Dažnio keitikliai

Nuo septintojo dešimtmečio pabaigos dažnio keitikliai labai pasikeitė, daugiausia dėl mikroprocesorių ir puslaidininkių technologijų plėtros ir mažėjančių jų sąnaudų.

Tačiau pagrindiniai dažnio keitiklių principai išlieka tie patys.

Dažnio keitiklius sudaro keturi pagrindiniai elementai:

Ryžiai. 1. Dažnio keitiklio blokinė schema

1. Lygintuvas generuoja pulsuojančią nuolatinę įtampą, kai yra prijungtas prie vienfazio/trifazio kintamosios srovės maitinimo šaltinio. Yra du pagrindiniai lygintuvų tipai – valdomi ir nevaldomi.

2. Vieno iš trijų tipų tarpinė grandinė:

a) paverčiant lygintuvo įtampą į D.C..

b) pulsuojančios nuolatinės srovės įtampos stabilizavimas arba išlyginimas ir tiekimas į keitiklį.

c) nuolatinę lygintuvo nuolatinę įtampą paverčiant kintančia kintamąja įtampa.

3. Inverteris, generuojantis elektros variklio įtampos dažnį. Kai kurie keitikliai taip pat gali konvertuoti nuolatinę nuolatinę įtampą į kintamą kintamosios srovės įtampą.

4. Elektroninė grandinė valdymas, kuris siunčia signalus į lygintuvą, tarpinę grandinę ir keitiklį bei priima signalus iš šių elementų. Valdomų elementų konstrukcija priklauso nuo konkretaus dažnio keitiklio konstrukcijos (žr. 2.02 pav.).

Visiems dažnio keitikliams būdinga tai, kad visos valdymo grandinės valdo keitiklio puslaidininkinius elementus. Dažnio keitikliai skiriasi perjungimo režimu, naudojamu variklio maitinimo įtampai reguliuoti.

Fig. 2, kuriame pavaizduoti įvairūs keitiklio konstrukcijos/valdymo principai, naudojami šie užrašai:

1 - valdomas lygintuvas,

2 - nekontroliuojamas lygintuvas,

3 - kintamos nuolatinės srovės tarpinė grandinė,

4- tarpinės grandinės nuolatinė įtampa DC

5- kintamos nuolatinės srovės tarpinė grandinė,

6 keitiklis su impulsų amplitudės moduliacija (PAM)

7 - keitiklis su impulsų pločio moduliacija (PWM)

Dabartinis keitiklis (IT) (1+3+6)

Keitiklis su impulsų amplitudės moduliacija (PAM) (1+4+7) (2+5+7)

Impulso pločio moduliavimo keitiklis (PWM / VVCplus) (2+4+7)

Ryžiai. 2. Įvairūs principai pastato/valdymo dažnio keitikliai

Dėl išsamumo reikėtų paminėti tiesioginius keitiklius, kurie neturi tarpinės grandinės. Tokie keitikliai naudojami megavatų galios diapazone generuoti žemo dažnio maitinimo įtampą tiesiai iš 50 Hz tinklo, o maksimalus išėjimo dažnis yra apie 30 Hz.

Lygintuvas

Tinklo maitinimo įtampa yra trifazė arba vienfazė kintamoji įtampa su fiksuotu dažniu (pavyzdžiui, 3x400 V/50 Hz arba 1 x 240 V/50 Hz); Šių įtampų charakteristikos parodytos paveikslėlyje žemiau.

Ryžiai. 3. Vienfazė ir trifazė kintamoji įtampa

Paveiksle visos trys fazės yra pasislinkusios laike, fazės įtampa nuolat keičia kryptį, o dažnis rodo periodų skaičių per sekundę. 50 Hz dažnis reiškia, kad per sekundę yra 50 periodų (50 x T), t.y. vienas periodas trunka 20 milisekundžių.

Dažnio keitiklio lygintuvas yra pastatytas arba ant diodų, arba ant tiristorių, arba ant abiejų derinių. Ant diodų pastatytas lygintuvas yra nevaldomas, o ant tiristorių pastatytas lygintuvas – valdomas. Jei naudojami ir diodai, ir tiristoriai, lygintuvas yra pusiau valdomas.

Nekontroliuojami lygintuvai

Ryžiai. 4. Diodų darbo režimas.

Diodai leidžia srovei tekėti tik viena kryptimi: nuo anodo (A) iki katodo (K). Kaip ir kai kurių kitų puslaidininkinių įtaisų atveju, diodo srovės reguliuoti negalima. Kintamosios srovės įtampą diodas paverčia pulsuojančia nuolatine įtampa. Jei nevaldomas trifazis lygintuvas maitinamas trifaze kintamosios srovės įtampa, tokiu atveju nuolatinės srovės įtampa pulsuoja.

Ryžiai. 5. Nevaldomas lygintuvas

Fig. 5 paveiksle parodytas nevaldomas trifazis lygintuvas, kuriame yra dvi diodų grupės. Vieną grupę sudaro diodai D1, D3 ir D5. Kitą grupę sudaro diodai D2, D4 ir D6. Kiekvienas diodas praleidžia srovę trečdalį periodo laiko (120°). Abiejose grupėse diodai veda srovę tam tikra seka. Laikotarpiai, kuriais dirba abi grupės, pasislenka viena nuo kitos 1/6 T periodo laiko (60°).

Diodai D1,3,5 yra atviri (laidūs), kai jiems taikoma teigiama įtampa. Jei fazės L įtampa pasiekia teigiamą didžiausią vertę, tada diodas D yra atidarytas ir gnybtas A gauna fazės L1 įtampą. Kiti du diodai bus veikiami atvirkštinės įtampos U L1-2 ir U L1-3

Tas pats atsitinka ir diodų grupėje D2,4,6. Šiuo atveju gnybtas B gauna neigiamą fazės įtampą. Jei tuo momentu fazė L3 pasiekia didžiausią neigiamą reikšmę, diodas D6 yra atidarytas (laidus). Abu kitus diodus veikia atvirkštinė U L3-1 ir U L3-2 dydžio įtampa

Nekontroliuojamo lygintuvo išėjimo įtampa yra lygi šių dviejų diodų grupių įtampų skirtumui. Vidutinė nuolatinės srovės pulsacijos vertė yra 1,35 x tinklo įtampa.

Ryžiai. 6. Nevaldomo trifazio lygintuvo išėjimo įtampa

Valdomi lygintuvai

Reguliuojamuose lygintuvuose diodai pakeičiami tiristoriais. Kaip ir diodas, tiristorius perduoda srovę tik viena kryptimi - nuo anodo (A) iki katodo (K). Tačiau, priešingai nei diodas, tiristorius turi trečiąjį elektrodą, vadinamą "vartais" (G). Kad tiristorius atsidarytų, prie vartų reikia duoti signalą. Jei per tiristorių teka srovė, tiristorius praeis ją tol, kol srovė taps lygi nuliui.

Srovės negalima nutraukti pritaikius signalą prie vartų. Tiristoriai naudojami tiek lygintuvuose, tiek inverteriuose.

Į tiristoriaus užtvarą tiekiamas valdymo signalas a, kuriam būdingas vėlavimas, išreikštas laipsniais. Šie laipsniai sukelia vėlavimą tarp momento, kai įtampa kerta nulį, ir laiko, kai tiristorius yra atidarytas.

Ryžiai. 7. Tiristoriaus darbo režimas

Jei kampas a yra diapazone nuo 0 ° iki 90 °, tiristoriaus grandinė naudojama kaip lygintuvas, o jei nuo 90 ° iki 300 °, tada kaip keitiklis.

Ryžiai. 8. Valdomas trifazis lygintuvas

Valdomas lygintuvas iš esmės nesiskiria nuo nekontroliuojamo lygintuvo, išskyrus tai, kad tiristorius yra valdomas signalu a ir pradeda veikti nuo to momento, kai pradeda veikti įprastas diodas, iki momento, kuris yra 30 ° vėliau nei taškas, kuriame įtampa. kerta nulį.

Reguliuojant a reikšmę, galima keisti ištaisytos įtampos dydį. Valdomas lygintuvas generuoja pastovią įtampą, kurios vidutinė vertė yra 1,35 x tinklo įtampa x cos α

Ryžiai. 9. Valdomo trifazio lygintuvo išėjimo įtampa

Palyginti su nekontroliuojamu lygintuvu, valdomas turi didesnių nuostolių ir į maitinimo tinklą įneša didesnį triukšmą, nes esant trumpesniam tiristorių perdavimo laikui, lygintuvas iš tinklo paima daugiau reaktyviosios srovės.

Valdomų lygintuvų pranašumas yra jų galimybė grąžinti energiją į tiekimo tinklą.

Tarpinė grandinė

Tarpinė grandinė gali būti laikoma saugykla, iš kurios elektros variklis gali semti energiją per keitiklį. Priklausomai nuo lygintuvo ir keitiklio, galimi trys tarpinės grandinės konstravimo principai.

Inverteriai – srovės šaltiniai (1 keitikliai)

Ryžiai. 10. Kintamos nuolatinės srovės tarpinė grandinė

Inverterių - srovės šaltinių atveju tarpinėje grandinėje yra didelė induktyvumo ritė ir ji yra sujungta tik su valdomu lygintuvu. Induktorius kintančią lygintuvo įtampą paverčia kintančia nuolatine srove. Elektros variklio įtampą lemia apkrova.

Inverteriai – įtampos šaltiniai (U formos keitikliai)

Ryžiai. 11. Nuolatinės įtampos tarpinė grandinė

Inverterių – įtampos šaltinių atveju tarpinė grandinė yra filtras su kondensatoriumi ir gali būti sujungtas su bet kurio iš dviejų tipų lygintuvu. Filtras išlygina lygintuvo pulsuojančią nuolatinės srovės įtampą (U21).

Valdomame lygintuve įtampa tam tikru dažniu yra pastovi ir tiekiama į keitiklį kaip tikroji nuolatinė įtampa (U22) su kintama amplitude.

Nekontroliuojamuose lygintuvuose įtampa keitiklio įėjime yra pastovi įtampa, kurios amplitudė yra pastovi.

Kintamos nuolatinės įtampos tarpinė grandinė

Ryžiai. 12. Kintamos įtampos tarpinė grandinė

Skirtingos nuolatinės srovės įtampos tarpinėse grandinėse galite įjungti pertraukiklį priešais filtrą, kaip parodyta Fig. 12.

