VFD vadība ļauj, izmantojot speciālu pārveidotāju, elastīgi mainīt elektromotora darbības režīmus: iedarbināt, apturēt, paātrināt, bremzēt, mainīt griešanās ātrumu.
Barošanas sprieguma frekvences maiņa izraisa statora magnētiskā lauka leņķiskā ātruma izmaiņas. Kad frekvence samazinās, motora ātrums samazinās un slīde palielinās.
Piedziņas frekvences pārveidotāja darbības princips
Galvenais asinhrono motoru trūkums ir sarežģītība ātruma regulēšanā tradicionālajos veidos: mainot barošanas spriegumu un ieviešot papildu pretestības tinuma ķēdē. Perfektāka ir elektromotora frekvences piedziņa. Vēl nesen pārveidotāji bija dārgi, bet IGBT tranzistoru un mikroprocesoru vadības sistēmu parādīšanās ļāva ārvalstu ražotājiem izveidot ierīces par pieņemamām cenām. Lielākā daļaStatiskie frekvences pārveidotāji ir lieliski piemēroti.
Statora magnētiskā lauka leņķiskais ātrums ω0 mainās proporcionāli frekvencei ƒ1 atbilstoši formulai:
ω0=2π׃1/p, kur p ir stabu pāru skaits.
Šī metode nodrošina vienmērīgu ātruma kontroli. Šajā gadījumā motora slīdēšanas ātrums nepalielinās.
Lai iegūtu augstu dzinēja energoefektivitāti – efektivitāti, jaudas koeficientu un pārslodzes jaudu, kopā ar frekvenci, mainiet barošanas spriegumu atbilstoši noteiktām atkarībām:
- pastāvīgas slodzes griezes moments – U1/ ƒ1=const;
- slodzes momenta ventilatora raksturs - U1/ ƒ12=const;
- Slodzes griezes moments ir apgriezti proporcionāls ātrumam - U1/√ ƒ1=const.
Šīs funkcijas tiek īstenotas, izmantojot pārveidotāju, kas vienlaikus maina motora statora frekvenci un spriegumu. Elektroenerģija tiek ietaupīta, pateicoties regulēšanai, izmantojot nepieciešamo tehnoloģisko parametru: sūkņa spiedienu, ventilatora veiktspēju, mašīnas padeves ātrumu utt. Šajā gadījumā parametri mainās vienmērīgi.
Asinhrono un sinhrono elektromotoru frekvences regulēšanas metodes
Frekvences piedziņā, kuras pamatā ir asinhronie motori ar vāverveida rotoru, tiek izmantotas divas vadības metodes - skalārā un vektora. Pirmajā gadījumā tie mainās vienlaikusbarošanas sprieguma amplitūda un frekvence.
Tas ir nepieciešams, lai uzturētu motora veiktspēju, visbiežāk nemainīgu tā maksimālā griezes momenta attiecību pret vārpstas pretestības momentu. Rezultātā efektivitāte un jaudas koeficients paliek nemainīgs visā rotācijas diapazonā.
Vektora regulēšana sastāv no vienlaicīgas statora strāvas amplitūdas un fāzes maiņas.
Sinhronā tipa motora frekvenču piedziņa darbojas tikai pie nelielām slodzēm, kurām pieaugot virs pieļaujamajām vērtībām, var tikt izjaukta sinhronizācija.
Frekvences piedziņas priekšrocības
Frekvences vadībai ir virkne priekšrocību salīdzinājumā ar citām metodēm.
- Dzinēja un ražošanas procesu automatizācija.
- Maiga iedarbināšana, kas novērš tipiskas kļūdas, kas rodas dzinēja paātrinājuma laikā. Frekvences piedziņas un aprīkojuma uzticamības uzlabošana, samazinot pārslodzes.
- Uzlabojiet kopējo piedziņas ekonomiju un veiktspēju.
- Elektromotora nemainīga ātruma izveidošana neatkarīgi no slodzes rakstura, kas ir svarīgi pārejas laikā. Atgriezeniskās saites izmantošana ļauj uzturēt nemainīgu motora ātrumu pie dažādām traucējošām ietekmēm, jo īpaši pie mainīgām slodzēm.
- Pārveidotāji ir viegli integrējami esošajās tehniskajās sistēmās bez būtiskām izmaiņām un tehnoloģisko procesu apturēšanas. Jaudas diapazons ir liels, bet ar to pieaugumucenas ievērojami pieaug.
