Què és un convertidor de freqüència, com funciona i per a què serveix
Definició
Per definició, un convertidor de freqüència és un convertidor de potència electrònic per canviar la freqüència d’un corrent altern. Però depenent del rendiment, tant el nivell de tensió com el nombre de fases canvien. Potser no us serà del tot clar per què es necessita aquest dispositiu, però procurarem que us expliquem en paraules simples.
La freqüència de rotació de l’eix dels motors sincrònics i asíncrons (HELL) depèn de la freqüència de rotació del flux magnètic de l’estator i es determina mitjançant la fórmula:
n = (60 * F / p) * (1-S),
on n és el nombre de revolucions de l’eix HELL, p és el nombre de parells de pols, s és lliscant, f és la freqüència del corrent altern.
En termes simples, la velocitat del rotor depèn de la freqüència i del nombre de parells de pols. El nombre de parells de pols està determinat pel disseny de les bobines de l'estator i la freqüència del corrent a la xarxa és constant. Per tant, per regular la velocitat, només podem controlar la freqüència amb l'ajuda de convertidors.
Dispositiu
En vista de l'anterior, tornem a formular la resposta a la pregunta de què es tracta:
Un convertidor de freqüència és un dispositiu electrònic per canviar la freqüència d’un corrent altern i, per tant, la velocitat de rotació del rotor d’una màquina elèctrica asíncrona (i síncrona).
El símbol gràfic d'acord amb GOST 2.737-68 es pot veure a continuació:
S’anomena electrònica perquè es basa en un circuit d’interruptor de semiconductors. Depenent de les característiques funcionals i del tipus de control, es modificarà tant el diagrama del circuit com l’algoritme de funcionament.
Al diagrama següent veieu com s’ordena el convertidor de freqüència:
El principi de funcionament del convertidor de freqüència és el següent:
- La tensió de subministrament es subministra al rectificador 1 i es converteix en un polsador rectificat.
- Al bloc 2, les pulsacions es suavitzen i es compensa parcialment el component reactiu.
- El bloc 3 és un grup d’interruptors d’energia controlats per un sistema de control (4) mitjançant la modulació de l’amplada de l’impuls (PWM). Aquest disseny permet obtenir una tensió regulada per PWM de dos nivells a la sortida que, després de suavitzar, s’acosta a una forma sinusoïdal. En models cars, s’ha utilitzat un esquema de tres nivells, on s’utilitzen més claus. Permet aproximar-se a la forma d'ona sinusoïdal. Com a interruptors semiconductors es poden utilitzar tiristors, transistors d'efecte de camp o IGBT. Darrerament, els dos últims tipus són els més exigits i són populars per l'eficiència, les petites pèrdues i la facilitat de gestió.
- Utilitzant PWM, en paraules simples, es forma el nivell de tensió requerit: així es modula l'ona sinusoïdal, incloent alternativament parells de claus tensió de línia.
Així doncs, hem descrit breument com funciona el convertidor de freqüència d’un motor elèctric i en què consisteix. S’utilitza com a font d’alimentació secundària i no només controla la forma de la xarxa de subministrament actual, sinó que converteix el seu valor i freqüència d’acord amb els paràmetres especificats.
Tipus de chastotniks i abast
Maneres de gestió
L’ajustament de velocitat es pot dur a terme de diferents maneres, tant pel mètode d’establiment de la freqüència requerida, com pel mètode de regulació. Chastotniki segons el mètode de control es divideix en dos tipus:
- Amb control escalar.
- Amb control vectorial.
Els dispositius del primer tipus regulen la freqüència segons una funció U / F determinada, és a dir, el voltatge canvia juntament amb la freqüència. A continuació es pot observar un exemple de dependència de la tensió de la freqüència.
Pot ser diferent i programat per a una càrrega específica, per exemple, en els ventiladors no és lineal, però s’assembla a una branca de parabola. Aquest principi de funcionament manté gairebé constant el flux magnètic en el buit entre el rotor i l'estator.
Una característica del control escalar és la seva prevalença i la relativa facilitat d’implementació. S'utilitza més sovint per a bombes, ventiladors i compressors. Aquests chastotniks s'utilitzen sovint si és necessari per mantenir una pressió estable (o un altre paràmetre), si es pot considerar bombes submergibles per a pous.
A la producció, l’abast és ampli, per exemple, el control de pressió a les mateixes canonades i el rendiment dels sistemes de ventilació automàtica. L'interval de control sol ser d'1:10, en termes simples, la velocitat màxima respecte al mínim pot diferir 10 vegades. A causa de les peculiaritats de la implementació d'algorismes i circuits, aquests dispositius solen ser més barats, que és el principal avantatge.
Desavantatges:
- Suport de revoc no massa precís.
- Resposta més lenta al canvi de règim.
- Molt sovint no hi ha manera de controlar el moment en l’eix.
- Amb un augment de la velocitat per sobre del nominal, el moment de l’eix del motor baixa (és a dir, quan augmentem la freqüència per sobre dels 50 Hz nominals).
Aquest últim es deu al fet que la tensió a la sortida depèn de la freqüència, a la freqüència nominal el voltatge és igual al voltatge de xarxa, i el chastotnik no sap augmentar-lo més alt, al gràfic podríeu veure una part uniforme de la trama després de 50 Hz. Cal destacar que la dependència del moment de la freqüència, cau segons la llei 1 / f, es mostra en vermell al gràfic següent, i la dependència de la potència de la freqüència és blava.
