VFD ovládání umožňuje pomocí speciálního měniče flexibilně měnit provozní režimy elektromotoru: start, stop, akcelerace, brzda, změna rychlosti otáčení.
Změna frekvence napájecího napětí vede ke změně úhlové rychlosti magnetického pole statoru. Když frekvence klesá, otáčky motoru se snižují a skluz se zvyšuje.
Princip činnosti měniče kmitočtu
Hlavní nevýhodou asynchronních motorů je složitost regulace otáček tradičními způsoby: změnou napájecího napětí a zavedením přídavných odporů do obvodu vinutí. Dokonalejší je frekvenční pohon elektromotoru. Donedávna byly měniče drahé, ale nástup IGBT tranzistorů a mikroprocesorových řídicích systémů umožnil zahraničním výrobcům vytvářet cenově dostupná zařízení. Většinaperfektní jsou nyní statické frekvenční měniče.
Úhlová rychlost magnetického pole statoru ω0 se mění v poměru k frekvenci ƒ1 podle vzorce:
ω0=2π׃1/p, kde p je počet párů pólů.
Metoda poskytuje plynulé ovládání rychlosti. V tomto případě se rychlost posuvu motoru nezvýší.
Pro dosažení vysokého energetického výkonu motoru - účinnost, účiník a přetížitelnost spolu s frekvencí změňte napájecí napětí podle určitých závislostí:
- konstantní zatěžovací moment – U1/ ƒ1=const;
- ventilátorový charakter momentu zatížení - U1/ ƒ12=konst;
- Zatěžovací moment nepřímo úměrný rychlosti - U1/√ ƒ1=konst.
Tyto funkce jsou implementovány pomocí převodníku, který současně mění frekvenci a napětí na statoru motoru. Elektrická energie se šetří díky regulaci pomocí potřebného technologického parametru: tlak čerpadla, výkon ventilátoru, rychlost posuvu stroje atd. V tomto případě se parametry plynule mění.
Metody řízení frekvence asynchronních a synchronních elektromotorů
U frekvenčně řízeného pohonu založeného na asynchronních motorech s rotorem nakrátko se používají dva způsoby řízení – skalární a vektorový. V prvním případě se současně měníamplituda a frekvence napájecího napětí.
Je to nutné pro udržení výkonu motoru, nejčastěji konstantního poměru jeho maximálního točivého momentu k momentu odporu na hřídeli. Výsledkem je, že účinnost a účiník zůstávají nezměněny v celém rozsahu otáček.
Vektorová regulace spočívá v současné změně amplitudy a fáze proudu na statoru.
Frekvenční pohon motoru synchronního typu pracuje pouze při malých zátěžích, při jejichž nárůstu nad povolené hodnoty může dojít k porušení synchronizace.
Výhody frekvenčního měniče
Řízení frekvence má oproti jiným metodám celou řadu výhod.
- Automatizace motoru a výrobních procesů.
- Měkký start, který eliminuje typické chyby, ke kterým dochází při zrychlování motoru. Zlepšení spolehlivosti frekvenčního měniče a zařízení snížením přetížení.
- Zlepšit celkovou ekonomiku jízdy a výkon.
- Vytvoření konstantní rychlosti elektromotoru bez ohledu na charakter zátěže, což je důležité při přechodových jevech. Použití zpětné vazby umožňuje udržovat konstantní otáčky motoru při různých rušivých vlivech, zejména při proměnném zatížení.
- Převodníky lze snadno integrovat do stávajících technických systémů bez zásadních změn a zastavení technologických procesů. Rozsah výkonu je velký, ale s jejich nárůstemceny podstatně rostou.
- Schopnost opustit variátory, převodovky, škrticí klapky a další ovládací zařízení nebo rozšířit rozsah jejich použití. Výsledkem jsou značné úspory energie.
- Odstranění škodlivých účinků přechodových jevů na procesní zařízení, jako jsou vodní rázy nebo zvýšený tlak kapaliny v potrubí při současném snížení její spotřeby v noci.
Vady
Stejně jako všechny invertory jsou chastotniki zdrojem rušení. Potřebují nainstalovat filtry.
Náklady na značky jsou vysoké. Výrazně se zvyšuje s rostoucím výkonem zařízení.
Nastavení frekvence pro přepravu tekutin
V zařízeních, kde se čerpá voda a jiné kapaliny, se regulace průtoku většinou provádí pomocí šoupátek a ventilů. V současné době je slibným směrem použití frekvenčního pohonu čerpadla nebo ventilátoru, který uvádí jejich lopatky do pohybu.
Použití frekvenčního měniče jako alternativy škrticí klapky přináší úsporu energie až 75 %. Ventil, který zadržuje tok tekutiny, nevykonává užitečnou práci. Zároveň se zvyšuje ztráta energie a hmoty pro její přepravu.
Frekvenční měnič umožňuje udržovat konstantní tlak u spotřebiče, když se mění průtok kapaliny. Z tlakového snímače je vysílán signál do pohonu, který mění otáčky motoru a tím je regulujeotáčky, udržování nastaveného průtoku.
Čerpací jednotky se ovládají změnou jejich výkonu. Příkon čerpadla je v kubické závislosti na výkonu nebo rychlosti otáčení kola. Pokud se rychlost sníží 2krát, výkon čerpadla klesne 8krát. Přítomnost denního plánu spotřeby vody vám umožňuje určit úspory energie pro toto období, pokud řídíte frekvenční měnič. Díky tomu je možné automatizovat čerpací stanici a tím optimalizovat tlak vody v sítích.