- Iespēja atteikties no variatoriem, ātrumkārbām, droseles un cita vadības aprīkojuma vai paplašināt to pielietojuma klāstu. Tas nodrošina ievērojamu enerģijas ietaupījumu.
- Pārejas procesu kaitīgās ietekmes novēršana uz procesa iekārtām, piemēram, ūdens āmurs vai paaugstināts šķidruma spiediens cauruļvados, vienlaikus samazinot tā patēriņu naktī.
Trūkumi
Tāpat kā visi invertori, arī chastotniki ir traucējumu avoti. Viņiem ir jāinstalē filtri.
Zīmolu izmaksas ir augstas. Tas ievērojami palielinās, palielinoties ierīču jaudai.
Frekvences regulēšana šķidrumu pārvadāšanai
Iekārtās, kur tiek sūknēts ūdens un citi šķidrumi, plūsmas regulēšana pārsvarā tiek veikta ar aizbīdņu un vārstu palīdzību. Pašlaik daudzsološs virziens ir sūkņa vai ventilatora frekvences piedziņas izmantošana, kas iedarbina to lāpstiņas.
Frekvences pārveidotāja izmantošana kā alternatīva droseļvārstam nodrošina enerģijas ietaupījumu līdz pat 75%. Vārsts, aizturot šķidruma plūsmu, neveic lietderīgu darbu. Tajā pašā laikā palielinās enerģijas un vielas zudums tās transportēšanai.
Frekvences piedziņa ļauj uzturēt pastāvīgu spiedienu pie patērētāja, mainoties šķidruma plūsmai. No spiediena sensora uz piedziņu tiek nosūtīts signāls, kas maina dzinēja apgriezienu skaitu un tādējādi to regulēapgriezieni, saglabājot iestatīto plūsmas ātrumu.
Sūknēšanas iekārtas tiek kontrolētas, mainot to veiktspēju. Sūkņa jaudas patēriņš ir atkarīgs no riteņa veiktspējas vai griešanās ātruma. Ja ātrums tiek samazināts 2 reizes, sūkņa veiktspēja samazināsies 8 reizes. Ikdienas ūdens patēriņa grafika klātbūtne ļauj noteikt enerģijas ietaupījumu šim periodam, ja kontrolējat frekvences piedziņu. Pateicoties tam, ir iespējams automatizēt sūkņu staciju un tādējādi optimizēt ūdens spiedienu tīklos.
Ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmu darbība
Ne vienmēr ir nepieciešama maksimālā gaisa plūsma ventilācijas sistēmās. Darbības apstākļos var būt nepieciešams samazināt veiktspēju. Tradicionāli šim nolūkam tiek izmantota drosele, kad riteņa ātrums paliek nemainīgs. Gaisa plūsmas ātrumu ir ērtāk mainīt, pateicoties frekvences vadītajai piedziņai, mainoties sezonas un klimatiskajiem apstākļiem, izdaloties siltumam, mitrumam, tvaikiem un kaitīgām gāzēm.
Enerģijas ietaupījums ventilācijas un gaisa kondicionēšanas sistēmās tiek panākts ne mazāks kā sūkņu stacijās, jo vārpstas rotācijas jaudas patēriņš ir kubiskā atkarība no apgriezieniem.
Frekvences pārveidotāja ierīce
Mūsdienu frekvences piedziņa ir sakārtota pēc dubultā pārveidotāja shēmas. Tas sastāv no taisngrieža un impulsu invertora ar vadības sistēmu.
Pēciztaisnojot tīkla spriegumu, signāls tiek izlīdzināts ar filtru un tiek ievadīts invertorā ar sešiem tranzistoru slēdžiem, kur katrs no tiem ir savienots ar asinhronā elektromotora statora tinumiem. Ierīce pārvērš rektificēto signālu vajadzīgās frekvences un amplitūdas trīsfāžu signālā. Jaudas IGBT izejas pakāpēs ir augsta pārslēgšanas frekvence un nodrošina izteiksmīgu, bez kropļojumiem kvadrātveida vilni. Motora tinumu filtrēšanas īpašību dēļ strāvas līknes forma pie to izejas paliek sinusoidāla.
Signāla amplitūdas kontroles metodes
Izejas spriegumu regulē ar divām metodēm:
- Amplitūda - sprieguma vērtības izmaiņas.
- Impulsa platuma modulācija ir impulsa signāla pārveidošanas metode, kurā mainās tā ilgums, bet frekvence paliek nemainīga. Šeit jauda ir atkarīga no impulsa platuma.