Smulkintuvas turi tranzistorių, kuris veikia kaip jungiklis, įjungiantis ir išjungiantis lygintuvo įtampą. Valdymo sistema valdo smulkintuvą, lygindama kintančią įtampą po filtro (U v) su įvesties signalu. Jei yra skirtumas, santykis koreguojamas keičiant tranzistoriaus įjungimo ir išjungimo laiką. Tai keičia efektyviąją pastovios įtampos vertę ir dydį, kurią galima išreikšti formule

U v = U x t įjungta / (t įjungta + t išjungta)

Kai kapoklio tranzistorius atidaro srovės grandinę, filtro induktorius tranzistoriaus įtampą daro be galo didelę. Norėdami to išvengti, pertraukiklis yra apsaugotas greito perjungimo diodu. Kai tranzistorius atsidaro ir užsidaro, kaip parodyta Fig. 13, įtampa bus didžiausia 2 režimu.

Ryžiai. 13. Smulkintuvo tranzistorius valdo tarpinės grandinės įtampą

Tarpinės grandinės filtras išlygina kvadratinės bangos įtampą po smulkintuvo. Kondensatorius ir filtro induktorius palaiko pastovią įtampą tam tikru dažniu.

Priklausomai nuo konstrukcijos, tarpinė grandinė taip pat gali atlikti papildomas funkcijas, kurios apima:

Lygintuvo atskyrimas nuo keitiklio

Harmoninis redukcija

Energijos kaupimas, siekiant apriboti pertrūkius apkrovos viršįtampius.

Inverteris

Inverteris yra paskutinė dažnio keitiklio grandis prieš elektros variklį ir vieta, kur įvyksta galutinis išėjimo įtampos pritaikymas.

Dažnio keitiklis užtikrina normalias darbo sąlygas visame valdymo diapazone, pritaikydamas išėjimo įtampą prie apkrovos sąlygų. Tai leidžia išlaikyti optimalų variklio įmagnetinimą.

Iš tarpinės grandinės keitiklis gauna

Kintamoji nuolatinė srovė,

Kintanti nuolatinė įtampa arba

Nuolatinė nuolatinė įtampa.

Inverterio dėka kiekvienu iš šių atvejų į elektros variklį tiekiamas kintantis kiekis. Kitaip tariant, keitiklis visada sukuria norimą elektros varikliui tiekiamos įtampos dažnį. Jei srovė ar įtampa yra kintama, keitiklis sukuria tik norimą dažnį. Jei įtampa yra pastovi, keitiklis sukuria tiek pageidaujamą dažnį, tiek įtampą varikliui.

Nors inverteriai veikia skirtingai, jų pagrindinė struktūra visada yra ta pati. Pagrindiniai inverterių elementai yra valdomi puslaidininkiniai įtaisai, sujungti poromis trimis šakomis.

Šiuo metu tiristoriai dažniausiai pakeičiami aukšto dažnio tranzistoriais, kurie gali labai greitai atsidaryti ir užsidaryti. Perjungimo dažnis paprastai svyruoja nuo 300 Hz iki 20 kHz ir priklauso nuo naudojamų puslaidininkinių įtaisų.

Inverterio puslaidininkiniai įtaisai atidaromi ir uždaromi valdymo grandinės generuojamais signalais. Signalai gali būti generuojami keliais skirtingais būdais.

Ryžiai. 14. Įprastas kintamos įtampos tarpinės grandinės srovės keitiklis.

Įprastuose keitikliuose, kuriuose daugiausia perjungiama įvairios įtampos tarpinės grandinės srovė, yra šeši tiristoriai ir šeši kondensatoriai.

Kondensatoriai leidžia tiristoriams atsidaryti ir užsidaryti taip, kad srovė fazinėse apvijose pasislinktų 120 laipsnių ir turi būti pritaikyta prie elektros variklio dydžio. Kai srovė periodiškai tiekiama į variklio gnybtus U-V sekos, V-W, W-U, U-V..., atsiranda su pertrūkiais besisukantis reikiamo dažnio magnetinis laukas. Net jei variklio srovė beveik stačiakampio formos, variklio įtampa bus beveik sinusinė. Tačiau įjungus arba išjungus srovę visada atsiranda įtampos šuolių.

Kondensatoriai nuo elektros variklio apkrovos srovės atskirti diodais.

Ryžiai. 15. Inverteris kintamajai arba pastoviai tarpinės grandinės įtampai ir išėjimo srovės priklausomybei nuo keitiklio perjungimo dažnio

Kintamos arba pastovios tarpinės grandinės įtampos keitikliai turi šešis perjungimo elementus ir, nepriklausomai nuo naudojamų puslaidininkinių įtaisų tipo, veikia beveik vienodai. Valdymo grandinė atidaro ir uždaro puslaidininkinius įtaisus naudodama kelis įvairiais būdais moduliacija, taip keičiant dažnio keitiklio išėjimo dažnį.

Pirmasis metodas skirtas įtampos ar srovės keitimui tarpinėje grandinėje.

Intervalai, per kuriuos atskiri puslaidininkiniai įtaisai yra atidaryti, yra išdėstyti tokia seka, kuri naudojama norint gauti reikiamą išėjimo dažnį.

Šią puslaidininkių perjungimo seką valdo kintančios tarpinės grandinės įtampos arba srovės dydis. Naudojant įtampos valdomą generatorių, dažnis visada seka įtampos amplitudę. Šis keitiklio valdymo tipas vadinamas impulsų amplitudės moduliacija (PAM).

Fiksuotai tarpinės grandinės įtampai naudojamas kitas pagrindinis metodas. Variklio įtampa tampa kintama, ilgesniam ar trumpesniam laikui į variklio apvijas įjungus tarpinės grandinės įtampą.

Ryžiai. 16 Impulso amplitudės ir trukmės moduliavimas

Dažnis keičiamas keičiant įtampos impulsus išilgai laiko ašies – teigiamai per vieną pusę ciklo, o neigiamai per kitą.

Kadangi šis metodas keičia įtampos impulsų trukmę (plotį), jis vadinamas impulsų pločio moduliacija (PWM). PWM moduliavimas (ir susiję metodai, tokie kaip sinusinės bangos valdomas PWM) yra labiausiai paplitęs keitiklio valdymo būdas.

PWM moduliacijos metu valdymo grandinė nustato, kada puslaidininkiniai įtaisai persijungia rampos įtampos ir antrinės sinusinės atskaitos įtampos (sinusiniu būdu valdomo PWM) sankirtoje. Kiti perspektyvūs PWM moduliavimo metodai yra modifikuoti impulsų pločio moduliavimo metodai, tokie kaip WC ir WC plus, sukurti Danfoss Corporation.

Tranzistoriai

Kadangi tranzistoriai gali persijungti dideliu greičiu, sumažėja elektromagnetiniai trukdžiai, atsirandantys, kai variklis yra „impulsuojamas“ (įmagnetinamas).

Kitas didelio perjungimo dažnio privalumas – dažnio keitiklio išėjimo įtampos moduliavimo lankstumas, leidžiantis generuoti sinusinę variklio srovę, o valdymo grandinė turi tiesiog įjungti ir išjungti keitiklio tranzistorius.

Inverterio perjungimo dažnis yra dviašmenis kardas, nes dėl aukštų dažnių variklis gali įkaisti ir generuoti dideles įtampos smailes. Kuo didesnis perjungimo dažnis, tuo didesni nuostoliai.

Kita vertus, žemas perjungimo dažnis gali sukelti didelį akustinį triukšmą.

Aukšto dažnio tranzistorius galima suskirstyti į tris pagrindines grupes:

Dvipoliai tranzistoriai (LTR)

Vienpoliai MOSFET (MOS-FET)

Izoliuotų vartų dvipoliai tranzistoriai (IGBT)

Šiuo metu IGBT yra plačiausiai naudojami tranzistoriai, nes jie sujungia MOS-FET tranzistorių valdymo savybes su LTR tranzistorių išėjimo savybėmis; Be to, jie turi atitinkamą galios diapazoną, laidumą ir perjungimo dažnį, todėl šiuolaikinių dažnio keitiklių valdymas yra daug lengvesnis.

Naudojant IGBT, tiek keitiklio elementai, tiek keitiklio valdikliai dedami į suformuotą modulį, vadinamą „išmaniuoju galios moduliu“ (IPM).

Impulso amplitudės moduliacija (PAM)

Impulsų amplitudės moduliacija naudojama dažnio keitikliams su kintama tarpine grandine įtampa.

Dažnio keitikliuose su nevaldomais lygintuvais išėjimo įtampos amplitudę generuoja tarpinis jungiklis, o jei lygintuvas valdomas, amplitudė gaunama tiesiogiai.

Ryžiai. 20. Įtampos formavimas dažnio keitikliuose su pertraukikliu tarpinėje grandinėje

Tranzistorius (smulkintuvas) pav. 20 atrakinamas arba užrakinamas valdymo ir reguliavimo grandine. Perjungimo laikas priklauso nuo vardinės vertės (įėjimo signalo) ir išmatuoto įtampos signalo (faktinės vertės). Tikroji vertė matuojama kondensatoriuje.

Induktorius ir kondensatorius veikia kaip filtras, kuris išlygina įtampos pulsaciją. Įtampos pikas priklauso nuo tranzistoriaus atsidarymo laiko, o jei vardinis ir tikroji vertė skiriasi vienas nuo kito, pertraukiklis veikia tol, kol pasiekiamas reikiamas įtampos lygis.

Dažnio reguliavimas

Išėjimo įtampos dažnį keitiklis keičia tam tikru laikotarpiu, o puslaidininkiniai perjungimo įtaisai per tam tikrą laikotarpį veikia daug kartų.

Laikotarpio trukmę galima koreguoti dviem būdais:

1.tiesiogiai įvesties signalu arba

2.naudojant kintamą nuolatinės srovės įtampą, kuri yra proporcinga įvesties signalui.

Ryžiai. 21a. Dažnio valdymas naudojant tarpinės grandinės įtampą

Impulso pločio moduliavimas yra labiausiai paplitęs būdas generuoti atitinkamo dažnio trifazę įtampą.

Taikant impulso pločio moduliaciją, tarpinės grandinės suminės įtampos (≈ √2 x U tinklo) susidarymą lemia galios elementų trukmė ir perjungimo dažnis. PWM impulsų pasikartojimo dažnis tarp įjungimo ir išjungimo momentų yra kintamas ir leidžia reguliuoti įtampą.

