Variatore di frequenza

Azionamento a frequenza variabile (VFD)- sistema di controllo della velocità di rotazione di un motore elettrico asincrono (sincrono). È costituito dal motore elettrico stesso e da un convertitore di frequenza.

Un convertitore di frequenza (convertitore di frequenza) è un dispositivo costituito da un raddrizzatore (ponte corrente continua), convertendo la corrente alternata di frequenza industriale in corrente continua e un inverter (convertitore) (a volte con PWM), convertendo la corrente continua in corrente alternata della frequenza e ampiezza richieste. Tiristori di uscita (GTO) o induttori e, per ridurre le interferenze elettromagnetiche, un filtro EMC.

Applicazione

I VFD vengono utilizzati nei sistemi di trasporto, nelle macchine da taglio, nel controllo degli azionamenti di miscelatori, pompe, ventilatori, compressori, ecc. VFD ha trovato un posto in condizionatori domestici. I VFD stanno diventando sempre più popolari nel trasporto elettrico urbano, soprattutto nei filobus. L'applicazione consente:

• migliorare la precisione del controllo
• ridurre il consumo energetico in caso di carico variabile.

Applicazione di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio

Metodo classico di controllo dell'alimentazione unità di pompaggio comporta la strozzatura delle linee di pressione e la regolazione del numero di unità operative in base ad alcuni parametri tecnici (ad esempio, la pressione nella tubazione). In questo caso, le unità di pompaggio vengono selezionate in base a determinate caratteristiche di progettazione (solitamente verso l'alto) e funzionano costantemente in una determinata modalità con una velocità di rotazione costante, senza tener conto delle fluttuazioni di portata e pressione causate dal consumo di acqua variabile. Quelli. in parole semplici, anche quando non è richiesto uno sforzo significativo, le pompe continuano a funzionare alla velocità di funzionamento impostata, consumando una notevole quantità di energia elettrica. Ciò, ad esempio, accade di notte, quando il consumo di acqua diminuisce drasticamente.

La nascita dell'azionamento elettrico regolabile ha permesso di andare nella direzione opposta nella tecnologia dei sistemi di alimentazione: ora non è l'unità di pompaggio a dettare le condizioni, ma le caratteristiche delle tubazioni stesse. Spesso ha ricevuto un uso diffuso nella pratica mondiale azionamento elettrico regolabile con motore elettrico asincrono per uso industriale generale. Il controllo della frequenza della velocità di rotazione dell'albero di un motore asincrono viene effettuato utilizzando dispositivo elettronico, che è comunemente chiamato convertitore di frequenza. L'effetto sopra descritto si ottiene modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione trifase fornita al motore elettrico. Pertanto, modificando i parametri della tensione di alimentazione ( controllo della frequenza), è possibile rendere la velocità di rotazione del motore sia inferiore che superiore a quella nominale.

Il metodo di conversione della frequenza si basa su seguente principio. Tipicamente, la frequenza della rete industriale è 50 Hz. Prendiamo ad esempio una pompa con un motore elettrico bipolare. A questa frequenza di rete, la velocità di rotazione del motore è di 3000 (50 Hz x 60 sec) giri al minuto e fornisce all'uscita dell'unità di pompaggio la pressione e le prestazioni nominali (poiché questi sono i suoi parametri nominali, secondo il passaporto). Se, utilizzando un convertitore di frequenza, si riduce la frequenza della tensione alternata fornita ad esso, la velocità di rotazione del motore diminuirà di conseguenza e, di conseguenza, cambieranno la pressione e le prestazioni dell'unità di pompaggio. Le informazioni sulla pressione nella rete vengono fornite al convertitore di frequenza utilizzando uno speciale sensore di pressione installato nella tubazione; sulla base di questi dati, il convertitore modifica di conseguenza la frequenza fornita al motore.

Il moderno convertitore di frequenza ha un design compatto, un alloggiamento resistente alla polvere e all'umidità e un'interfaccia intuitiva che ne consente l'utilizzo nelle condizioni più difficili e negli ambienti problematici. Il range di potenza è molto ampio e va da 0,4 a 500 kW o più con un'alimentazione standard di 220/380 V e 50-60 Hz. La pratica dimostra che l'uso di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio consente:

Risparmia energia regolando il funzionamento dell'azionamento elettrico in base al consumo effettivo di acqua (effetto di risparmio del 20-50%);

Ridurre il consumo di acqua riducendo le perdite quando viene superata la pressione nella linea principale, quando il consumo di acqua è effettivamente ridotto (in media del 5%);

Ridurre i costi per la prevenzione e importante ristrutturazione strutture e attrezzature (l'intera infrastruttura dell'approvvigionamento idrico), in seguito alla soppressione delle situazioni di emergenza causate in particolare dai colpi d'ariete, che spesso si verificano quando si utilizza un azionamento elettrico non regolato (è stato dimostrato che la durata delle apparecchiature aumenta di almeno almeno 1,5 volte);

Ottenere determinati risparmi di calore nei sistemi di fornitura di acqua calda riducendo le perdite di acqua che trasporta il calore;

Aumentare la pressione al di sopra del normale, se necessario;

Automatizzare completamente il sistema di approvvigionamento idrico, riducendo così i salari del personale di servizio e di servizio ed eliminando l'influenza del "fattore umano" sul funzionamento del sistema, che è anche importante. Secondo le stime dei progetti già implementati, il periodo di recupero dell'investimento per il progetto di introduzione dei convertitori di frequenza è di 1-2 anni.

Perdite di energia durante il freno motore

In molte installazioni, un azionamento elettrico regolabile ha il compito non solo di regolare dolcemente la coppia e la velocità di rotazione del motore elettrico, ma anche di rallentare e frenare gli elementi dell'installazione. La soluzione classica a questo problema è un sistema di azionamento con motore asincrono con convertitore di frequenza dotato di interruttore di frenatura con resistenza di frenatura.

Allo stesso tempo, nella modalità di decelerazione/frenatura, il motore elettrico funziona come un generatore, convertendo l'energia meccanica in energia elettrica, che viene infine dissipata dalla resistenza di frenatura. Tipiche installazioni in cui cicli di accelerazione si alternano a cicli di decelerazione sono montacarichi, ascensori, centrifughe, avvolgitrici, ecc.