Otro metodi visbiežāk izmanto saistībā ar mikroprocesoru tehnoloģiju attīstību. Mūsdienu invertori tiek izgatavoti, izmantojot GTO vai IGBT izslēgšanas tranzistorus.
Pārveidotāju iespējas un pielietojums
Frekvences piedziņai ir daudz iespēju.
- Regulējiet trīsfāzu barošanas sprieguma frekvenci no nulles līdz 400 Hz.
- Elektromotora paātrinājums vai palēninājums no 0,01 sek. līdz 50 min. saskaņā ar noteiktu laika likumu (parasti lineāru). Paātrinājuma laikā ir iespējams ne tikai samazināt, bet arī palielināt dinamisko un palaišanas griezes momentu līdz pat 150%.
- Dzinēja apgriešana ar norādītajiem bremzēšanas un paātrinājuma režīmiem līdz vēlamajamātrums otrā virzienā.
- Invertori piedāvā konfigurējamu elektronisku aizsardzību pret īssavienojumiem, pārslodzēm, zemes noplūdēm un atvērtām motora elektropārvades līnijām.
- Pārveidotāju digitālie displeji parāda datus par to parametriem: frekvence, barošanas spriegums, ātrums, strāva utt.
- V/f raksturlielumi tiek noregulēti pārveidotājos atkarībā no vajadzīgās motora slodzes. Uz tām balstīto vadības sistēmu funkcijas nodrošina iebūvētie kontrolleri.
- Zemām frekvencēm ir svarīgi izmantot vektorvadību, kas ļauj strādāt ar pilnu motora griezes momentu, uzturēt nemainīgu ātrumu, mainoties slodzēm, un kontrolēt griezes momentu uz vārpstas. Mainīgas frekvences piedziņa darbojas labi ar pareizu motora pases datu ievadi un pēc veiksmīgas pārbaudes. Zināmi produkti no HYUNDAI, Sanyu utt.
Pārveidotāju pielietošanas jomas ir šādas:
- sūkņi karstā un aukstā ūdens un siltumapgādes sistēmās;
- koncentratoru vircas, smilšu un vircas sūkņi;
- transporta sistēmas: konveijeri, rullīšu galdi un citi līdzekļi;
- maisītāji, dzirnavas, drupinātāji, ekstrūderi, dozatori, padevēji;
- centrifūgas;
- lifti;
- metalurģijas iekārtas;
- urbšanas iekārta;
- darbgaldu elektriskās piedziņas;
- ekskavatoru un celtņu iekārtas, manipulatoru mehānismi.
Frekvenču pārveidotāju ražotāji, atsauksmes
Iekšzemes ražotājs jau ir sācis ražot lietotājiem kvalitātes un cenas ziņā piemērotus produktus. Priekšrocība ir iespēja ātri iegūt pareizo ierīci, kā arī detalizēti padomi par iestatīšanu.
Uzņēmums "Effective systems" ražo sērijveida produktus un iekārtu izmēģinājuma partijas. Produktus izmanto mājsaimniecības vajadzībām, mazos uzņēmumos un rūpniecībā. Vesper ražotājs ražo septiņas pārveidotāju sērijas, starp kurām ir daudzfunkcionāli pārveidotāji, kas piemēroti lielākajai daļai rūpniecisko mehānismu.
Dānijas uzņēmums Danfoss ir līderis častotņikova ražošanā. Tās produkti tiek izmantoti ventilācijas, gaisa kondicionēšanas, ūdens apgādes un apkures sistēmās. Somijas uzņēmums Vacon, kas ietilpst Dānijas uzņēmumā, ražo moduļu konstrukcijas, no kurām var salikt nepieciešamās ierīces bez liekām detaļām, kas ietaupa uz detaļām. Zināmi arī starptautiskā koncerna ABB pārveidotāji, ko izmanto rūpniecībā un sadzīvē.
Spriežot pēc atsauksmēm, lētus vietējos pārveidotājus var izmantot, lai atrisinātu vienkāršas tipiskas problēmas, savukārt sarežģītām ir nepieciešams zīmols ar daudz vairāk iestatījumu.
Secinājums
Frekvences piedziņa kontrolē elektromotoru, mainot barošanas sprieguma frekvenci un amplitūdu, vienlaikus pasargājot to no darbības traucējumiem: pārslodzes, īssavienojumiem, pārtraukumiem barošanas tīklā. Šādi elektriskie izpildmehānismi veic trīs galvenās funkcijas,kas saistīti ar paātrinājumu, palēninājumu un motora ātrumu. Tas uzlabo aprīkojuma efektivitāti daudzās tehnoloģiju jomās.