Yra trys pagrindinės perjungimo režimų nustatymo parinktys keitiklyje, valdomame impulsų pločio moduliacija.

1. Sinusoidiniu būdu valdomas PWM

2. Sinchroninis PWM

3. Asinchroninis PWM

Kiekviena trifazio PWM keitiklio kojelė gali turėti dvi skirtingas būsenas (įjungta ir išjungta).

Trys jungikliai sudaro aštuonias galimas perjungimo kombinacijas (2 3), taigi aštuonis skaitmeninius įtampos vektorius keitiklio išėjime arba prijungto elektros variklio statoriaus apvijoje. Kaip parodyta pav. 21b, šie vektoriai 100, 110, 010, 011, 001, 101 yra apibrėžto šešiakampio kampuose, naudojant vektorius 000 ir 111 kaip nulinius vektorius.

Perjungimo kombinacijų 000 ir 111 atveju visuose trijuose keitiklio išėjimo gnybtuose sukuriamas vienodas potencialas – teigiamas arba neigiamas tarpinės grandinės atžvilgiu (žr. 21c pav.). Elektros varikliui tai reiškia trumpąjį gnybtų jungimą; įtampa O V taip pat taikoma elektros variklio apvijoms.

Sinusinės bangos valdomas PWM

Sinusinės bangos valdomas PWM kiekvienam keitiklio išėjimui valdyti naudoja sinusinę atskaitos įtampą (Us), sinusinės įtampos periodo trukmė atitinka norimą pagrindinį išėjimo įtampos dažnį. Trims etaloninėms įtampoms taikoma pjūklo įtampa (U D), žr. 22.

Ryžiai. 22. Sinusoidiškai valdomo PWM veikimo principas (su dviem etaloninėmis įtampomis)

Kai susikerta rampos įtampa ir sinusoidinės atskaitos įtampos, keitiklio puslaidininkiai arba atsidaro, arba užsidaro.

Sankryžos nustato elektroniniai valdymo plokštės elementai. Jei rampos įtampa yra didesnė už sinusoidinę įtampą, tada, mažėjant rampos įtampai, išėjimo impulsai keičiasi iš teigiamų į neigiamus (arba iš neigiamų į teigiamus), todėl dažnio keitiklio išėjimo įtampą lemia tarpinės grandinės įtampa. .

Išėjimo įtampa keičiama atviros ir uždaros būsenų trukmės santykiu, o šį santykį galima keisti norint gauti reikiamą įtampą. Taigi neigiamų ir teigiamų įtampos impulsų amplitudė visada atitinka pusę tarpinės grandinės įtampos.

Ryžiai. 23. Sinusoidiškai valdomo PWM išėjimo įtampa

Esant žemiems statoriaus dažniams, laikas uždarytoje būsenoje ilgėja ir gali būti toks ilgas, kad tampa neįmanoma išlaikyti rampos įtampos dažnio.

Tai padidina įtampos nebuvimo periodą ir variklis veiks netolygiai. Norėdami to išvengti, esant žemiems dažniams, galite padvigubinti rampos įtampos dažnį.

Fazinė įtampa dažnio keitiklio išėjimo gnybtuose atitinka pusę tarpinės grandinės įtampos, padalytos iš √ 2, t.y. lygi pusei maitinimo įtampos. Linijos įtampa išėjimo gnybtuose yra √ 3 kartus didesnė už fazės įtampą, t.y. lygi maitinimo įtampai, padaugintai iš 0,866.

PWM valdomas keitiklis, veikiantis tik moduliuodamas sinusinės bangos atskaitos įtampą, gali tiekti įtampą, lygią 86,6 % vardinės įtampos (žr. 23 pav.).

Naudojant grynosios sinusinės bangos moduliaciją, dažnio keitiklio išėjimo įtampa negali pasiekti variklio įtampos, nes išėjimo įtampa taip pat bus 13 % mažesnė.

Tačiau reikiamą papildomą įtampą galima gauti sumažinus impulsų skaičių, kai dažnis viršija apie 45 Hz, tačiau šis būdas turi tam tikrų trūkumų. Visų pirma, tai sukelia laipsnišką įtampos pokytį, dėl kurio elektros variklis veikia nestabiliai. Jei impulsų skaičius mažėja, dažnio keitiklio išėjime didėja aukštesnės harmonikos, o tai padidina nuostolius elektros variklyje.

Kitas būdas išspręsti šią problemą yra naudoti kitas atskaitos įtampas vietoj trijų sinusoidinių. Šie įtempimai gali būti bet kokios formos (pvz., trapecijos arba laiptuotų).

Pavyzdžiui, viena bendra įtampos atskaitos dalis naudoja trečiąją sinusinės atskaitos įtampos harmoniką. Galima gauti tokį keitiklio puslaidininkinių įtaisų perjungimo režimą, kuris padidins dažnio keitiklio išėjimo įtampą, padidinus sinusinės atskaitos įtampos amplitudę 15,5% ir pridedant prie jos trečią harmoniką.

Sinchroninis PWM

Pagrindinis sunkumas naudojant sinusoidiškai valdomą PWM metodą yra būtinybė nustatyti optimalios vertėsįtampos komutacijos laikas ir kampas per tam tikrą laikotarpį. Šie perjungimo laikai turi būti nustatyti taip, kad leistų tik minimalią aukštesnę harmoniką. Šis perjungimo režimas palaikomas tik tam tikram (ribotam) dažnių diapazonui. Norint naudoti už šio diapazono ribų, reikia naudoti kitą perjungimo būdą.

Asinchroninis PWM

Norint orientuotis į lauką ir sistemai reaguoti, kalbant apie trifazių kintamosios srovės pavarų (įskaitant servus), sukimo momento ir greičio valdymą, reikia laipsniškai keisti keitiklio įtampos amplitudę ir kampą. Naudojant „normalų“ arba sinchroninį PWM perjungimo režimą, negalima laipsniškai keisti keitiklio įtampos amplitudę ir kampą.

Vienas iš būdų įvykdyti šį reikalavimą yra asinchroninis PWM, kuris užuot sinchronizavęs išėjimo įtampos moduliavimą su išėjimo dažniu, kaip paprastai daroma siekiant sumažinti harmoniką elektros variklyje, moduliuoja vektoriaus įtampos valdymo kilpą, todėl sinchroniškai sujungiama su išėjimo dažnis.

Yra dvi pagrindinės asinchroninio PWM parinktys:

SFAVM (į statoriaus srautą orientuota asinchroninio vektoriaus moduliacija = (sinchroninė vektoriaus moduliacija, orientuota į statoriaus magnetinį srautą)

60° AVM (Asynchronous Vector Modulation = asinchroninė vektoriaus moduliacija).

SFAVM yra erdvės vektoriaus moduliavimo metodas, leidžiantis atsitiktinai, bet laipsniškai keisti keitiklio įtampą, amplitudę ir kampą perjungimo metu. Taip pasiekiamos didesnės dinaminės savybės.

Pagrindinis tokio moduliavimo tikslas yra optimizuoti statoriaus magnetinį srautą naudojant statoriaus įtampą, tuo pačiu sumažinant sukimo momento virpėjimą, nes kampo nuokrypis priklauso nuo komutavimo sekos ir gali padidinti sukimo momento pulsaciją. Todėl komutavimo seka turi būti skaičiuojama taip, kad būtų sumažintas vektoriaus kampo nuokrypis. Įtampos vektorių perjungimas grindžiamas pageidaujamo magnetinio srauto kelio variklio statoriuje apskaičiavimu, o tai savo ruožtu lemia sukimo momentą.

Ankstesnių, įprastų PWM maitinimo sistemų trūkumas buvo statoriaus magnetinio srauto vektoriaus amplitudės ir magnetinio srauto kampo nuokrypiai. Šie nukrypimai neigiamai paveikė sukimosi lauką (sukimo momentą) elektros variklio oro tarpelyje ir sukėlė sukimo momento pulsaciją. U amplitudės nuokrypio įtaka yra nereikšminga ir gali būti dar labiau sumažinta padidinus perjungimo dažnį.

Variklio įtampos generavimas

Stabilus veikimas atitinka mašinos įtampos vektoriaus U wt reguliavimą taip, kad jis apibūdina apskritimą (žr. 24 pav.).

Įtampos vektorius apibūdinamas elektros variklio įtampos dydžiu ir sukimosi greičiu, kuris atitinka darbo dažnį nagrinėjamu laiko momentu. Variklio įtampa generuojama sukuriant vidutines vertes, naudojant trumpus impulsus iš gretimų vektorių.

Danfoss Corporation sukurtas SFAVM metodas, be kita ko, turi šias savybes:

Įtampos vektorių galima reguliuoti amplitudėje ir fazėje nenukrypstant nuo nustatyto nustatymo.

Komutavimo seka visada prasideda 000 arba 111. Tai leidžia įtampos vektoriui turėti tris perjungimo režimus.

Vidutinė įtampos vektoriaus vertė gaunama naudojant trumpus kaimyninių vektorių impulsus, taip pat nulinius vektorius 000 ir 111.

Valdymo grandinė

Valdymo grandinė arba valdymo plokštė yra ketvirtasis pagrindinis dažnio keitiklio elementas, skirtas keturioms svarbioms užduotims išspręsti:

Dažnio keitiklio puslaidininkinių elementų valdymas.

Duomenų mainai tarp dažnio keitiklių ir išorinių įrenginių.

Duomenų rinkimas ir gedimų pranešimų generavimas.

Atlieka dažnio keitiklio ir elektros variklio apsaugos funkcijas.

Mikroprocesoriai padidino valdymo grandinės greitį, žymiai išplėtė pavarų pritaikymo spektrą ir sumažino būtinų skaičiavimų skaičių.

Mikroprocesorius yra įmontuotas į dažnio keitiklį ir visada gali nustatyti optimalų impulsų derinį kiekvienai darbo sąlygai.

AIM dažnio keitiklio valdymo grandinė

Ryžiai. 25 Pertraukikliu valdomos tarpinės grandinės valdymo grandinės veikimo principas.

Fig. 25 paveiksle parodytas dažnio keitiklis su AIM valdymu ir tarpiniu grandinės pertraukikliu. Valdymo grandinė valdo keitiklį (2) ir keitiklį (3).

Valdymas atliekamas pagal momentinę tarpinės grandinės įtampos vertę.