Tuttavia, al momento esistono già convertitori di frequenza con recuperatore integrato, che consentono di restituire alla rete l'energia ricevuta dal motore funzionante in modalità di frenata. È anche interessante notare che per un certo intervallo di potenze, il costo di installazione di un convertitore di frequenza con resistenze di frenatura è spesso paragonabile al costo di installazione di un convertitore di frequenza con recuperatore integrato, anche senza tenere conto dell'elettricità risparmiata.

In questo caso, l'installazione inizia a “guadagnare denaro” quasi immediatamente dopo la messa in servizio.

Produttori

• STC "Drive Technology", marchio "Momentum" (Chelyabinsk)

Guarda anche

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Al momento, sul mercato russo sono rappresentate decine di marchi di convertitori di frequenza a bassa tensione provenienti da paesi stranieri. Produttori russi. Tra questi ci sono aziende europee leader: Siemens, ABB, SEW Eurodrive, Control Techniques (Emerson Corporation), Schneider Electric, Danfoss, K.E.B., Lenze, Allen-Breadly (Rockwell Automation Corporation), Bosch Rexroth. I prodotti di questi produttori sono ampiamente rappresentati ed esiste una vasta rete di rivenditori. Finora, i prodotti di aziende europee come Emotron, Vacon, SSD Drives (Parker Corporation), Elettronica Santerno sono meno conosciuti. Ci sono anche prodotti di produttori americani: General Electric Corporation, AC Technology International (parte del gruppo Lenze) e WEG (Brasile).

Le aziende asiatiche rappresentano una seria concorrenza per i produttori europei e americani. Prima di tutto, si tratta di aziende giapponesi: Mitsubishi Electric, Omron-Yaskawa, Panasonic, Hitachi, Toshiba, Fuji Electric. I marchi coreani e taiwanesi sono ampiamente rappresentati: LG Industrial Systems, HYUNDAI Electronics, Delta Electronics, Tecorp, Long Shenq Electronic, Mecapion.

Tra i produttori nazionali, la più famosa è l'azienda Vesper. Puoi anche notare convertitori specializzati dei marchi ACh, EPV (JSC Elektroapparat), REN2K o REMS (MKE).

La maggior parte dei produttori offre convertitori di frequenza in grado di funzionare in controllo ad anello aperto e chiuso (controllo vettoriale), con una serie di ingressi e uscite programmabili e un controller PID integrato. Anche nei convertitori di frequenza coreani o taiwanesi più economici si possono trovare i cosiddetti sensorless, cioè senza sensore di posizione del rotore, modalità operativa vettoriale. L'intervallo di controllo può essere 1:50.

Tuttavia, i principali produttori offrono una modalità di controllo vettoriale sensorless più avanzata feedback, basato su algoritmi di controllo avanzati. Uno dei pionieri in questo settore è stato ABB, che ha proposto DTR (controllo diretto della coppia), un metodo per controllare la velocità e la coppia senza sensore di feedback. L'azienda inglese Control Techniques ha implementato una modalità di controllo del collegamento del flusso del rotore (RFC) senza utilizzare un sensore di feedback, che consente di controllare la coppia con una precisione sufficiente per la maggior parte delle attività, espandere l'intervallo di controllo a 100, garantire un'elevata precisione nel mantenimento della velocità a basse velocità e raggiungono la stessa corrente di sovraccarico delle modalità ad anello chiuso.

I grandi produttori offrono dispositivi multifunzionali con un'intera gamma di opzioni (moduli di espansione, resistenze di frenatura, controller integrati, filtri, induttanze, ecc.) o li equipaggiano con sistemi CNC o controller di movimento.

Sempre più spesso è possibile vedere l'uso di un'unità in modalità rigenerativa, ad es. con la capacità di restituire l'energia rilasciata durante la frenata alla rete (ascensori, scale mobili, gru). Tipicamente, a questo scopo viene utilizzato un azionamento specializzato con un raddrizzatore controllato. Aziende leader, come Control Techniques, offrono la rigenerazione come una delle modalità operative del convertitore di frequenza Unidrive SP, ottenendo così notevoli risparmi energetici e alta efficienza sistemi.

La gamma descritta consente al tecnico di scegliere un convertitore di frequenza adatto con un'ampia gamma di funzioni e programmi integrati. Allo stesso tempo, i principali marchi europei, ad esempio del Regno Unito e della Germania, competono con successo sul prezzo con maggiore funzionalità e qualità

Portiamo alla vostra attenzione una descrizione di alcuni prodotti disponibili sul mercato russo. Le informazioni sui fornitori possono essere trovate sul nostro sito web:

Rockwell Automation, leader indiscusso nel mercato dell'elettricità, ha lanciato una nuova serie di convertitori di frequenza Allen-Bradley® PowerFlex® da 0,25 kW a 6770 kW. La nuova serie altamente efficiente combina un design compatto con un ampio funzionalità ed eccellente caratteristiche di performance. Viene utilizzato nell'industria alimentare, cartaria, tessile, nella lavorazione dei metalli, nella lavorazione del legno, nelle apparecchiature di pompaggio e ventilazione, ecc. La tavolozza contiene due classi di unità: Component e Architectural. I modelli della classe Component sono progettati per risolvere compiti di controllo standard e gli azionamenti della classe Architectural, grazie a modifiche flessibili della configurazione, possono essere facilmente adattati e integrati nei sistemi di controllo di varie apparecchiature di potenza. Tutti i modelli offrono eccezionali capacità di comunicazione, un'ampia gamma di pannelli operatore e strumenti di programmazione, che facilitano notevolmente il funzionamento e accelerano l'avvio delle apparecchiature.

PowerFlex®4

L'azionamento Powerflex 4 è il membro più compatto ed economico di questa famiglia. Dispositivo di controllo della velocità ideale, questo modello offre versatilità soddisfacendo al tempo stesso i requisiti di flessibilità, compattezza e facilità d'uso dei produttori e degli utenti finali.