Provoz ventilačních a klimatizačních systémů
Maximální proudění vzduchu ve ventilačních systémech není vždy potřeba. Provozní podmínky mohou vyžadovat snížení výkonu. Tradičně se k tomu používá škrcení, kdy otáčky kola zůstávají konstantní. Při změně sezónních a klimatických podmínek, uvolňování tepla, vlhkosti, par a škodlivých plynů je pohodlnější měnit rychlost proudění vzduchu díky frekvenčně řízenému pohonu.
Úspor energie ve ventilačních a klimatizačních systémech není dosahováno nižších než u čerpacích stanic, protože spotřeba energie otáčení hřídele je v krychlové závislosti na otáčkách.
Zařízení s frekvenčním měničem
Moderní frekvenční měnič je uspořádán podle schématu s dvojitým měničem. Skládá se z usměrňovače a pulzního měniče s řídicím systémem.
Pousměrnění síťového napětí je signál vyhlazen filtrem a přiveden do měniče se šesti tranzistorovými spínači, kde je každý z nich připojen k vinutí statoru asynchronního elektromotoru. Jednotka převádí usměrněný signál na třífázový signál o požadované frekvenci a amplitudě. Výkonové IGBT v koncových stupních mají vysokou spínací frekvenci a poskytují ostrý obdélníkový průběh bez zkreslení. Vzhledem k filtračním vlastnostem vinutí motoru zůstává tvar proudové křivky na jejich výstupu sinusový.
Metody řízení amplitudy signálu
Výstupní napětí je regulováno dvěma způsoby:
- Amplituda – změna hodnoty napětí.
- Pulsně šířková modulace je metoda převodu pulzního signálu, při které se mění jeho trvání, ale frekvence zůstává nezměněna. Zde výkon závisí na šířce pulzu.
Druhá metoda se používá nejčastěji v souvislosti s rozvojem mikroprocesorové techniky. Moderní invertory jsou vyrobeny pomocí vypínacích tranzistorů GTO nebo IGBT.
Schopnost a použití konvertorů
Frekvenční měnič má mnoho možností.
- Regulujte frekvenci třífázového napájecího napětí od nuly do 400 Hz.
- Zrychlení nebo zpomalení elektromotoru od 0,01 sec. až 50 min. podle daného zákona času (obvykle lineárního). Při akceleraci je možný nejen pokles, ale také nárůst až o 150 % dynamického a rozjezdového momentu.
- Zpátečka motoru s danými režimy brzdění a akcelerace na požadovanýrychlost v opačném směru.
- Invertory jsou vybaveny konfigurovatelnou elektronickou ochranou proti zkratu, přetížení, zemnímu svodu a otevřenému elektrickému vedení motoru.
- Digitální displeje převodníků zobrazují údaje o jejich parametrech: frekvenci, napájecí napětí, rychlost, proud atd.
- V/f charakteristiky jsou vyladěny v měničích v závislosti na požadovaném zatížení motoru. Funkce řídicích systémů na nich založených zajišťují vestavěné ovladače.
- Pro nízké frekvence je důležité použít vektorové řízení, které umožňuje pracovat s plným kroutícím momentem motoru, udržovat konstantní otáčky při změně zátěže a řídit kroutící moment na hřídeli. Frekvenční měnič funguje dobře se správným zadáním údajů z pasu motoru a po úspěšném testování. Známé produkty od HYUNDAI, Sanyu atd.
Oblasti použití konvertorů jsou následující:
- čerpadla v systémech zásobování teplou a studenou vodou a teplem;
- kalová, písková a kalová čerpadla koncentrátorů;
- dopravní systémy: dopravníky, válečkové dopravníky a další prostředky;
- mixéry, mlýny, drtiče, extrudéry, dávkovače, podavače;
- centrifugy;
- výtahy;
- hutní zařízení;
- vrtací zařízení;
- elektrické pohony obráběcích strojů;
- bagrové a jeřábové vybavení, manipulační mechanismy.
Výrobci frekvenčních měničů, recenze
Tuzemský výrobce již začal vyrábět produkty vhodné pro uživatele z hlediska kvality i ceny. Výhodou je možnost rychlého získání správného zařízení a také podrobné rady s nastavením.
Společnost "Effective systems" vyrábí sériové produkty a pilotní šarže zařízení. Výrobky se používají pro domácí použití, v drobném podnikání a v průmyslu. Výrobce Vesper vyrábí sedm řad měničů, mezi nimiž jsou multifunkční měniče vhodné pro většinu průmyslových mechanismů.
Dánská společnost Danfoss je lídrem ve výrobě chastotnikov. Její produkty se používají v systémech ventilace, klimatizace, zásobování vodou a vytápění. Finská společnost Vacon, která je součástí dánské společnosti, vyrábí modulární konstrukce, ze kterých můžete bez zbytečných dílů sestavit potřebná zařízení, čímž ušetříte na součástkách. Známé jsou také konvertory mezinárodního koncernu ABB, používané v průmyslu i v každodenním životě.
Soudě podle recenzí lze levné domácí konvertory použít k řešení jednoduchých typických problémů, zatímco ty složité potřebují značku s mnohem více nastaveními.
Závěr
Frekvenční měnič ovládá elektromotor změnou frekvence a amplitudy napájecího napětí a zároveň jej chrání před poruchami: přetížením, zkratem, přerušením napájecí sítě. Takové elektrické pohony plní tři hlavní funkce,související s akcelerací, decelerací a rychlostí motoru. To zlepšuje efektivitu zařízení v mnoha oblastech technologie.