Tarpinės grandinės įtampa varo grandinę, kuri duomenų saugojimo atmintyje veikia kaip adresų skaitiklis. Atmintis saugo keitiklio impulsų modelio išvesties sekas. Padidėjus tarpinės grandinės įtampai, skaičiavimas vyksta greičiau, seka greičiau baigiasi, didėja išėjimo dažnis.

Smulkintuvo valdymui tarpinės grandinės įtampa pirmiausia lyginama su etaloninės įtampos signalo vardine verte. Tikimasi, kad šis įtampos signalas duos teisingos vertės išėjimo įtampa ir dažnis. Jei pakeičiamas atskaitos signalas ir tarpinės grandinės signalas, PI valdiklis informuoja grandinę, kad reikia keisti ciklo laiką. Dėl to tarpinės grandinės įtampa reguliuojama pagal atskaitos signalą.

Dažnas moduliavimo būdas galios keitikliui valdyti yra impulsų amplitudės moduliavimas (PAM). Impulso pločio moduliacija (PWM) yra daugiau modernus metodas.

Lauko valdymas (vektorinis valdymas)

Vektorinį valdymą galima organizuoti keliais būdais. Pagrindinis metodų skirtumas yra kriterijai, naudojami apskaičiuojant aktyviosios srovės, įmagnetinimo srovės (magnetinio srauto) ir sukimo momento vertes.

Lyginant nuolatinės srovės ir trifazius asinchroninius variklius (26 pav.), išryškėja tam tikros problemos. Esant nuolatinei srovei, parametrai, kurie yra svarbūs generuojant sukimo momentą - magnetinis srautas (F) ir armatūros srovė - yra fiksuojami atsižvelgiant į fazės dydį ir vietą ir yra nustatomi pagal lauko apvijų orientaciją ir anglies padėtį. šepečiai (26a pav.).

Nuolatinės srovės variklyje armatūros srovė ir srovė, sukurianti magnetinį srautą, yra viena kitos atžvilgiu stačiu kampu ir jų reikšmės nėra labai didelės. Asinchroniniame elektros variklyje magnetinio srauto (F) ir rotoriaus srovės (I,) padėtis priklauso nuo apkrovos. Be to, skirtingai nuo nuolatinės srovės variklio, fazių kampų ir srovės negalima tiesiogiai nustatyti pagal statoriaus dydį.

Ryžiai. 26. Nuolatinės srovės mašinos ir kintamosios srovės asinchroninės mašinos palyginimas

Tačiau naudojant matematinį modelį galima apskaičiuoti sukimo momentą pagal magnetinio srauto ir statoriaus srovės santykį.

Iš išmatuotos statoriaus srovės (l s) išgaunamas komponentas (l w), kuris sukuria sukimo momentą su magnetiniu srautu (Ф) stačiu kampu tarp šių dviejų kintamųjų (l in). Taip susidaro elektros variklio magnetinis srautas (27 pav.).

Ryžiai. 27. Srovės dedamųjų skaičiavimas lauko reguliavimui

Su šiais dviem srovės komponentais sukimo momentas ir magnetinis srautas gali būti nepriklausomai paveikti. Tačiau dėl tam tikro elektros variklio dinaminiu modeliu pagrįstų skaičiavimų sudėtingumo tokie skaičiavimai yra ekonomiški tik skaitmeninėse pavarose.

Kadangi šiuo metodu nuo apkrovos nepriklausomas sužadinimo valdymas yra atskirtas nuo sukimo momento valdymo, asinchroninį variklį galima dinamiškai valdyti taip pat, kaip ir nuolatinės srovės variklį, jei yra signalas. Atsiliepimas. Šis trifazio kintamosios srovės variklio valdymo būdas turi šiuos privalumus:

Geras atsakas į apkrovos pokyčius

Tikslus galios valdymas

Visas sukimo momentas esant nuliui

Veikimo charakteristikos yra panašios į nuolatinės srovės pavarų charakteristikas.

V/f charakteristikų ir magnetinio srauto vektoriaus reguliavimas

Pastaraisiais metais trifazių kintamosios srovės variklių greičio reguliavimo sistemos buvo sukurtos remiantis dviem skirtingi principai valdikliai:

normalus V/f valdymas arba SKALIARUS valdymas ir magnetinio srauto vektoriaus valdymas.

Abu metodai turi savų privalumų, kurie priklauso nuo konkrečių reikalavimų pavaros našumui (dinamikai) ir tikslumui.

V/f valdymas turi ribotą greičio reguliavimo diapazoną (maždaug 1:20), o esant mažam greičiui reikalingas kitoks valdymo principas (kompensacija). Naudojant šį metodą, gana paprasta pritaikyti dažnio keitiklį prie variklio, o valdymas yra atsparus momentiniams apkrovos pokyčiams visame sūkių diapazone.

Srauto valdomose pavarose dažnio keitiklis turi būti tiksliai sukonfigūruotas varikliui, todėl reikia išsamiai žinoti jo parametrus. Taip pat reikalingi papildomi komponentai grįžtamojo ryšio signalui gauti.

Kai kurie šio tipo valdymo privalumai:

Greita reakcija į greičio pokyčius ir platus greičio diapazonas

Geresnis dinaminis atsakas į krypties pokyčius

Vienodas valdymo principas užtikrinamas visame greičio diapazone.

Vartotojui optimalus sprendimas būtų derinys geriausios savybės abu principai. Akivaizdu, kad reikia ir atsparumo laipsniškai apkrovai / iškrovai visame greičio diapazone, kuris paprastai yra stiprioji V/f valdymo taškas, ir greitas reagavimas į greičio atskaitos pokyčius (kaip ir valdant lauke).

Remiantis naujausia statistika, maždaug 70% visos pasaulyje pagaminamos elektros energijos suvartoja elektros pavaros. Ir kiekvienais metais šis procentas auga.

Teisingai pasirinkus elektros variklio valdymo būdą, galima pasiekti maksimalų efektyvumą, maksimalų sukimo momentą ant elektros mašinos veleno, o kartu padidės ir bendras mechanizmo našumas. Efektyviai veikiantys elektros varikliai sunaudoja minimalų elektros energijos kiekį ir užtikrina maksimalų efektyvumą.

Elektros variklių, maitinamų keitikliu, efektyvumas labai priklausys nuo pasirinkto valdymo būdo elektrinė mašina. Tik suprasdami kiekvieno metodo privalumus, inžinieriai ir pavaros sistemų projektuotojai gali pasiekti maksimalų kiekvieno valdymo metodo našumą.
Turinys:

Kontrolės metodai

Daugelis žmonių, dirbančių automatizavimo srityje, tačiau glaudžiai nesusijusių su elektros pavaros sistemų kūrimu ir diegimu, mano, kad elektros variklio valdymas susideda iš komandų, įvestų naudojant sąsają iš valdymo pulto arba kompiuterio, seka. Taip, žvelgiant iš bendros valdymo hierarchijos automatizuota sistema tai teisinga, bet vis dar yra būdų valdyti patį elektros variklį. Būtent šie metodai turės didžiausią įtaką visos sistemos veikimui.

Asinchroniniams varikliams, prijungtiems prie dažnio keitiklio, yra keturi pagrindiniai valdymo būdai:

• U/f – voltai hercui;
• U/f su koduotuvu;
• Atvirojo ciklo vektorinis valdymas;
• Uždarojo ciklo vektorinis valdymas;

Visuose keturiuose metoduose naudojama PWM impulsų pločio moduliacija, kuri keičia fiksuoto signalo plotį, keisdama impulsų plotį, kad būtų sukurtas analoginis signalas.

Impulso pločio moduliavimas dažnio keitikliui taikomas naudojant fiksuotą nuolatinės srovės magistralės įtampą. greitai atidarydami ir uždarydami (teisingiau perjungdami) jie generuoja išėjimo impulsus. Keičiant šių impulsų plotį išėjime, gaunamas norimo dažnio „sinusoidas“. Net jei tranzistorių išėjimo įtampos forma yra impulsinė, srovė vis tiek gaunama sinusoidės pavidalu, nes elektros variklis turi induktyvumą, kuris turi įtakos srovės formai. Visi valdymo metodai yra pagrįsti PWM moduliacija. Skirtumas tarp valdymo metodų slypi tik elektros varikliui tiekiamos įtampos apskaičiavimo metodu.

Šiuo atveju nešlio dažnis (rodomas raudonai) reiškia didžiausią tranzistorių perjungimo dažnį. Inverterių nešlio dažnis paprastai yra 2 kHz - 15 kHz diapazone. Dažnio atskaita (rodoma mėlyna spalva) yra išvesties dažnio komandos signalas. Įprastose elektros pavaros sistemose naudojamiems keitikliams jis paprastai svyruoja nuo 0 Hz iki 60 Hz. Kai dviejų dažnių signalai dedami vienas ant kito, bus duodamas signalas atidaryti tranzistorių (pažymėtą juoda spalva), kuris tiekia elektros variklio maitinimo įtampą.

U/F valdymo metodas

Voltų per Hz valdymas, dažniausiai vadinamas U/F, yra bene paprasčiausias valdymo būdas. Jis dažnai naudojamas paprastose elektrinės pavaros sistemose dėl savo paprastumo ir minimalaus veikimo parametrų skaičiaus. Šis valdymo būdas nereikalauja privalomo kodavimo įrenginio ir kintamo dažnio elektros pavaros nustatymų (bet rekomenduojama). Tai lemia mažesnes išlaidas už pagalbinė įranga(jutikliai, grįžtamojo ryšio laidai, relės ir kt.). U/F valdymas gana dažnai naudojamas aukšto dažnio įrangoje, pavyzdžiui, jis dažnai naudojamas CNC staklėse suklio sukimuisi valdyti.

Nuolatinio sukimo momento modelis turi pastovų sukimo momentą visame greičio diapazone su tuo pačiu U/F santykiu. Kintamo sukimo momento santykio modelis turi mažesnę maitinimo įtampą mažas greitis. Tai būtina norint išvengti elektros mašinos prisotinimo.

U/F – vienintelis būdas reguliuoti asinchroninio elektros variklio greitį, leidžiantį valdyti kelias elektros pavaras iš vieno dažnio keitiklio. Atitinkamai, visos mašinos įsijungia ir sustoja vienu metu ir veikia tuo pačiu dažniu.