L'azionamento implementa una legge di controllo tensione-frequenza con possibilità di compensazione dello scorrimento. Un'eccellente aggiunta a questo modello è la versione ultracompatta dell'azionamento Power@Flex4M, con un range di potenza operativa esteso fino a 2,2 kW per la versione monofase e fino a 11 kW per tensione trifase 400VAC. La scala di prezzo proposta per questo modello ci permette di sperare, se non in un successo della stagione, nella sua popolarità abbastanza ampia.

PowerFlex®7000

I convertitori di frequenza PowerFlex serie 7000 rappresentano la terza generazione di convertitori di media tensione di Rockwell Automation. Progettato per regolare la velocità, la coppia, il senso di rotazione dei motori CA asincroni e sincroni. Il design esclusivo della serie PowerFlex 7000 presenta un design brevettato PowerCage di gabbie di alimentazione contenenti i componenti principali dell'azionamento. Il nuovo design modulare è semplice e ha pochi componenti, fornendo alta affidabilità e ne facilita l'utilizzo. I principali vantaggi degli azionamenti a media tensione includono: costi operativi ridotti, capacità di avviare motori di grandi dimensioni da piccole fonti di energia e aumento caratteristiche di qualità processo tecnologico controllato e attrezzature utilizzate.

A seconda della potenza in uscita, gli azionamenti sono disponibili in tre dimensioni:

Custodia A – Gamma di potenza 150-900 kW con tensione di alimentazione 2400-6600 V

Alloggiamento B – Gamma di potenza 150-4100 kW con tensione di alimentazione 2400-6600 V

Alloggiamento C – Gamma di potenza 2240-6770 kW con tensione di alimentazione 4160-6600 V

I convertitori di frequenza PowerFlex 7000 sono disponibili con opzioni a 6 impulsi, 18 impulsi o PWM, offrendo all'utente una notevole flessibilità nel ridurre l'impatto delle armoniche della linea di servizio. Inoltre, fornisce un controllo vettoriale diretto senza sensore per un migliore controllo della zona basse velocità, rispetto agli azionamenti che utilizzano il metodo di controllo U/f, nonché la capacità di regolare la coppia del motore, come avviene negli azionamenti CC. Come pannello operatore viene offerto un modulo con display a cristalli liquidi da 16 righe e 40 caratteri.

Momento d'inerzia più elevato senza riduttore aggiuntivo

I servomotori a bassa inerzia della serie Beckhoff AM3000, realizzati con nuovi materiali e tecnologie, vengono utilizzati principalmente in applicazioni dinamiche con carichi elevati, ad esempio per azionare gli assi di macchine per la lavorazione dei metalli o dispositivi gearless. Abbinati all'elevata inerzia del rotore, offrono gli stessi vantaggi dei motori della serie AM3xxx, come l'avvolgimento statorico polare, che consente di ridurre notevolmente l'ingombro del motore. Le flange, i connettori e gli alberi dei nuovi motori della serie AM3500 sono compatibili con i collaudati motori AM3000. I nuovi modelli AM3500 sono disponibili con flange di dimensioni 3 – 6 e hanno coppie da 1,9 a 15 Nm. Le velocità di rotazione del motore vanno da 3000 a 6000 giri/min. Per i sistemi di retroazione sono disponibili convertitori di coordinate o sensori di posizione assoluta (mono o multigiro). L'alloggiamento è classificato IP 64; Sono disponibili opzioni con classe di protezione IP 65/67. Questa serie di motori soddisfa gli standard di sicurezza CE, UL e CSA.

Nuova generazione di azionamenti

La linea Emotron è stata ampliata con gli azionamenti NGD: FDU2.0, VFX2.0 (potenza da 0,75 kW a 1,6 MW) e VSC/VSA (0,18–7,5 kW). Gli azionamenti a velocità variabile FDU2.0 (per meccanismi centrifughi) e VFX2.0 (per meccanismi a pistone) consentono all'utente di impostare i parametri operativi nelle unità richieste, hanno un pannello di controllo rimovibile con una funzione per copiare le impostazioni, i modelli fino a 132 kW hanno un design standard economico IP54 (i modelli da 160 a 800 kW possono essere installati anche in speciali custodie compatte IP54). Lo scambio di dati durante il processo avviene utilizzando Fieldbus (Profibus-DP, DeviceNet, Ethernet), tramite porte (RS-232, RS-485, Modbus RTU), nonché uscite analogiche e digitali.

Gli azionamenti vettoriali VSA e VSC di piccole dimensioni sono appositamente progettati per il controllo della velocità di motori asincroni trifase. ad alta potenza: I modelli con ingresso a 220 V sono disponibili da 0,18 a 2,2 kW, mentre i modelli a 380 V sono disponibili da 0,75 a 7,5 kW.

Famiglia ATV61-ATV71

Il mercato dei convertitori di frequenza in Russia si sta sviluppando rapidamente. Non sorprende che attiri numerosi produttori, sia grandi che poco conosciuti. Attualmente Mercato russo molto segmentato. Ma ecco un paradosso: nonostante ci siano attualmente più di 30 marchi sul mercato, una quota di mercato significativa appartiene a 7-8 aziende e non più di due leader indiscussi. Allo stesso tempo magnifico specifiche l'attrezzatura non è una garanzia di successo. Le posizioni di leader in Russia sono state prese da aziende che investono ingenti fondi nello sviluppo del business e nelle infrastrutture aziendali.

L'azienda Schneider Electric, i cui interessi in Russia sono rappresentati dalla JSC Schneider Electric, nel 2007 ha ampliato notevolmente la propria offerta di prodotti. Ora la famiglia ATV61-ATV71 è stata arricchita con una modifica per una tensione di 690 V e sono apparse molte versioni con grado di protezione IP54. Esiste anche un modello speciale per l'azionamento di ascensori e gru ATV71*383 con un'esclusiva tecnologia di controllo del motore sincrono. Entro la fine del 2008, nella linea Altivar apparirà un apparecchio con una potenza di 2400 kW a 690 V. Altivar 61 può ora funzionare in applicazioni con trasformatori step-up.

La nuova serie economica Altivar 21 è progettata specificatamente per impianti di riscaldamento, condizionamento e ventilazione in ambito residenziale e edifici pubblici. Altivar 21 controlla motori da 0,75 a 75 kW con tensioni di 380 V e 200 ... 240 V.

