкості отримаємо:

formula2

Як видно з вищеописаного при забезпеченні одночасного регулювання частоти живлячої напруги і параметрів напруги на статорі частотним перетворювачем досягається плавне безступінчате регулювання швидкості обертання валу двигуна. При цьому відсутність передач дозволяє більш точно регулювати швидкість обертання за заданими користувачем параметрами.

Основні переваги застосування регульованих приводів на підприємствах.

Інтеграція систем регулювання якісно змінює технічні характеристики всіх учасників технологічного процесу, що потребує регулювання. Велика частина економічної ефективності полягає у можливості регулювання за допомогою частотного перетворювача технологічних характеристик процесів, температури, тиску, швидкості руху, швидкості подачі головного руху. Звичайно ж, максимальна ефективність досягається на об'єктах, призначених для переміщення рідких мас. Досі популярним способом регулювання швидкості потоку та потужності є застосування заслінок і заглушок, в окремих випадках різних регулюючих механічних клапанів, але ці методи менш ефективні ніж зміна швидкості самого виконавчого механізму і чреваті втратами транспортованої рідини.

preobraz

Різниця в продуктивності і ефективності між дроселюванням допомогою механічних засобів і застосуванням частотних перетворювачів очевидна на наступному малюнку. (схема 1) Зі схеми стає ясно, що зростає економія ресурсів, а також нівелюються проблеми, пов'язані з повною втратою динамічної потужності потоку під час закриття заслінок, що призводить, по суті, до холостий роботі двигуна. Це збільшує економічну ефективність частотних перетворювачів.

Конструкція типового частотного перетворювача.

Принциповим завданням перетворювача частоти є зміна параметрів електричного струму, це здійснюється за допомогою транзисторного випрямлення струму і перетворення його до необхідних заданих значень. Типовий частотний перетворювач складається з трьох частин:

- Ланка постійного струму. Складається з випрямляча і фільтраційних пристроїв. Ланка постійного струму приймає вхідний сигнал і перенаправляє його на інвертор.

- Імпульсного інвертора. Силовий трифазний інвертор зазвичай має шість транзисторів-ключів і здійснює перетворення струму до заданих частот та амплітуд, а потім подає його на статор. Інвертор може складатися з тиристорної схеми.

- Мікропроцесорної системи управління. Керує системами перетворення і захисту перетворювача.

Чітка вихідного сигналу синусоїда – результат роботи IGBT-транзисторів у якості ключів інвертора, які працюють з більш високою частотою перемикання, ніж застарілі тиристори.

Як працює частотний перетворювач?

Схема перетворювача представлена в наочному вигляді на наступному малюнку. (схема 2)

На схемі відображено основні структурні частини перетворювача, а саме: інвертор, діодний силовий випрямляч, модуль керування широтно-імпульсною модуляцією, система керування, дросель і конденсатор фільтра. Регулювання вихідної частоти і напруги (fвых. і Uвих., відповідно) здійснюється шляхом широтно-імпульсного керування високої частоти. Управління залежить від періодичності модуляції. Це період, протягом якого статор по черзі отримує сигнал від позитивного і негативного полюса напруги. Тривалість періоду модулюється згідно з синусоїдальним законом гармонійних частот, додаткове перетворення відбувається вже в обмотках двигуна, де після фільтрації струм має вже строго синусоїдальну форму.

princip_

Сама крива вихідної напруги – це двополярна послідовність високої частоти, створена прямокутними імпульсами. Дані параметри також регулюються широтно-імпульсною модуляцією, а сама ширина імпульсів модулюється за синусоїдальним законом. Зміна характеристик вихідної напруги здійснюється одним із двох способів: зміна AP (амплітуди) шляхом регуляції значення вхідної напруги Uвх.; при Uвх., мають постійне значення, шляхом внесення змін у програму, контролює періодичність перемикання перемикачів V1-V6. Наявність сучасних IBGT-транзисторів на мікропроцесорному управлінні застосування другого способу є більш продуктивним і широко використовуваним. ШІМ також дозволяє домогтися форми кривої струму близькою до синусоїді, але вже завдяки властивостям обмоток, які виконують функції фільтра.

grafik_s

Даний метод також дозволяє істотно збільшити коефіцієнт корисної дії перетворювача і за своїми характеристиками повністю аналогічно методиці управління шляхом зміни амплітуди і частоти струму. У наш час існує кілька компоновок інверторів з керованими ключами: замикаються GTO тиристори; біполярні IGBT-транзисторні ключі з затвором. З прикладом можна ознайомитися на наступному малюнку. (малюнок 2) Тут зображена трифазна мостова схема з використанням IGBT-транзисторів. Автономний інвертор. В даній схемі використовується комплекс з 6 транзисторних ключів (на схемі V1-V6), ємнісного фільтра струму. Транзистори включені за допомогою діодів зворотного струму (на схемі D1-D6) з зустрічно-паралельною схемою.

Алгоритм перемикання вентилів задається мікропроцесором, перемикання перетворює постійну Uвх. в змінну вихідна напруга з прямокутними імпульсами. Активна складова токового потоку асинхронного двигуна проходить через транзистори, а реактивна – через діоди зворотного струму.

І – трифазний мостовий інвертор;
В – трифазний мостовий випрямляч;

Сф – конденсатор фільтра;