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 tuo pačiu padidės ir bendras mechanizmo veikimas. Efektyviai veikiantys elektros varikliai sunaudoja minimalų elektros energijos kiekį ir užtikrina maksimalų efektyvumą.

Elektros variklių, maitinamų keitikliu, efektyvumas labai priklausys nuo pasirinkto elektros mašinos valdymo būdo. 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 magistralės įtampą nuolatinė srovė. 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.

IN tokiu 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 privalomų dažnio nustatymų reguliuojama elektrinė pavara(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 esant mažam greičiui. 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. Įvadas Atsiliepimas greitis 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.

Apskritai, asinchroninio variklio vektorinis valdymas užtikrina griežtesnį valdymą. 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.

Šiuo metu asinchroninis elektros variklis tapo pagrindiniu įtaisu daugumoje elektrinių pavarų. Vis dažniau jam valdyti naudojamas keitiklis su PWM valdymu. Toks valdymas suteikia daug privalumų, bet ir sukuria tam tikrų problemų renkantis vieną ar kitą techniniai sprendimai. Pabandykime juos suprasti išsamiau.

Dažnio keitiklis

Sukūrus ir gaminant platų didelės galios, aukštos įtampos tranzistorių IGBT modulių asortimentą, atsirado galimybė įdiegti daugiafazius maitinimo jungiklius, valdomus tiesiogiai skaitmeniniais signalais. Programuojami skaičiavimo įrankiai leido generuoti skaitines sekas jungiklių, teikiančių signalus, įėjimuose. Vieno lusto mikrovaldiklių su dideliais skaičiavimo ištekliais kūrimas ir masinė gamyba leido pereiti prie servo elektrinių pavarų su skaitmeniniais valdikliais.

Galios dažnio keitikliai, kaip taisyklė, realizuojami pagal grandinę, kurioje yra lygintuvas, naudojant galingus galios diodus arba tranzistorius, ir keitiklis (valdomas jungiklis), naudojant IGBT tranzistorius, šuntus diodais (1 pav.).

Ryžiai. 1. Dažnio keitiklio grandinė

Įvesties pakopa išlygina tiekiamą sinusoidinę tinklo įtampą, kuri, išlyginus indukcinio-talpinio filtro pagalba, tarnauja kaip maitinimo šaltinis valdomam keitikliui, kuris, veikiant skaitmeninėms valdymo komandoms, generuoja signalą c, kuris statoriaus apvijose generuoja sinusines sroves, kurių parametrai užtikrina reikiamą elektros variklio darbo režimą.

Skaitmeninis galios keitiklio valdymas atliekamas naudojant mikroprocesorinę aparatinę įrangą ir atsižvelgiant į paskirtas užduotis programinė įranga. Skaičiavimo įrenginys realiu laiku generuoja valdymo signalus 52 moduliams, taip pat apdoroja signalus iš matavimo sistemų, kurios valdo pavaros darbą.

Galios įrenginiai ir valdymo skaičiavimo įrenginiai yra sujungti kaip struktūrinio projekto dalis pramoninis produktas, vadinamas dažnio keitikliu.

Pramoninėje įrangoje naudojami du pagrindiniai dažnio keitiklių tipai:

firminiai keitikliai, skirti tam tikro tipo įrangai.

universalūs dažnio keitikliai skirti įvairiapusiam IM veikimo valdymui vartotojo nurodytais režimais.

Dažnio keitiklio darbo režimų montavimas ir valdymas gali būti atliekamas naudojant valdymo pultą, kuriame yra ekranas, rodantis įvestą informaciją. IN paprasta versija Skaliariniam dažnio valdymui galite naudoti paprastų loginių funkcijų rinkinį, pasiekiamą valdiklio gamykliniuose nustatymuose, ir įmontuotą PID valdiklį.

Norint įgyvendinti sudėtingesnius valdymo režimus naudojant grįžtamojo ryšio jutiklių signalus, būtina sukurti ACS struktūrą ir algoritmą, kuris turėtų būti programuojamas naudojant prijungtą išorinį kompiuterį.