Altivar 21 dispone di numerose funzioni applicative:

– regolatore PI integrato;

– “ritiro al volo”;

– funzione sonno/veglia;

– protezione e gestione allarmi;

– resistenza ai disturbi di rete, funzionamento a temperature fino a +50°C e caduta di tensione del -50%.

Grazie alla nuova tecnologia senza condensatori, Altivar 21 non necessita di dispositivi di mitigazione delle armoniche. Il coefficiente totale è THDI 30%. L'abbandono dei condensatori e l'utilizzo di semiconduttori più potenti hanno aumentato il tempo di funzionamento.

La leadership di Schneider Electric nel mercato dei convertitori è il risultato di un serio lavoro volto a migliorare la tolleranza ai guasti dei convertitori. L'MTTF per alcuni modelli arriva fino a 640.000 ore. Altivar funziona con cadute di tensione fino a -50%, temperature fino a +50%, in ambienti chimicamente aggressivi e con rumore impulsivo nella rete. Questo è un argomento serio per ripetere l'acquisto. La fiducia dell'acquirente nell'attrezzatura e la reputazione dell'azienda non possono essere sopravvalutate.

Guida da SICK

La produzione moderna richiede l'automazione di molte operazioni di configurazione manuale vari parametri su varie macchine e macchine confezionatrici. Spesso l'operatore ha la necessità di modificare i parametri geometrici di un manufatto o altre attività simili. In questo caso gli azionamenti di posizionamento di SICK-Stegmann sono il dispositivo conveniente ideale per questo tipo di operazione.

HIPERDRIVE® – gli azionamenti di posizionamento sono il risultato dell'integrazione di un motore DC brushless, un riduttore, un encoder assoluto multigiro, un'elettronica di potenza e di controllo in un unico dispositivo. Gli azionamenti dispongono tra l'altro di un'interfaccia di rete Profibus o DeviceNet. Questo dispositivo ha lo scopo di eseguire attività di posizionamento punto a punto ed è un dispositivo a scatola nera facile da utilizzare.

Attualmente per tali compiti vengono utilizzati i servoazionamenti. Ma l'uso di tali sistemi presenta una serie di svantaggi. Innanzitutto questo non è economicamente giustificato. I sistemi basati su servo solitamente richiedono anche un inverter, un freno e un encoder assoluto.

I principali vantaggi di queste unità:

– Dispositivo altamente integrato

Ridurre le dimensioni dell'unità

Facile assemblaggio e configurazione

La regolazione tramite convertitore di frequenza consente, utilizzando un convertitore speciale, di modificare in modo flessibile le modalità operative del motore elettrico: avvio, arresto, accelerazione, frenata, modifica della velocità di rotazione.

La modifica della frequenza della tensione di alimentazione porta ad una variazione della velocità angolare campo magnetico statore. Quando la frequenza diminuisce, il motore diminuisce e lo scorrimento aumenta.

Principio di funzionamento del convertitore di frequenza

Lo svantaggio principale dei motori asincroni è la difficoltà di controllo della velocità modi tradizionali: modifica della tensione di alimentazione e introduzione di resistenza aggiuntiva nel circuito di avvolgimento. Il convertitore di frequenza del motore elettrico è più avanzato. Fino a poco tempo fa, i convertitori erano costosi, ma l’avvento dei transistor IGBT e dei sistemi di controllo a microprocessore ha consentito ai produttori stranieri di creare dispositivi a prezzi accessibili. I più avanzati ora sono statici

La velocità angolare del campo magnetico dello statore ω 0 cambia in proporzione alla frequenza ƒ 1 secondo la formula:

ω 0 = 2π׃ 1 /p,

dove p è il numero di coppie polari.

Il metodo fornisce un controllo regolare della velocità. In questo caso la velocità di scorrimento del motore non aumenta.

Per ottenere elevate prestazioni energetiche del motore - efficienza, fattore di potenza e capacità di sovraccarico, insieme alla frequenza, la tensione di alimentazione viene modificata in base ad alcune dipendenze:

• coppia di carico costante - U 1 / ƒ 1 = cost;
• carattere del ventilatore della coppia di carico - U 1 / ƒ 1 2 = cost;
• coppia di carico, inversamente proporzionale alla velocità - U 1 /√ ƒ 1 = cost.

Queste funzioni sono implementate utilizzando un convertitore che modifica contemporaneamente la frequenza e la tensione sullo statore del motore. L'elettricità viene risparmiata attraverso la regolazione utilizzando il necessario parametro tecnologico: pressione della pompa, prestazioni del ventilatore, velocità di avanzamento della macchina, ecc. In questo caso, i parametri cambiano gradualmente.

Metodi di controllo della frequenza dei motori elettrici asincroni e sincroni

In un azionamento a frequenza controllata basato su motori asincroni con rotore a gabbia di scoiattolo, vengono utilizzati due metodi di controllo: scalare e vettoriale. Nel primo caso, l'ampiezza e la frequenza della tensione di alimentazione cambiano contemporaneamente.

Ciò è necessario per mantenere le caratteristiche operative del motore, molto spesso un rapporto costante tra la sua coppia massima e il momento di resistenza sull'albero. Di conseguenza, efficienza e fattore di potenza rimangono invariati nell'intero intervallo di rotazione.

Il controllo vettoriale consiste nel modificare simultaneamente l'ampiezza e la fase della corrente sullo statore.

Questo tipo di convertitore di frequenza funziona solo con carichi ridotti e, se superano i valori consentiti, il sincronismo potrebbe essere interrotto.

Vantaggi del convertitore di frequenza

La regolazione della frequenza presenta tutta una serie di vantaggi rispetto ad altri metodi.