Tačiau šis kontrolės metodas turi keletą apribojimų. Pavyzdžiui, naudojant U/F valdymo metodą be kodavimo, visiškai nėra jokio tikrumo, kad asinchroninės mašinos velenas sukasi. Be to, elektrinės mašinos paleidimo sukimo momentas 3 Hz dažniu ribojamas iki 150%. Taip, riboto sukimo momento yra daugiau nei pakankamai, kad tilptų dauguma esamos įrangos. Pavyzdžiui, beveik visi ventiliatoriai ir siurbliai naudoja U/F valdymo metodą.

Šis metodas yra gana paprastas dėl laisvesnių specifikacijų. Greičio reguliavimas paprastai yra 2–3% maksimalaus išėjimo dažnio diapazone. Greičio atsakas apskaičiuojamas dažniams, viršijantiems 3 Hz. Dažnio keitiklio atsako greitis nustatomas pagal jo reakcijos greitį į atskaitos dažnio pokyčius. Kuo didesnis atsako greitis, tuo greičiau elektrinė pavara reaguos į greičio nustatymo pokyčius.

Greičio reguliavimo diapazonas naudojant U/F metodą yra 1:40. Padauginus šį santykį iš didžiausio elektrinės pavaros veikimo dažnio, gauname mažiausio dažnio, kuriuo elektrinė mašina gali veikti, reikšmę. Pavyzdžiui, jei didžiausia dažnio reikšmė yra 60 Hz, o diapazonas yra 1:40, tada minimali dažnio reikšmė bus 1,5 Hz.

U/F modelis nustato dažnio ir įtampos santykį veikiant kintamo dažnio pavarai. Pagal ją sukimosi greičio nustatymo kreivė (variklio dažnis) be dažnio reikšmės lems ir į elektros mašinos gnybtus tiekiamos įtampos vertę.

Operatoriai ir technikai gali pasirinkti norimą U/F valdymo modelį vienu parametru šiuolaikiniame dažnio keitiklyje. Iš anksto įdiegti šablonai jau optimizuoti konkrečioms programoms. Taip pat yra galimybių susikurti savo šablonus, kurie bus optimizuoti konkrečiai kintamo dažnio pavarai ar elektros variklių sistemai.

Tokie įrenginiai kaip ventiliatoriai ar siurbliai turi apkrovos sukimo momentą, kuris priklauso nuo jų sukimosi greičio. Kintamasis U/F modelio sukimo momentas (paveikslėlis aukščiau) apsaugo nuo valdymo klaidų ir padidina efektyvumą. Šis valdymo modelis sumažina įmagnetinimo sroves esant žemiems dažniams, sumažindamas elektros mašinos įtampą.

Pastovaus sukimo momento mechanizmuose, tokiuose kaip konvejeriai, ekstruderiai ir kita įranga, naudojamas pastovaus sukimo momento valdymo metodas. Esant pastoviai apkrovai, esant bet kokiam greičiui, reikalinga visa įmagnetinimo srovė. Atitinkamai, charakteristika turi tiesų nuolydį visame greičio diapazone.

U/F valdymo metodas su koduotuvu

Jei reikia padidinti sukimosi greičio reguliavimo tikslumą, valdymo sistema pridedama kodavimo įtaisu. Greičio grįžtamojo ryšio įvedimas naudojant kodavimo įrenginį leidžia padidinti valdymo tikslumą iki 0,03%. Išėjimo įtampa vis tiek bus nustatyta pagal nurodytą U/F modelį.

Šis valdymo metodas nėra plačiai naudojamas, nes jo teikiami pranašumai, palyginti su standartinėmis U/F funkcijomis, yra minimalūs. Paleidimo momentas, reakcijos greitis ir greičio reguliavimo diapazonas yra identiški standartiniams U/F. Be to, padidėjus veikimo dažniams, gali kilti problemų dėl kodavimo įrenginio veikimo, nes jo apsisukimų skaičius yra ribotas.

Atvirojo ciklo vektorinis valdymas

Atvirojo ciklo vektorinis valdymas (VC) naudojamas platesniam ir dinamiškesniam elektros mašinos greičio valdymui. Pradedant nuo dažnio keitiklio, elektros varikliai gali sukurti 200% vardinio sukimo momento paleidimo momentą tik 0,3 Hz dažniu. Tai žymiai išplečia mechanizmų, kuriuose galima naudoti asinchroninę elektrinę pavarą su vektoriniu valdymu, sąrašą. Šis metodas taip pat leidžia valdyti mašinos sukimo momentą visuose keturiuose kvadrantuose.

Sukimo momentą riboja variklis. Tai būtina siekiant išvengti žalos įrangai, mašinoms ar gaminiams. Sukimo momentų vertė yra padalinta į keturis skirtingus kvadrantus, priklausomai nuo elektros mašinos sukimosi krypties (pirmyn arba atgal) ir nuo to, ar elektros variklis padaro . Kiekvienam kvadrantui ribas galima nustatyti atskirai arba vartotojas gali nustatyti bendrą dažnio keitiklio sukimo momentą.

Asinchroninės mašinos variklio režimas bus užtikrintas, kad rotoriaus magnetinis laukas atsiliktų magnetinis laukas statorius. Jei rotoriaus magnetinis laukas pradeda aplenkti statoriaus magnetinį lauką, mašina pereis į regeneracinį stabdymo režimą su energijos išleidimu, kitaip tariant, asinchroninis variklis persijungs į generatoriaus režimą.

Pavyzdžiui, butelių kamštelio mašina gali naudoti sukimo momento ribojimą 1 kvadrante (kryptis pirmyn su teigiamu sukimo momentu), kad butelio dangtelis nebūtų per daug priveržtas. Mechanizmas juda į priekį ir naudoja teigiamą sukimo momentą, kad priveržtų butelio dangtelį. Tačiau tokiame įrenginyje kaip liftas, kurio atsvara sunkesnė už tuščią kabiną, bus naudojamas 2 kvadrantas (atbulinis sukimasis ir teigiamas sukimo momentas). Jei kabina pakyla į viršutinį aukštą, sukimo momentas bus priešingas greičiui. Tai būtina norint apriboti kėlimo greitį ir neleisti atsvarai laisvai kristi, nes jis yra sunkesnis už kabiną.

Srovės grįžtamasis ryšys šiuose dažnio keitikliuose leidžia nustatyti elektros variklio sukimo momento ir srovės ribas, nes didėjant srovei, didėja ir sukimo momentas. Inverterio išėjimo įtampa gali padidėti, jei mechanizmui reikia didesnio sukimo momento, arba sumažėti, jei pasiekiama didžiausia leistina jo vertė. Dėl to asinchroninės mašinos vektoriaus valdymo principas yra lankstesnis ir dinamiškesnis, palyginti su U/F principu.

Taip pat dažnio keitikliai su vektoriniu valdymu ir atvira kilpa turi greitesnį 10 Hz greičio atsaką, todėl jį galima naudoti mechanizmuose su smūgio apkrovomis. Pavyzdžiui, uolienų trupintuvuose apkrova nuolat kinta ir priklauso nuo apdorojamų uolienų tūrio ir matmenų.

Skirtingai nuo U/F valdymo modelio, vektorinis valdymas naudoja vektorinį algoritmą maksimaliai efektyviai elektros variklio darbinei įtampai nustatyti.

TPB vektorinis valdymas išsprendžia šią problemą dėl grįžtamojo ryšio apie variklio srovę. Paprastai srovės grįžtamąjį ryšį generuoja paties dažnio keitiklio vidiniai srovės transformatoriai. Naudodamas gautą srovės vertę, dažnio keitiklis apskaičiuoja elektros mašinos sukimo momentą ir srautą. Pagrindinis variklio srovės vektorius matematiškai padalytas į įmagnetinimo srovės (I d) ir sukimo momento (I q) vektorių.

Naudodamasis elektros mašinos duomenimis ir parametrais, keitiklis apskaičiuoja įmagnetinimo srovės (I d) ir sukimo momento (I q) vektorius. Kad būtų pasiektas maksimalus našumas, dažnio keitiklis turi išlaikyti I d ir I q atskirtus 90 0 kampu. Tai svarbu, nes sin 90 0 = 1, o 1 reikšmė reiškia didžiausią sukimo momento vertę.

Bendra vektorių kontrolė asinchroninis elektros variklis atlieka griežtesnę kontrolę. Greičio reguliavimas yra maždaug ±0,2% maksimalaus dažnio, o reguliavimo diapazonas siekia 1:200, kuris gali išlaikyti sukimo momentą važiuojant mažu greičiu.

Vektorinio grįžtamojo ryšio valdymas

Grįžtamojo ryšio vektorinis valdymas naudoja tą patį valdymo algoritmą kaip ir atvirojo ciklo VAC. Pagrindinis skirtumas yra kodavimo buvimas, kuris leidžia kintamo dažnio pavarai sukurti 200% pradinį sukimo momentą esant 0 aps./min. Šis taškas yra tiesiog būtinas norint sukurti pradinį momentą nuvažiuojant nuo liftų, kranų ir kitų kėlimo mašinų, kad būtų išvengta krovinio nusėdimo.

Greičio grįžtamojo ryšio jutiklio buvimas leidžia padidinti sistemos atsako laiką iki daugiau nei 50 Hz, taip pat išplėsti greičio reguliavimo diapazoną iki 1:1500. Be to, grįžtamojo ryšio buvimas leidžia valdyti ne elektrinės mašinos greitį, o sukimo momentą. Kai kuriuose mechanizmuose didelę reikšmę turi sukimo momento vertė. Pavyzdžiui, vyniojimo mašina, užsikimšimo mechanizmai ir kt. Tokiuose įrenginiuose būtina reguliuoti mašinos sukimo momentą.

Apibūdinimas:

Dažnio keitiklis kartu su asinchroniniu elektros varikliu leidžia pakeisti nuolatinės srovės elektros pavarą. Nuolatinės srovės variklio greičio reguliavimo sistemos yra gana paprastos, tačiau tokios elektrinės pavaros silpnoji vieta yra elektros variklis. Tai brangu ir nepatikima. Eksploatacijos metu šepečiai kibirkščiuoja, o komutatorius susidėvi veikiamas elektros erozijos.Tokio elektros variklio negalima naudoti dulkėtoje ir sprogioje aplinkoje.

Asinchroniniai elektros varikliai daugeliu atžvilgių pranašesni už nuolatinės srovės variklius: jie yra paprastos konstrukcijos ir patikimi, nes neturi judančių kontaktų. Jie turi mažesnius matmenis, svorį ir kainą, palyginti su tos pačios galios nuolatinės srovės varikliais. Asinchroninius variklius lengva gaminti ir naudoti.