Els convertidors de freqüència controlats amb vector tenen un principi de funcionament diferent, no només és la tensió que correspon a la corba U / F. Les característiques del voltatge de sortida varien d’acord amb els senyals dels sensors, de manera que es manté un cert moment a l’eix. Però, per què necessitem aquest mètode de control? Una configuració més precisa i ràpida són els segments d’un convertidor de freqüència controlat per vector. Això és important en aquests mecanismes en què el principi d’acció s’associa a un fort canvi de la càrrega i del parell a l’òrgan executiu.
Aquesta càrrega és típica per a tornejat i altres tipus de màquines, inclòs el CNC. La precisió de la regulació és de fins a un 1,5%, l’àmbit d’ajust és d’1: 100, per a una major precisió amb sensors de velocitat, etc. - 0,2% i 1: 10000, respectivament.
Hi ha una opinió sobre els fòrums que avui en dia la diferència de preus entre els vectors i els scalstniks és inferior al que hi havia abans (15-35% segons el fabricant), i la diferència principal és més del firmware que dels circuits. Tingueu en compte que la majoria de models vectorials també donen suport al control escalar.
Beneficis:
- major estabilitat i precisió;
- resposta més ràpida als canvis de càrrega i un parell elevat a baixa velocitat;
- un ventall més ampli de regulació.
L’inconvenient principal és que costa més que els escalars.
En ambdós casos, la freqüència es pot configurar manualment o mitjançant sensors, per exemple, un sensor de pressió o un mesurador de flux (si es tracta de bombes), un potenciòmetre o un codificador.
Tots o gairebé tots els convertidors de freqüència tenen una funció d’arrencada suau, cosa que facilita la posada en marxa dels motors dels generadors d’emergència sense pràcticament cap risc de sobrecarregar-lo.
Nombre de fases
A més dels mètodes de resposta, els chastotniks difereixen pel nombre de fases d'entrada i sortida. Així, distingiu els convertidors de freqüència amb entrada monofàsica i trifàsica.
Al mateix temps, la majoria de models trifàsics poden alimentar-se per una fase, però amb aquesta aplicació la seva potència disminueix fins al 30-50%. Això es deu a la càrrega de corrent admissible en díodes i altres elements del circuit de potència. Els models monofàsics estan disponibles en un rang de potència de fins a 3 kW.
Important! Tingueu en compte que, amb una connexió monofàsica amb un voltatge d’entrada de 220V, hi haurà una sortida de 3 fases de 220V, i no de 380V. És a dir, la sortida lineal serà exactament de 220V, en definitiva. En aquest sentit, cal que els motors comuns amb bobinats dissenyats per a tensió de 380 / 220V estiguin connectats en un triangle i els de 127 / 220V - en una estrella.
A la xarxa es poden trobar moltes ofertes, com ara “convertidor de freqüència de 220 a 380”. Això és, en la majoria dels casos, màrqueting, els venedors anomenen “380V” a tres etapes.
Per obtenir 380V reals d’una fase, cal utilitzar un transformador monofàsic 220/380 (si l’entrada del convertidor de freqüència està dissenyada per a un voltatge d’aquest tipus), o bé utilitzar un convertidor de freqüència especialitzat amb una entrada monofàsica i una sortida trifàsica de 380V.
Un tipus de convertidors de freqüència més separat i més rar són els inversors monofàsics amb una sortida monofàsica 220. Estan dissenyats per regular els motors monofàsics amb arrencada del condensador. Un exemple d'aquests dispositius són:
- ERMAN ER-G-220-01
- IDD INNOVERT
Diagrama de cablejat
En realitat, per obtenir una sortida trifàsica d’un convertidor de freqüència 380V, heu de connectar una entrada trifàsica de 380V:
La connexió d’un chastotnik a una fase és similar, tret de connectar els cables de subministrament:
Un convertidor de freqüència monofàsic per a un motor amb condensador (bomba o ventilador de poca potència) està connectat de la manera següent:
Com es pot veure en els esquemes, a més dels cables d'alimentació i filferro del motor, el convertidor de freqüència té altres terminals, sensors, botons del tauler de control remot, busos per connectar-se a un ordinador (normalment l'estàndard RS-485), etc. Això fa possible controlar el motor mitjançant cables de senyal prim, cosa que permet extreure el convertidor de freqüència en un quadre elèctric.
Els chastotniki són dispositius universals, amb un objectiu no només d’ajust de velocitat, sinó també de protecció del motor elèctric contra modes de funcionament i alimentació incorrectes, així com sobrecàrregues. A més de la funció principal, els dispositius realitzen una bona posada en marxa de les unitats, que redueix el desgast dels equips i les càrregues de potència. El principi de funcionament i la profunditat de configuració dels paràmetres de la majoria de convertidors de freqüència permeten estalviar electricitat en controlar les bombes (anteriorment es va realitzar el control no a causa del rendiment de la bomba, sinó a l’ús de vàlvules) i d’altres equips.
És aquí on acabem la consideració del problema. Esperem que després de llegir l'article entengueu què és un convertidor de freqüència i per què es necessita. Per acabar, recomanem veure un vídeo útil sobre el tema:
Segur que no ho sabeu:
Carregant ...