1. Automazione del funzionamento del motore e dei processi produttivi.
2. Inizio regolare, eliminando errori tipici che si verificano durante l'accelerazione del motore. Aumentare l'affidabilità dei convertitori di frequenza e delle apparecchiature riducendo i sovraccarichi.
3. Maggiore efficienza operativa e prestazioni complessive della trasmissione.
4. Creazione di una velocità costante del motore elettrico indipendentemente dalla natura del carico, che è importante durante i processi transitori. L'uso del feedback consente di mantenere un regime del motore costante sotto vari influssi di disturbo, in particolare sotto carichi variabili.
5. I convertitori sono facilmente integrabili negli esistenti sistemi tecnici senza alterazioni e fermate significative processi tecnologici. La gamma di capacità è ampia, ma man mano che aumentano, i prezzi aumentano in modo significativo.
6. La capacità di abbandonare variatori, riduttori, induttanze e altre apparecchiature di controllo o di espandere la gamma della loro applicazione. Ciò si traduce in un notevole risparmio energetico.
7. Eliminazione degli effetti nocivi processi transitori SU dotazioni tecnologiche, come il colpo d'ariete o ipertensione liquido nelle condutture riducendone il consumo durante la notte.

Screpolatura

Come tutti gli inverter, i convertitori di frequenza sono fonti di interferenze. Devono installare filtri.

I valori del marchio sono alti. Aumenta in modo significativo con l'aumentare della potenza dei dispositivi.

Controllo della frequenza durante il trasporto di liquidi

Negli impianti in cui vengono pompati acqua e altri liquidi, il controllo del flusso viene effettuato principalmente utilizzando valvole a saracinesca. Attualmente, una direzione promettente è l'uso di un convertitore di frequenza di una pompa o di un ventilatore che aziona le loro pale.

L'utilizzo di un convertitore di frequenza in alternativa alla valvola a farfalla garantisce un risparmio energetico fino al 75%. La valvola, pur trattenendo il flusso del liquido, non funziona lavoro utile. Allo stesso tempo aumenta la perdita di energia e materia durante il trasporto.

Il convertitore di frequenza consente di mantenere una pressione costante per l'utenza quando cambia la portata del fluido. Un segnale viene inviato dal sensore di pressione all'azionamento, che modifica la velocità del motore e quindi ne regola la velocità, mantenendo una determinata portata.

Le unità di pompaggio vengono controllate modificandone le prestazioni. Il consumo energetico della pompa è una funzione cubica della prestazione o della velocità di rotazione della ruota. Se la velocità viene ridotta di 2 volte, le prestazioni della pompa diminuiranno di 8 volte. Avere un programma giornaliero del consumo di acqua consente di determinare il risparmio energetico per questo periodo se si controlla un convertitore di frequenza. Grazie a ciò è possibile automatizzare la stazione di pompaggio e quindi ottimizzare la pressione dell'acqua nelle reti.

Funzionamento degli impianti di ventilazione e condizionamento dell'aria

Massimo flusso d'aria in entrata sistemi di ventilazione non sempre necessario. Le condizioni operative potrebbero richiedere prestazioni ridotte. Tradizionalmente, a questo scopo viene utilizzata la limitazione, quando la velocità della ruota rimane costante. È più conveniente modificare il flusso d'aria a causa della frequenza guida a velocità variabile quando le condizioni stagionali e climatiche cambiano, il rilascio di calore, umidità, vapori e gas nocivi.

Il risparmio energetico nei sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria non è inferiore a quello delle stazioni di pompaggio, poiché il consumo energetico della rotazione dell'albero è una funzione cubica della velocità.

Dispositivo convertitore di frequenza

Un moderno convertitore di frequenza è progettato utilizzando un circuito a doppio convertitore. È costituito da un raddrizzatore e un inverter a impulsi con un sistema di controllo.

Dopo aver raddrizzato la tensione di rete, il segnale viene livellato da un filtro e inviato a un inverter con sei interruttori a transistor, dove ciascuno di essi è collegato agli avvolgimenti dello statore di un motore elettrico asincrono. Il blocco converte il segnale raddrizzato in un segnale trifase della frequenza e ampiezza richieste. I transistor di potenza IGBT negli stadi di uscita hanno un'elevata frequenza di commutazione e forniscono un segnale ad onda quadra chiaro e privo di distorsioni. A causa delle proprietà di filtraggio degli avvolgimenti del motore, la forma della curva di corrente alla loro uscita rimane sinusoidale.

Metodi per regolare l'ampiezza del segnale

Il valore della tensione di uscita è regolato con due metodi:

1. Ampiezza: variazione del valore della tensione.
2. La modulazione dell'ampiezza dell'impulso è un metodo per convertire un segnale di impulso in cui la sua durata cambia, ma la frequenza rimane invariata. Qui la potenza dipende dall'ampiezza dell'impulso.

Il secondo metodo viene utilizzato più spesso in connessione con lo sviluppo della tecnologia dei microprocessori. Gli inverter moderni sono realizzati sulla base di tiristori GTO di spegnimento o transistor IGBT.

Capacità e applicazioni dei convertitori

Il convertitore di frequenza ha molte funzionalità.

1. Regolazione della frequenza della tensione di alimentazione trifase da zero a 400 Hz.
2. Accelerazione o frenatura del motore elettrico da 0,01 sec. fino a 50 minuti secondo una determinata legge del tempo (solitamente lineare). Durante l'accelerazione è possibile non solo ridurre, ma anche aumentare la coppia dinamica e di spunto fino al 150%.
3. Inversione del motore con modalità specificate di frenata e accelerazione alla velocità desiderata nell'altra direzione.
4. I convertitori sono dotati di protezione elettronica configurabile contro cortocircuiti, sovraccarichi, dispersioni verso terra e linee di alimentazione del motore aperte.
5. I display digitali dei convertitori mostrano i dati relativi ai loro parametri: frequenza, tensione di alimentazione, velocità, corrente, ecc.
6. I convertitori adattano le caratteristiche tensione-frequenza in base al carico richiesto sui motori. Le funzioni dei sistemi di controllo basati su di essi sono fornite da controller integrati.
7. Per le basse frequenze, è importante utilizzare il controllo vettoriale, che consente di lavorare con l'intera coppia del motore, mantenere una velocità costante quando i carichi cambiano e controllare la coppia sull'albero. Un convertitore di frequenza funziona bene se i dati di targa del motore sono inseriti correttamente e dopo che è stato testato con successo. Prodotti rinomati delle aziende HYUNDAI, Sanyu, ecc.