Pagrindinis asinchroninių elektros variklių trūkumas – sunku reguliuoti jų greitį tradiciniais metodais(keičiant maitinimo įtampą, įvedant papildomas varžas į apvijos grandinę).

Asinchroninio elektros variklio valdymas dažnio režimu dar visai neseniai buvo didelė problema, nors dažnio valdymo teorija buvo sukurta dar trečiajame dešimtmetyje. Kintamo dažnio pavarų kūrimą sutrukdė didelė dažnio keitiklių kaina. Galios grandinių su IGBT tranzistoriais atsiradimas ir didelio našumo mikroprocesorinių valdymo sistemų sukūrimas leido įvairioms Europos, JAV ir Japonijos įmonėms už prieinamą kainą sukurti modernius dažnio keitiklius.

Yra žinoma, kad greičio kontrolė pavaros gali būti atliekami naudojant įvairius įrenginius: mechaninius variatorius, hidraulines movas, rezistorius, papildomai įstatytus į statorių ar rotorių, elektromechaninius dažnio keitiklius, statinius dažnio keitiklius.

Pirmųjų keturių įrenginių naudojimas nenumato Aukštos kokybės greičio reguliatorius, neekonomiškas, brangus montuoti ir eksploatuoti.
Statiniai dažnio keitikliai šiuo metu yra pažangiausi asinchroninės pavaros valdymo įrenginiai.

Asinchroninio variklio greičio reguliavimo dažnio metodo principas yra tas, kad keičiant dažnį f1 maitinimo įtampa, tai įmanoma pagal išraišką

nekeičiant polių porų skaičiaus p, pakeisti statoriaus magnetinio lauko kampinį greitį.

Šis metodas užtikrina sklandų greičio valdymą plačiame diapazone, o mechaninės charakteristikos yra labai tvirtos.

Greičio reguliavimas nėra lydimas asinchroninio variklio slydimo padidėjimo, todėl reguliavimo metu galios nuostoliai yra nedideli.

Norint gauti aukštą asinchroninio variklio energetinį efektyvumą - galios koeficientus, naudingas veiksmas, perkrovos talpa - būtina keisti tiekiamą įtampą kartu su dažniu.

Įtampos kitimo dėsnis priklauso nuo apkrovos sukimo momento pobūdžio ponia. Esant pastovios apkrovos sukimo momentui Mc=const Statoriaus įtampa turi būti reguliuojama proporcingai dažniui :

Apkrovos sukimo momento ventiliatoriaus pobūdžiui ši būsena yra tokia:

Su apkrovos sukimo momentu, atvirkščiai proporcingu greičiui:

Taigi, norint sklandžiai reguliuoti asinchroninio elektros variklio veleno sukimosi dažnį, dažnio keitiklis turi vienu metu reguliuoti dažnį ir įtampą ant asinchroninio variklio statoriaus.

Reguliuojamos elektros pavaros panaudojimo technologiniuose procesuose privalumai

Valdomos elektros pavaros naudojimas užtikrina energijos taupymą ir leidžia įgyti naujų sistemų ir objektų kokybės. Žymiai sutaupoma energijos, reguliuojant bet kurią technologinis parametras. Jei tai konvejeris ar konvejeris, tuomet galite reguliuoti jo judėjimo greitį. Jei tai siurblys arba ventiliatorius, galite palaikyti slėgį arba reguliuoti veikimą. Jei tai yra staklės, galite sklandžiai reguliuoti tiekimo greitį arba pagrindinį judesį.

Ypatingas ekonominis dažnio keitiklių naudojimo efektas gaunamas naudojant dažnio reguliavimą įrenginiuose, kuriuose transportuojami skysčiai. Iki šiol dažniausiai tokių objektų veikimui reguliuoti buvo naudojami sklendės arba valdymo vožtuvai, tačiau šiandien tampa prieinamas asinchroninio variklio, varančio, pavyzdžiui, siurblinės ar ventiliatoriaus sparnuotės, dažnio reguliavimas.

Dažnio reguliavimo pažadas aiškiai matomas 1 paveiksle

Taigi droseliuojant medžiagos srautas, kurį riboja vartai arba vožtuvas, neveikia naudingo darbo. Naudojant reguliuojamą siurblio ar ventiliatoriaus elektrinę pavarą, galima nustatyti reikiamą slėgį ar srautą, kuris ne tik sutaupys energijos, bet ir sumažins transportuojamos medžiagos nuostolius.

Dažnio keitiklio struktūra

Dauguma šiuolaikinių dažnio keitiklių yra pagaminti naudojant dvigubos konversijos schemą. Jie susideda iš šių pagrindinių dalių: nuolatinės srovės jungties (nevaldomas lygintuvas), galios impulsų keitiklio ir valdymo sistemos.

Nuolatinės srovės jungtis susideda iš nekontroliuojamo lygintuvo ir filtro. Maitinimo tinklo kintamoji įtampa paverčiama nuolatinės srovės įtampa.

Galios trifazis impulsinis keitiklis susideda iš šešių tranzistorių jungiklių. Kiekviena elektros variklio apvija per atitinkamą jungiklį yra prijungta prie teigiamų ir neigiamų lygintuvo gnybtų. Inverteris ištaisytą įtampą paverčia į reikiamo dažnio ir amplitudės trifazę kintamąją įtampą, kuri tiekiama į elektros variklio statoriaus apvijas.

Inverterio išėjimo stadijose kaip jungikliai naudojami galios IGBT tranzistoriai. Palyginti su tiristoriais, jie turi didesnį perjungimo dažnį, todėl jie sukuria sinusoidinį išėjimo signalą su minimaliais iškraipymais.

Dažnio keitiklio veikimo principas

Dažnio keitiklį sudaro nevaldomas diodinis galios lygintuvas B, autonominis keitiklis, PWM valdymo sistema, automatinis reguliavimas, induktoriaus Lв ir filtro kondensatoriaus Cв (2 pav.). Išėjimo dažnio reguliavimas fout. o įtampa Uout keitiklyje atliekama dėl aukšto dažnio impulsų pločio valdymo.

Impulso pločio valdymui būdingas moduliacijos periodas, kurio metu elektros variklio statoriaus apvija pakaitomis jungiama prie teigiamų ir neigiamų lygintuvo polių.

Šių būsenų trukmė PWM periode yra moduliuojama pagal sinusoidinį dėsnį. Esant dideliam (dažniausiai 2...15 kHz) PWM laikrodžio dažniui, variklio apvijose dėl savo filtravimo savybių teka sinusinės srovės.

Greičio reguliavimas nėra lydimas asinchroninio variklio slydimo padidėjimo, todėl reguliavimo metu galios nuostoliai yra nedideli. Norint gauti aukštą asinchroninio variklio energetinį efektyvumą – galios koeficientus, efektyvumą, perkrovos pajėgumą – būtina keisti įėjimo įtampą kartu su dažniu.

Dažnio keitiklio struktūra

Moderniausia dažnio keitikliai pastatytas naudojant dvigubos konversijos schemą. Pastovios amplitudės ir dažnio įvesties sinusinė įtampa yra ištaisyta nuolatinės srovės jungtyje B, išlyginama filtru, kurį sudaro droselis Lв ir filtro kondensatorius Cv, o po to vėl konvertuojamas keitikliu AINį kintamą kintamo dažnio ir amplitudės įtampą. Išėjimo dažnio reguliavimas fout. o įtampa Uout keitiklyje atliekama dėl aukšto dažnio impulsų pločio valdymo. Impulso pločio valdymui būdingas moduliacijos periodas, kurio metu elektros variklio statoriaus apvija pakaitomis jungiama prie teigiamų ir neigiamų lygintuvo polių.

Kiekvienos apvijos prijungimo trukmė impulsų pasikartojimo laikotarpiu yra moduliuojama pagal sinusoidinį dėsnį. Didžiausias impulsų plotis suteikiamas pusės ciklo viduryje ir mažėja pusės ciklo pradžioje ir pabaigoje. Taigi valdymo sistemos valdymo sistema užtikrina variklio apvijų įtampos impulsų pločio moduliaciją (PWM), kurios amplitudę ir dažnį lemia moduliuojančios sinusinės funkcijos parametrai. Taigi dažnio keitiklio išvestyje susidaro trifazė kintamo dažnio ir amplitudės kintamoji įtampa.

Visada džiaugiamės matydami senus partnerius ir laukiame naujų.

Pristatymas į visus Rusijos regionus!

Turinys:

Asinchroniniuose elektros varikliuose reikia reguliuoti rotoriaus greitį. Tam naudojama kintamo dažnio pavara, kurios pagrindinis elementas yra dažnio keitiklis. Jo konstrukcijoje yra nuolatinės srovės tiltas, kuris taip pat yra lygintuvas, kuris pramoninę kintamąją srovę paverčia nuolatine srove. Kita svarbi dalis – inverteris, kuris atvirkštiniu būdu nuolatinę srovę paverčia reikiamo dažnio ir amplitudės kintamąja srove.

Kintamo dažnio pavaros veikimo principas

Pramonėje ir transporte plačiai naudojami asinchroniniai varikliai, kurie yra pagrindinė komponentų, mašinų ir mechanizmų varomoji jėga. Jie yra labai patikimi ir gana lengvai remontuojami.

Tačiau šie įrenginiai gali suktis tik vienu dažniu, kuris yra kintamosios srovės maitinimo šaltinis. Norint veikti skirtinguose diapazonuose, naudojami specialūs įrenginiai – dažnio keitikliai, kurie reguliuoja dažnius pagal reikiamus parametrus.

Konverterių veikimas glaudžiai susijęs su asinchroninio variklio veikimo principu. Jo statorius susideda iš trijų apvijų, kurių kiekviena yra sujungta elektros, sukuriant kintamąjį magnetinį lauką. Veikiant šiam laukui, rotoriuje indukuojama srovė, kuri taip pat sukelia magnetinio lauko atsiradimą. Dėl statoriaus ir rotoriaus laukų sąveikos rotorius pradeda suktis.

Kai paleidžiamas indukcinis variklis, iš tinklo tiekiama didelė srovė. Dėl šios priežasties mechanizmo pavara patiria didelę perkrovą. Kyla spazminis variklio noras pasiekti vardinį greitį. Dėl to sumažėja ne tik paties įrenginio, bet ir tų įrenginių, kuriuos jis maitina, tarnavimo laikas.