Dauguma gamintojų gamina visa linija dažnio keitikliai, kurie skiriasi įėjimu ir išėjimu elektrines charakteristikas, galia, dizainas ir kiti parametrai. Norint prisijungti prie išorinės įrangos (maitinimo šaltinio, variklio), galima naudoti papildomus išorinius elementus: magnetiniai starteriai, transformatoriai, droseliai.

Valdymo signalų tipai

Būtina atskirti skirtingus signalų tipus ir kiekvienam iš jų naudoti atskirą kabelį. Įvairių tipų signalai gali paveikti vienas kitą. Praktikoje toks atskyrimas pasitaiko dažnai, pavyzdžiui, kabelis iš gali būti tiesiogiai prijungtas prie dažnio keitiklio.

Ryžiai. 2. Dažnio keitiklio maitinimo grandinių ir valdymo grandinių sujungimo pavyzdys

Galima išskirti šiuos signalų tipus:

analoginiai - įtampos arba srovės signalai (0...10 V, 0/4...20 mA), kurių reikšmė kinta lėtai arba retai, dažniausiai tai yra valdymo arba matavimo signalai;

atskiri įtampos ar srovės signalai (0...10 V, 0/4...20 mA), kurie gali turėti tik dvi retai kintančias reikšmes (aukštą arba žemą);

skaitmeniniai (duomenys) - įtampos signalai (0...5 V, 0...10 V), kurie kinta greitai ir aukštu dažniu, dažniausiai tai signalai iš RS232, RS485 ir kt. prievadų;

relė - relės kontaktai (0...220 V AC) gali įjungti indukcines sroves priklausomai nuo prijungtos apkrovos (išorinės relės, lempos, vožtuvai, stabdžiai ir kt.).

Dažnio keitiklio galios pasirinkimas

Renkantis dažnio keitiklio galią, reikia remtis ne tik elektros variklio galia, bet ir keitiklio bei variklio vardinėmis srovėmis ir įtampomis. Faktas yra tas, kad nurodyta dažnio keitiklio galia taikoma tik jo darbui su standartiniu 4 polių asinchroniniu elektros varikliu standartinėse programose.

Tikrieji diskai turi daug aspektų, galinčių paskatinti augimą dabartinė apkrova vairuoti, pavyzdžiui, paleidžiant. Apskritai dažnio pavaros naudojimas leidžia sumažinti srovę ir mechanines apkrovas dėl minkštas startas. Pavyzdžiui, paleidimo srovė sumažinama nuo 600% iki 100-150% vardinės vertės.

Pavaros veikimas sumažintu greičiu

Reikia atsiminti, kad nors dažnio keitiklis nesunkiai užtikrina greičio reguliavimą 10:1, varikliui dirbant mažais sūkiais, nuosavo ventiliatoriaus galios gali nepakakti. Būtina stebėti variklio temperatūrą ir užtikrinti priverstinę ventiliaciją.

Elektromagnetinis suderinamumas

Kadangi dažnio keitiklis galingas šaltinis aukšto dažnio harmonikų, tuomet varikliams prijungti reikia naudoti minimalaus ilgio ekranuotą laidą. Toks kabelis turi būti tiesiamas ne mažesniu kaip 100 mm atstumu nuo kitų kabelių. Tai sumažina trukdžius. Jei reikia kirsti kabelius, kryžminimas atliekamas 90 laipsnių kampu.

Maitinimas iš avarinio generatoriaus

Minkštas paleidimas, kurį užtikrina dažnio keitiklis, leidžia sumažinti reikalingos galios generatorius Kadangi su tokiu paleidimu srovė sumažėja 4-6 kartus, generatoriaus galia gali būti sumažinta tiek pat kartų. Bet vis tiek tarp generatoriaus ir pavaros turi būti sumontuotas kontaktorius, valdomas iš dažnio pavaros relės išvesties. Tai apsaugo dažnio keitiklį nuo pavojingų viršįtampių.