I campi di applicazione dei convertitori sono i seguenti:

• pompe in sistemi di fornitura di acqua calda e fredda e di riscaldamento;
• pompe per liquami, sabbia e polpa di impianti di lavorazione;
• sistemi di trasporto: trasportatori, rulliere e altri mezzi;
• miscelatori, mulini, frantoi, estrusori, dosatori, alimentatori;
• centrifughe;
• ascensori;
• attrezzature metallurgiche;
• attrezzature di perforazione;
• Azionamenti elettrici di macchine utensili;
• attrezzature per escavatori e gru, meccanismi di manipolazione.

Produttori di convertitori di frequenza, recensioni

Il produttore nazionale ha già iniziato a produrre prodotti adatti agli utenti in termini di qualità e prezzo. Il vantaggio è la possibilità di ottenere rapidamente il dispositivo desiderato, oltre a consigli dettagliati sulla configurazione.

Azienda " Sistemi efficienti"produce prodotti di serie e lotti pilota di apparecchiature. I prodotti vengono utilizzati per uso domestico, nelle piccole imprese e nell'industria. Il produttore "Vesper" produce sette serie di convertitori, tra cui quelli multifunzionali adatti alla maggior parte dei meccanismi industriali.

Il leader nella produzione di convertitori di frequenza è l'azienda danese Danfoss. I suoi prodotti sono utilizzati nei sistemi di ventilazione, condizionamento dell'aria, approvvigionamento idrico e riscaldamento. L'azienda finlandese Vacon, parte dell'azienda danese, produce progetti modulari da cui è possibile assemblare i dispositivi necessari senza parti inutili, il che consente di risparmiare sui componenti. Sono noti anche i convertitori del gruppo internazionale ABB, utilizzati nell'industria e nella vita di tutti i giorni.

A giudicare dalle recensioni, per risolvere semplici problemi tipici è possibile utilizzare convertitori domestici economici, ma per quelli complessi è necessario un marchio con molte più impostazioni.

Conclusione

Il convertitore di frequenza controlla il motore elettrico modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione di alimentazione, proteggendolo dai guasti: sovraccarichi, corto circuito, interruzioni nella rete di fornitura. Questi svolgono tre funzioni principali legate all'accelerazione, alla frenata e alla velocità del motore. Ciò consente di aumentare l'efficienza delle apparecchiature in molti settori della tecnologia.

Azionamento a frequenza variabile (VFD)- sistema di controllo della velocità di rotazione di un motore elettrico asincrono (sincrono). È costituito dal motore elettrico stesso e da un convertitore di frequenza.

Un convertitore di frequenza (convertitore di frequenza) è un dispositivo costituito da un raddrizzatore (ponte CC) che converte la corrente alternata di frequenza industriale in corrente continua e un inverter (convertitore) (a volte con PWM) che converte la corrente continua in corrente alternata della frequenza richiesta e ampiezza. Tiristori di uscita (GTO) o induttori e, per ridurre le interferenze elettromagnetiche, un filtro EMC.

Applicazione

I VFD vengono utilizzati nei sistemi di trasporto, nelle macchine da taglio, nel controllo degli azionamenti di miscelatori, pompe, ventilatori, compressori, ecc. I VFD hanno trovato posto nei condizionatori domestici. I VFD stanno diventando sempre più popolari nel trasporto elettrico urbano, soprattutto nei filobus. L'applicazione consente:

• migliorare la precisione del controllo
• ridurre il consumo energetico in caso di carico variabile.

Applicazione di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio

Il metodo classico per controllare la fornitura delle unità di pompaggio prevede la strozzatura delle linee di pressione e la regolazione del numero di unità operative in base ad alcuni parametri tecnici (ad esempio la pressione nella tubazione). In questo caso, le unità di pompaggio vengono selezionate in base a determinate caratteristiche di progettazione (solitamente verso l'alto) e funzionano costantemente in una determinata modalità con una velocità di rotazione costante, senza tener conto delle fluttuazioni di portata e pressione causate dal consumo di acqua variabile. Quelli. in parole semplici, anche quando non è richiesto uno sforzo significativo, le pompe continuano a funzionare al ritmo operativo impostato, consumando una notevole quantità di energia elettrica. Ciò, ad esempio, accade di notte, quando il consumo di acqua diminuisce drasticamente.

La nascita dell'azionamento elettrico regolabile ha permesso di andare nella direzione opposta nella tecnologia dei sistemi di alimentazione: ora non è l'unità di pompaggio a dettare le condizioni, ma le caratteristiche delle tubazioni stesse. Gli azionamenti elettrici a frequenza variabile con motori elettrici asincroni per uso industriale generale sono ampiamente utilizzati nella pratica mondiale. Il controllo della frequenza della velocità di rotazione dell'albero di un motore asincrono viene effettuato utilizzando un dispositivo elettronico, comunemente chiamato convertitore di frequenza. L'effetto sopra descritto si ottiene modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione trifase fornita al motore elettrico. Pertanto, modificando i parametri della tensione di alimentazione (controllo della frequenza), è possibile rendere la velocità di rotazione del motore sia inferiore che superiore a quella nominale.

Il metodo di conversione della frequenza si basa sul seguente principio. Tipicamente, la frequenza della rete industriale è 50 Hz. Prendiamo ad esempio una pompa con un motore elettrico bipolare. A questa frequenza di rete, la velocità di rotazione del motore è di 3000 (50 Hz x 60 sec) giri al minuto e fornisce all'uscita dell'unità di pompaggio la pressione e le prestazioni nominali (poiché questi sono i suoi parametri nominali, secondo il passaporto). Se, utilizzando un convertitore di frequenza, si riduce la frequenza della tensione alternata fornita ad esso, la velocità di rotazione del motore diminuirà di conseguenza e, di conseguenza, cambieranno la pressione e le prestazioni dell'unità di pompaggio. Le informazioni sulla pressione nella rete vengono fornite al convertitore di frequenza utilizzando uno speciale sensore di pressione installato nella tubazione; sulla base di questi dati, il convertitore modifica di conseguenza la frequenza fornita al motore.