Ši problema sėkmingai išspręsta naudojant kintamo dažnio pavarą, kuri leidžia keisti varikliui tiekiamos įtampos dažnį. Dėl šiuolaikinių elektroninių komponentų šie įrenginiai yra nedideli ir labai efektyvūs.

Dažnio keitiklio veikimo principas yra gana paprastas. Pirma, tinklo įtampa tiekiama į lygintuvą, kur ji paverčiama nuolatine srove. Tada jis išlyginamas kondensatoriais ir siunčiamas į tranzistorių keitiklį. Jo tranzistoriai atviroje būsenoje turi itin mažą varžą. Jie tam tikru metu atidaromi ir užsidaro naudojant elektroninį valdymą. Į trifazę panaši įtampa susidaro, kai fazės pasislenka viena kitos atžvilgiu. Impulsai yra stačiakampio formos, tačiau tai visiškai neturi įtakos variklio darbui.

Eksploatacijos metu dažnio keitikliai turi didelę reikšmę. Naudojant šią prijungimo schemą, sukimo momentui sukurti būtina naudoti fazės poslinkio kondensatorių. Įrenginio efektyvumas pastebimai krenta, tačiau dažnio keitiklis padidina jo našumą.

Taigi, naudojant kintamo dažnio pavarą, trifazių kintamosios srovės variklių valdymas tampa efektyvesnis. Dėl to pagerėja gamyba technologiniai procesai, o energijos ištekliai naudojami racionaliau.

Dažnio valdymo prietaisų privalumai ir trūkumai

Šie reguliavimo įtaisai turi neabejotinų pranašumų ir užtikrina didelį ekonominį efektą. Jie išsiskiria dideliu reguliavimo tikslumu ir užtikrina didžiausią pradinį sukimo momentą. Jei reikia, elektros variklis gali veikti esant dalinei apkrovai, o tai leidžia žymiai sutaupyti energijos. Dažnio reguliatoriai žymiai prailgina įrangos tarnavimo laiką. Kai variklis užvedamas sklandžiai, jo susidėvėjimas tampa daug mažesnis.

Kintamo dažnio pavarą galima nuotoliniu būdu diagnozuoti per pramoninį tinklą. Tai leidžia sekti variklio darbo valandas, atpažinti fazių gedimus įvesties ir išvesties grandinėse, taip pat nustatyti kitus defektus ir gedimus.

Prie valdymo įrenginio galima prijungti įvairius jutiklius, kurie leidžia reguliuoti tam tikrus kiekius, pavyzdžiui, slėgį. Jei tinklo įtampa staiga dingsta, įsijungia valdoma stabdymo ir automatinio paleidimo sistema. Sukimosi greitis stabilizuojamas pasikeitus apkrovai. Kintamo dažnio pavara tampa alternatyviu grandinės pertraukiklio pakaitalu.

Pagrindinis trūkumas yra daugelio tokių įrenginių modelių sukeliami trikdžiai. Norint užtikrinti normalų veikimą, būtina įrengti aukšto dažnio trukdžių filtrus. Be to, padidėjusi kintamojo dažnio pavarų galia žymiai padidina jų savikainą, todėl minimalus atsipirkimo laikotarpis yra 1-2 metai.

Reguliavimo įtaisų taikymas

Dažnio valdymo įrenginiai naudojami daugelyje sričių – pramonėje ir kasdieniame gyvenime. Juose įrengti valcavimo staklės, konvejeriai, pjovimo staklės, ventiliatoriai, kompresoriai, maišytuvai, buitiniai Skalbimo mašinos ir oro kondicionieriai. Pavaros puikiai pasitvirtino miesto troleibusų transporte. Kintamo dažnio pavarų naudojimas CNC staklėse valdoma programa leidžia sinchronizuoti judesius daugelio ašių kryptimis vienu metu.

Šios sistemos užtikrina maksimalų ekonominį efektą, kai naudojamos įvairiose siurblinėse. Bet kokio tipo standartas yra reguliuoti slėgio linijose sumontuotus droselius ir nustatyti darbo mazgų skaičių. Dėl to galima gauti tam tikrų Techninės specifikacijos, pvz., vamzdyno slėgis ir kt.

Siurbliai turi pastovų greitį ir neatsižvelgia į besikeičiantį srautą, atsirandantį dėl kintamo vandens suvartojimo. Net esant minimaliam srautui, siurbliai išlaikys pastovų greitį, todėl tinkle susidaro perteklinis slėgis ir avarinės situacijos. Visa tai lydi nemažas energijos suvartojimas. Tai dažniausiai atsitinka naktį, kai smarkiai sumažėja vandens suvartojimas.

Atsiradus kintamo dažnio pavaroms, tapo įmanoma palaikyti pastovų slėgį tiesiai vartotojams. Šios sistemos puikiai pasitvirtino kartu su asinchroniniai varikliai Pagrindinis tikslas. Dažnio valdymas leidžia keisti veleno sukimosi greitį, kad jis būtų didesnis arba mažesnis už vardinį greitį. Prie vartotojo sumontuotas slėgio jutiklis perduoda informaciją į kintamo dažnio pavarą, kuri savo ruožtu keičia varikliui tiekiamą dažnį.

Šiuolaikiniai valdymo įrenginiai yra kompaktiško dydžio. Jie laikomi nuo dulkių ir drėgmės apsaugotame korpuse. Patogios sąsajos dėka įrenginiai gali būti valdomi net ir pačiomis sunkiausiomis sąlygomis, esant plačiam galios diapazonui – nuo ​​0,18 iki 630 kilovatų ir 220/380 voltų įtampa.

Išcentrinių siurblių darbo režimai energetiškai efektyviausiai reguliuojami keičiant jų sparnuočių sukimosi greitį. Darbaračių sukimosi greitis gali būti keičiamas, jei kaip varomasis variklis naudojama reguliuojama elektrinė pavara.
Dujų turbinų ir variklių konstrukcija ir charakteristikos vidaus degimas yra tokie, kad jie gali pakeisti sukimosi greitį reikiamame diapazone.

Patogu analizuoti bet kurio mechanizmo sukimosi greičio reguliavimo procesą naudojant įrenginio mechanines charakteristikas.

Panagrinėkime siurblio, kurį sudaro siurblys ir elektros variklis, mechanines charakteristikas. Fig. 1 pateikiamos mechaninės charakteristikos išcentrinis siurblys, su atbuliniu vožtuvu (1 kreivė) ir elektros varikliu su voverės narvelio rotoriumi (2 kreivė).

Ryžiai. 1. Siurblio agregato mechaninės charakteristikos

Skirtumas tarp elektros variklio sukimo momento ir siurblio pasipriešinimo momento vadinamas dinaminiu sukimo momentu. Jei variklio sukimo momentas yra didesnis už siurblio pasipriešinimo sukimo momentą, dinaminis sukimo momentas laikomas teigiamu, o jei mažesnis, jis laikomas neigiamu.

Veikiamas teigiamo dinaminio sukimo momento, siurbimo agregatas pradeda dirbti su pagreičiu, t.y. pagreitina. Jei dinaminis sukimo momentas yra neigiamas, siurbimo agregatas veikia sulėtėjęs, t.y. lėtėja.

Kai šie momentai yra lygūs, atsiranda pastovi veikimo būsena, t.y. siurblio agregatas dirba pastoviu greičiu. Šį sukimosi greitį ir atitinkamą sukimo momentą lemia elektros variklio ir siurblio mechaninių charakteristikų sankirta (taškas a 1 pav.).

Jei reguliavimo proceso metu vienaip ar kitaip pakeičiama mechaninė charakteristika, pavyzdžiui, kad ji būtų minkštesnė, įvedant papildomą rezistorių į elektros variklio rotoriaus grandinę (3 kreivė 1 pav.), sukimosi momentas. elektros variklio varžos sukimo momentas taps mažesnis.

Veikiamas neigiamo dinaminio sukimo momento siurbimo agregatas pradeda dirbti lėčiau, t.y. sulėtėja, kol sukimo momentas ir pasipriešinimo momentas vėl susibalansuoja (1 pav. b taškas). Šis taškas atitinka jo paties sukimosi dažnį ir sukimo momento vertę.

Taigi siurblio agregato sukimosi greičio reguliavimo procesą nuolat lydi elektros variklio sukimo momento ir siurblio varžos momento pokyčiai.

Siurblio sukimosi greitis gali būti reguliuojamas arba keičiant standžiai prie siurblio prijungto elektros variklio sukimosi greitį, arba keičiant siurblį su pastoviu greičiu veikiančiu elektros varikliu jungiančios transmisijos perdavimo skaičių.

Elektros variklių greičio reguliavimas

Siurbimo įrenginiai daugiausia naudoja kintamosios srovės variklius. Kintamosios srovės variklio sukimosi greitis priklauso nuo maitinimo srovės dažnio f, polių porų skaičiaus p ir slydimo s. Pakeitę vieną ar kelis iš šių parametrų, galite pakeisti elektros variklio ir su juo susieto siurblio sukimosi greitį.

Pagrindinis elementas dažnio elektrinė pavara yra . Keitiklyje nuolatinis maitinimo tinklo dažnis f1 paverčiamas kintamu dažniu f 2. Prie keitiklio išėjimo prijungto elektros variklio sukimosi greitis kinta proporcingai dažniui f 2.

Naudojant dažnio keitiklį praktiškai nepakitę tinklo parametrai įtampa U1 ir dažnis f1 paverčiami į kintamus parametrus U2 ir f 2, reikalingus valdymo sistemai. Norint užtikrinti stabilų elektros variklio veikimą, apriboti jo perkrovą srovėje ir magnetiniame sraute bei išlaikyti aukštą energetinį efektyvumą, dažnio keitiklyje turi būti palaikomas tam tikras jo įvesties ir išėjimo parametrų santykis, priklausomai nuo variklio mechaninių charakteristikų tipo. siurblys. Šie santykiai gaunami iš dažnio reguliavimo įstatymo lygties.

Siurblių atveju reikia laikytis šio santykio:

U1/f1 = U2/f2 = pastovus

Fig. 2 paveiksle pavaizduotos asinchroninio elektros variklio su dažnio reguliavimu mechaninės charakteristikos. Mažėjant dažniui f2, mechaninė charakteristika ne tik pakeičia savo padėtį n - M koordinatėse, bet ir šiek tiek keičia savo formą. Visų pirma sumažėja didžiausias elektros variklio sukimo momentas. Taip yra dėl to, kad jei stebimas santykis U1/f1 = U2/f2 = const ir pasikeičia dažnis f1, į aktyvaus statoriaus varžos įtaką variklio sukimo momento dydžiui neatsižvelgiama.

Ryžiai. 2. Mechaninės dažnio pavaros charakteristikos esant maksimaliems (1) ir žemiems (2) dažniams

Reguliuojant dažnį atsižvelgiama į šią įtaką, maksimalus sukimo momentas išlieka nepakitęs, išsaugoma mechaninės charakteristikos forma, keičiasi tik jos padėtis.

Dažnio keitikliai su aukštu energetines charakteristikas dėl to, kad keitiklio išėjimas suteikia srovės ir įtampos kreivių formą, kuri artėja prie sinusoidės. Pastaruoju metu labiausiai paplitę dažnio keitikliai, kurių pagrindą sudaro IGBT moduliai (izoliuotų vartų bipoliniai tranzistoriai).

IGBT modulis yra labai efektyvus pagrindinis elementas. Jis turi žemą įtampos kritimą, didelis greitis ir maža perjungimo galia. Dažnio keitiklis, pagrįstas IGBT moduliais su PWM ir vektoriniu asinchroninio elektros variklio valdymo algoritmu, turi pranašumų prieš kitų tipų keitiklius. Jam būdingas didelis galios koeficientas visame išėjimo dažnių diapazone.

Konverterio schema parodyta fig. 3.

Ryžiai. 3. IGBT modulių dažnio keitiklio schema: 1 - ventiliatoriaus blokas; 2 - maitinimo šaltinis; 3 - nevaldomas lygintuvas; 4 - valdymo pultas; 5 - valdymo pulto plokštė; 6 - PWM; 7 - įtampos konvertavimo blokas; 8 - valdymo sistemos plokštė; 9 - vairuotojai; 10 - keitiklio bloko saugikliai; 11 - srovės jutikliai; 12 - asinchroninis voverės narvelio variklis; Q1, Q2, Q3 - maitinimo grandinės, valdymo grandinės ir ventiliatoriaus bloko jungikliai; K1, K2 - kondensatorių ir maitinimo grandinės įkrovimo kontaktoriai; C - kondensatoriaus blokas; Rl, R2, R3 - rezistoriai, skirti riboti kondensatoriaus įkrovimo srovę, kondensatoriaus iškrovimą ir drenažo bloką; VT - inverterių maitinimo jungikliai (IGBT moduliai)

Dažnio keitiklio išvestyje susidaro įtampos (srovės) kreivė, šiek tiek skiriasi nuo sinusoidės, kurioje yra aukštesnių harmoninių komponentų. Jų buvimas padidina elektros variklio nuostolius. Dėl šios priežasties, kai elektrinė pavara veikia sukimosi greičiu, artimu vardiniam greičiui, elektros variklis yra perkraunamas.

Dirbant mažesniu apsisukimų dažniu, pablogėja savaiminio vėdinimo elektros variklių, naudojamų siurbliams varyti, aušinimo sąlygos. Įprastame siurblinių agregatų valdymo diapazone (1:2 arba 1:3) šis vėdinimo sąlygų pablogėjimas kompensuojamas žymiai sumažėjusia apkrova dėl sumažėjusio siurblio srauto ir slėgio.

Dirbant dažniais, artimais vardinei vertei (50 Hz), pablogėjus aušinimo sąlygoms kartu su aukštesnės eilės harmonikų atsiradimu, leistiną mechaninę galią reikia sumažinti 8–15%. Dėl šios priežasties didžiausias elektros variklio sukimo momentas sumažėja 1 - 2%, jo efektyvumas - 1 - 4%, cosφ - 5 - 7%.

Norint išvengti elektros variklio perkrovos, reikia arba apriboti jo sukimosi greičio viršutinę vertę, arba pavarą aprūpinti galingesniu elektros varikliu. Paskutinė priemonė yra privaloma, kai siurbimo įrenginys skirtas veikti dažniu f 2 > 50 Hz. Viršutinė variklio sūkių vertė ribojama ribojant dažnį f 2 iki 48 Hz. Variklio vardinės galios didinimas atliekamas suapvalinant iki artimiausios standartinės vertės.

Agregatų reguliuojamų elektrinių pavarų grupinis valdymas

Daugelis siurblinių įrenginių susideda iš kelių mazgų. Paprastai, reguliuojama elektrinė pavara Ne visi įrenginiai yra įrengti. Iš dviejų ar trijų sumontuotų blokų pakanka vieną įrengti su reguliuojama elektrine pavara. Jei vienas keitiklis yra nuolat prijungtas prie vieno iš įrenginių, jų variklio resursas suvartojamas netolygiai, nes įrenginyje yra reguliuojama pavara, naudojamas darbe daug ilgiau.

Norint tolygiai paskirstyti apkrovą tarp visų stotyje įrengtų blokų, sukurtos grupinės valdymo stotys, kurių pagalba blokus galima pakaitomis prijungti prie keitiklio. Valdymo stotys dažniausiai gaminamos žemos įtampos (380 V) blokams.

Paprastai žemos įtampos valdymo stotys yra skirtos valdyti du ar tris įrenginius. Žemos įtampos valdymo stotyse yra grandinės pertraukikliai, užtikrinantys apsaugą nuo fazių gedimų. trumpieji jungimai ir įžeminimo gedimai, šiluminės relės, apsaugančios įrenginius nuo perkrovos, taip pat valdymo įranga (raktai ir kt.).

Valdymo stoties perjungimo grandinėje yra būtini blokatoriai, leidžiantys prijungti dažnio keitiklį prie bet kurio pasirinkto mazgo ir pakeisti darbinius blokus, nepažeidžiant siurbimo ar pūtimo įrenginio technologinio darbo režimo.

Valdymo stotys, kaip taisyklė, kartu su maitinimo elementais ( automatiniai jungikliai, kontaktoriai ir kt.) yra valdymo ir reguliavimo įtaisai (mikroprocesorių valdikliai ir kt.).

Klientui pageidaujant, stotyse yra įrengti automatinio atsarginės galios (ABP) įjungimo, suvartotos elektros komercinės apskaitos, išjungimo įrangos valdymo įrenginiai.

Jei reikia, į valdymo postą įvedami papildomi įrenginiai, užtikrinantys įrenginio naudojimą kartu su dažnio keitikliu minkštas startas vienetų.

Automatinės valdymo stotys suteikia:

tam tikros proceso parametro vertės palaikymas (slėgis, lygis, temperatūra ir kt.);

reguliuojamų ir nereguliuojamų mazgų elektros variklių darbo režimų valdymas (srovės suvartojimo, galios valdymas) ir jų apsauga;

automatinis įjungimas atsarginio bloko veikimas sugedus pagrindiniam;

įrenginių perjungimas tiesiai į tinklą, kai sugenda dažnio keitiklis;

automatinis atsarginio (AVR) elektros įėjimo įjungimas;

automatinis stoties paleidimas (AR) dingus ir stipriai nukritus įtampai elektros tinklas;

automatinis stoties darbo režimo pakeitimas su blokų sustojimu ir paleidimu tam tikru laiku;

automatinis papildomo nereguliuojamo agregato įjungimas, jei reguliuojamas blokas, pasiekęs vardinį greitį, neužtikrino reikiamo vandens tiekimo;

automatinis veikiančių agregatų kaitaliojimas nustatytais intervalais, kad būtų užtikrintas vienodas variklio resursų suvartojimas;

siurbimo (pūtimo) įrenginio veikimo režimo valdymas iš valdymo pulto arba iš dispečerinės konsolės.

Ryžiai. 4. Grupinė valdymo stotis kintamo dažnio elektrinėms siurblių pavaroms

Kintamo dažnio elektrinių pavarų naudojimo siurbimo įrenginiuose efektyvumas

Kintamo dažnio pavaros naudojimas leidžia žymiai sutaupyti energijos, nes tai leidžia naudoti didelius siurbimo įrenginius mažo srauto režimu. Dėl šios priežasties, padidinus blokų vienetinę galią, galima sumažinti bendrą jų skaičių, taigi ir bendrus pastatų matmenis, supaprastinti hidraulinė schema stoties, sumažinti vamzdynų jungiamųjų detalių skaičių.

Taigi valdomos elektros pavaros naudojimas siurbimo agregatuose, taupant elektrą ir vandenį, leidžia sumažinti siurbimo agregatų skaičių, supaprastinti stoties hidraulinę grandinę ir sumažinti pastato statybinį tūrį. siurblinė. Šiuo atžvilgiu atsiranda antriniai ekonominiai efektai: sumažėja šildymo, apšvietimo ir pastato remonto išlaidos, nurodytos išlaidos, priklausomai nuo stočių paskirties ir kitų specifinių sąlygų, gali būti sumažintos 20-50%.

IN techninę dokumentaciją ant dažnio keitiklių nurodyta, kad reguliuojamos elektros pavaros naudojimas siurbimo agregatuose leidžia sutaupyti iki 50% energijos, sunaudojamos siurbiant švarų ir Nuotekos, o atsipirkimo laikotarpis yra nuo trijų iki devynių mėnesių.

Tuo pačiu metu esamų siurblinių agregatų reguliuojamos elektrinės pavaros efektyvumo skaičiavimai ir analizė rodo, kad mažuose siurblinėse, kurių agregatų galia iki 75 kW, ypač kai jie dirba su dideliu statiniu slėgio komponentu, Reguliuojamų elektrinių pavarų naudojimas pasirodo netinkamas. Tokiais atvejais galite naudoti daugiau paprastos sistemos reguliavimas naudojant droselį, keičiant veikiančių siurblinių agregatų skaičių.

Reguliuojamos elektros pavaros taikymas automatikos sistemose siurbimo agregatai, viena vertus, sumažina energijos sąnaudas, kita vertus, reikalauja papildomų kapitalo sąnaudų, todėl reguliuojamos elektrinės pavaros panaudojimo galimybė siurbimo agregatuose nustatoma lyginant pateiktus dviejų variantų kaštus: bazinio ir naujo. Už nugaros naujas variantas imamas siurbimo agregatas su reguliuojama elektros pavara, o baziniu agregatu laikomas įrenginys, kurio agregatai dirba pastoviu greičiu.