Il moderno convertitore di frequenza ha un design compatto, un alloggiamento resistente alla polvere e all'umidità e un'interfaccia intuitiva che ne consente l'utilizzo nelle condizioni più difficili e negli ambienti problematici. Il range di potenza è molto ampio e va da 0,4 a 500 kW o più con un'alimentazione standard di 220/380 V e 50-60 Hz. La pratica dimostra che l'uso di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio consente:

Risparmia energia regolando il funzionamento dell'azionamento elettrico in base al consumo effettivo di acqua (effetto di risparmio del 20-50%);

Ridurre il consumo di acqua riducendo le perdite quando viene superata la pressione nella linea principale, quando il consumo di acqua è effettivamente ridotto (in media del 5%);

Ridurre i costi per le riparazioni preventive e di revisione delle strutture e delle attrezzature (l'intera infrastruttura di approvvigionamento idrico), come risultato della soppressione delle situazioni di emergenza causate in particolare dai colpi d'ariete, che spesso si verificano quando si utilizza un azionamento elettrico non regolato (è stato dimostrato che il servizio la vita dell'apparecchiatura aumenta di almeno 1,5 volte);

Ottenere determinati risparmi di calore nei sistemi di fornitura di acqua calda riducendo le perdite di acqua che trasporta il calore;

Aumentare la pressione al di sopra del normale, se necessario;

Automatizzare completamente il sistema di approvvigionamento idrico, riducendo così i salari del personale di servizio e di servizio ed eliminando l'influenza del "fattore umano" sul funzionamento del sistema, che è anche importante. Secondo le stime dei progetti già implementati, il periodo di recupero dell'investimento per il progetto di introduzione dei convertitori di frequenza è di 1-2 anni.

Perdite di energia durante il freno motore

In molte installazioni, un azionamento elettrico regolabile ha il compito non solo di regolare dolcemente la coppia e la velocità di rotazione del motore elettrico, ma anche di rallentare e frenare gli elementi dell'installazione. La soluzione classica a questo problema è un sistema di azionamento con un motore asincrono con convertitore di frequenza dotato di un interruttore del freno con resistenza di frenatura.

Allo stesso tempo, nella modalità di decelerazione/frenatura, il motore elettrico funziona come un generatore, convertendo l'energia meccanica in energia elettrica, che viene infine dissipata dalla resistenza di frenatura. Tipiche installazioni in cui cicli di accelerazione si alternano a cicli di decelerazione sono montacarichi, ascensori, centrifughe, avvolgitrici, ecc.

Tuttavia, al momento esistono già convertitori di frequenza con recuperatore integrato, che consentono di restituire alla rete l'energia ricevuta dal motore funzionante in modalità di frenata. È anche interessante notare che per un certo intervallo di potenze, il costo di installazione di un convertitore di frequenza con resistenze di frenatura è spesso paragonabile al costo di installazione di un convertitore di frequenza con recuperatore integrato, anche senza tenere conto dell'elettricità risparmiata.

In questo caso, l'installazione inizia a “guadagnare denaro” quasi immediatamente dopo la messa in servizio.

L'azionamento a frequenza variabile (azionamento a frequenza variabile, VFD) è un sistema per il controllo della velocità del rotore di un motore elettrico asincrono (sincrono). È costituito dal motore elettrico stesso e da un convertitore di frequenza.

Un convertitore di frequenza (convertitore di frequenza) è un dispositivo costituito da un raddrizzatore (ponte CC) che converte la corrente alternata di frequenza industriale in corrente continua e un inverter (convertitore) (a volte con PWM) che converte la corrente continua in corrente alternata della frequenza richiesta e ampiezza. I tiristori di uscita (GTO) o IGBT forniscono la corrente necessaria per alimentare il motore. Per evitare di sovraccaricare il convertitore quando l'alimentatore è lungo, tra il convertitore e l'alimentatore sono installate delle induttanze e per ridurre le interferenze elettromagnetiche è installato un filtro EMC. Con il controllo scalare si formano correnti armoniche delle fasi del motore. Il controllo vettoriale è un metodo di controllo dei motori sincroni e asincroni, che non solo genera correnti armoniche (tensioni) delle fasi, ma fornisce anche il controllo del flusso magnetico del rotore (coppia sull'albero del motore).

Applicazione del convertitore di frequenza

I convertitori di frequenza sono utilizzati in:

• azionamento elettrico marino ad alta potenza
• laminatoi (funzionamento sincrono delle gabbie)
• azionamento ad alta velocità di pompe turbomolecolari per vuoto (fino a 100.000 giri/min)
• sistemi di trasporto
• macchine da taglio
• Macchine CNC - sincronizzazione del movimento di più assi contemporaneamente (fino a 32 - ad esempio nelle apparecchiature di stampa o di imballaggio) (servoazionamenti)
• porte ad apertura automatica
• miscelatori, pompe, ventilatori, compressori
• condizionatori domestici
• lavatrici
• trasporto elettrico urbano, in particolare filobus.

Il maggiore effetto economico deriva dall'uso dei VFD nei sistemi di ventilazione, condizionamento dell'aria e di approvvigionamento idrico, dove l'uso dei VFD è diventato praticamente uno standard.

Vantaggi dell'utilizzo del VFD

• Elevata precisione di controllo
• Risparmio energetico in caso di carico variabile (ovvero funzionamento del motore elettrico a carico parziale).
• Pari alla coppia massima di spunto.
• Possibilità di diagnostica remota dell'azionamento tramite rete industriale
  • rilevamento della mancanza di fase per i circuiti di ingresso e di uscita
  • registrazione delle ore del motore
  • invecchiamento dei condensatori del circuito principale
  • malfunzionamento della ventola
• Maggiore durata dell'attrezzatura
• Ridotta resistenza idraulica della tubazione a causa dell'assenza di una valvola di controllo
• Avviamento regolare del motore, che riduce significativamente l'usura del motore
• Un VFD solitamente contiene un controller PID e può essere collegato direttamente a un sensore della variabile controllata (ad esempio, pressione).
• Frenata controllata e riavvio automatico in caso di interruzione di corrente
• Raccogliere un motore elettrico rotante
• Stabilizzazione della velocità di rotazione al variare del carico
• Notevole riduzione del rumore acustico del motore elettrico (utilizzando la funzione Soft PWM)
• Ulteriori risparmi energetici derivanti dall'ottimizzazione dell'eccitazione elettrica. motore
• Consente di sostituire un interruttore automatico

Svantaggi dell'utilizzo di un convertitore di frequenza

• La maggior parte dei modelli VFD sono fonte di rumore (richiede l'installazione di filtri di interferenza ad alta frequenza)
• Costo relativamente elevato per VFD ad alta potenza (ammortamento minimo 1-2 anni)

Applicazione di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio

Il metodo classico per controllare la fornitura delle unità di pompaggio prevede la strozzatura delle linee di pressione e la regolazione del numero di unità operative in base ad alcuni parametri tecnici (ad esempio la pressione nella tubazione). In questo caso, le unità di pompaggio vengono selezionate in base a determinate caratteristiche di progettazione (solitamente con una riserva di prestazione) e funzionano costantemente a una velocità costante, senza tenere conto della variazione dei costi causata dal consumo di acqua variabile. Alla portata minima, le pompe continuano a funzionare a velocità costante, creando una sovrappressione nella rete (causa di incidenti), mentre viene sprecata una notevole quantità di elettricità. Ciò, ad esempio, accade di notte, quando il consumo di acqua diminuisce drasticamente. L'effetto principale si ottiene non risparmiando energia, ma riducendo significativamente i costi di riparazione delle reti di approvvigionamento idrico.

L'avvento di un azionamento elettrico regolabile ha permesso di mantenere una pressione costante direttamente al consumatore. Azionamenti elettrici a controllo di frequenza con motore elettrico asincrono scopi industriali generali. Come risultato dell'adattamento dei motori asincroni industriali generali alle loro condizioni operative negli azionamenti elettrici controllati, vengono creati motori asincroni regolabili speciali con indicatori di energia e costi di peso-dimensioni più elevati rispetto a quelli non adattati. Il controllo della frequenza della velocità di rotazione dell'albero di un motore asincrono viene effettuato utilizzando un dispositivo elettronico, comunemente chiamato convertitore di frequenza. L'effetto sopra descritto si ottiene modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione trifase fornita al motore elettrico. Pertanto, modificando i parametri della tensione di alimentazione (controllo della frequenza), è possibile rendere la velocità di rotazione del motore sia inferiore che superiore a quella nominale. Nella seconda zona (frequenza superiore a quella nominale), la coppia massima sull'albero è inversamente proporzionale alla velocità di rotazione.

Il metodo di conversione della frequenza si basa sul seguente principio. Tipicamente, la frequenza della rete industriale è 50 Hz. Prendiamo ad esempio una pompa con un motore elettrico bipolare. Tenendo conto dello scorrimento, la velocità di rotazione del motore è di circa 2800 (a seconda della potenza) giri al minuto e fornisce all'uscita dell'unità di pompaggio la pressione e le prestazioni nominali (poiché questi sono i suoi parametri nominali, secondo il passaporto). Se si utilizza un convertitore di frequenza per ridurre la frequenza e l'ampiezza della tensione alternata fornita, la velocità di rotazione del motore diminuirà di conseguenza e, di conseguenza, le prestazioni dell'unità di pompaggio cambieranno. Le informazioni sulla pressione nella rete entrano nell'unità convertitore di frequenza da uno speciale sensore di pressione installato presso il consumatore; sulla base di questi dati, il convertitore modifica di conseguenza la frequenza fornita al motore.

Il moderno convertitore di frequenza ha un design compatto, un alloggiamento resistente alla polvere e all'umidità e un'interfaccia intuitiva che ne consente l'utilizzo nelle condizioni più difficili e negli ambienti problematici. Il range di potenza è molto ampio e va da 0,18 a 630 kW o più con un'alimentazione standard di 220/380 V e 50-60 Hz. La pratica dimostra che l'uso di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio consente:

• risparmiare energia (con variazioni significative nei consumi) regolando la potenza dell'azionamento elettrico in base al consumo effettivo di acqua (effetto di risparmio del 20-50%);
• ridurre il consumo di acqua riducendo le perdite quando viene superata la pressione nella linea principale, quando il consumo di acqua è effettivamente ridotto (in media del 5%);
• ridurre i costi (il principale effetto economico) per le riparazioni di emergenza delle apparecchiature (l'intera infrastruttura di approvvigionamento idrico a causa di una forte riduzione del numero di situazioni di emergenza causate, in particolare, dal colpo d'ariete, che spesso si verifica quando viene utilizzata un'azionamento elettrico non regolato ( è stato dimostrato che la durata dell'apparecchiatura aumenta di almeno 1,5 volte);
• ottenere determinati risparmi di calore nei sistemi di fornitura di acqua calda riducendo le perdite di acqua che trasporta il calore;
• aumentare la pressione al di sopra del normale, se necessario;
• automatizzare in modo completo il sistema di approvvigionamento idrico, riducendo così i salari del personale di servizio e di servizio ed eliminando l'influenza del "fattore umano" sul funzionamento del sistema, che è anche importante.

Secondo i dati disponibili, il periodo di ammortamento di un progetto di introduzione di convertitori di frequenza varia da 3 mesi a 2 anni.

Perdita di potenza durante la frenatura di un motore elettrico

In molte installazioni, un azionamento elettrico regolabile ha il compito non solo di regolare dolcemente la coppia e la velocità di rotazione del motore elettrico, ma anche di rallentare e frenare gli elementi dell'installazione. La soluzione classica a questo problema è un sistema di azionamento con un motore asincrono con convertitore di frequenza dotato di un interruttore del freno con resistenza di frenatura.

Allo stesso tempo, nella modalità di decelerazione/frenatura, il motore elettrico funziona come un generatore, convertendo l'energia meccanica in energia elettrica, che viene infine dissipata dalla resistenza di frenatura. Installazioni tipiche in cui i cicli di accelerazione si alternano a cicli di decelerazione sono la trazione di veicoli elettrici, montacarichi, ascensori, centrifughe, avvolgitrici, ecc. La funzione di frenatura elettrica è apparsa per la prima volta su un azionamento a corrente continua (ad esempio un filobus). Alla fine del XX secolo apparvero convertitori di frequenza con recuperatore incorporato, che consentono di restituire alla rete l'energia ricevuta dal motore funzionante in modalità frenante. In questo caso, l'installazione inizia a “guadagnare denaro” quasi immediatamente dopo la messa in servizio.

Principio di funzionamento del convertitore di frequenza