Trifazis keitiklis maitinimo šaltinis iš vienfazis tinklas

Trifaziai dažnio keitikliai gali būti maitinami iš vienfazio tinklo, tačiau jų išėjimo srovė neturi viršyti 50% vardinės srovės.

Taupoma energija ir pinigai

Sutaupoma dėl kelių priežasčių. Pirma, dėl augimo iki 0,98 verčių, t.y. atlikti naudojama maksimali galia naudingo darbo, minimumas patenka į nuostolius. Antra, visais variklio darbo režimais gaunamas tam artimas koeficientas.

Be dažnio keitiklio, asinchroninių variklių esant mažoms apkrovoms kosinuso phi yra 0,3-0,4. Trečia, nereikia papildomų mechaninių reguliavimo (atvartų, droselių, vožtuvų, stabdžių ir kt.), viskas atliekama elektroniniu būdu. Su tokiu valdymo įrenginiu sutaupoma iki 50 proc.

Sinchronizuoti kelis įrenginius

Dėl papildomų dažninės pavaros valdymo įėjimų galima sinchronizuoti procesus konvejeryje arba nustatyti kai kurių dydžių pokyčių santykį priklausomai nuo kitų. Pavyzdžiui, mašinos veleno sukimosi greitis priklausytų nuo pjaustytuvo padavimo greičio. Procesas bus optimizuotas, nes padidėjus pjaustytuvo apkrovai, padavimas bus sumažintas ir atvirkščiai.

Tinklo apsauga nuo aukštesnių harmonikų

Papildomai apsaugai, be trumpų ekranuotų kabelių, naudojami linijiniai droseliai ir šuntiniai kondensatoriai. , be to, riboja srovės bangą, kai ji įjungta.

Tinkamos apsaugos klasės pasirinkimas

Kad dažnio pavara veiktų be problemų, reikalingas patikimas aušintuvas. Jei naudojate aukštas apsaugos klases, pvz., IP 54 ir aukštesnes, tuomet sunku arba brangu pasiekti tokį šilumos išsklaidymą. Todėl galite naudoti atskirą aukštą apsaugos klasę turinčią spintą, kurioje galėsite dėti žemesnės klasės modulius ir užtikrinti bendrą vėdinimą bei vėsinimą.

Lygiagretus elektros variklių prijungimas prie vieno dažnio keitiklio

Siekiant sumažinti išlaidas, vienu dažnio keitikliu galima valdyti kelis elektros variklius. Jo galia turi būti parinkta su 10-15% marža bendra galia visi elektros varikliai. Tokiu atveju reikia kuo labiau sumažinti variklio kabelių ilgį ir labai patartina sumontuoti variklio droselį.

Dauguma dažnio keitiklių neleidžia atjungti ar prijungti variklių naudojant kontaktorius, kai veikia dažnio pavara. Tai galima padaryti tik naudojant pavaros sustabdymo komandą.

Valdymo funkcijos nustatymas

Norint gauti maksimalius elektrinės pavaros veikimo rodiklius, tokius kaip: galios koeficientas, efektyvumas, perkrovos galia, sklandus valdymas, ilgaamžiškumas, reikia teisingai pasirinkti santykį tarp veikimo dažnio pokyčio ir įtampos dažnio keitiklio išėjime.

Įtampos keitimo funkcija priklauso nuo apkrovos sukimo momento pobūdžio. Esant pastoviam sukimo momentui, elektros variklio statoriaus įtampa turi būti reguliuojama proporcingai dažniui (skaliarinis reguliavimas U/F = const). Pavyzdžiui, ventiliatoriui kitas santykis yra U/F*F = const. Jei padidinsime dažnį 2 kartus, tada įtampą reikia padidinti 4 (vektoriaus reguliavimas). Yra diskų su sudėtingesnėmis valdymo funkcijomis.

Reguliuojamos elektros pavaros su dažnio keitikliu naudojimo privalumai

Be efektyvumo ir energijos taupymo, tokia elektrinė pavara leidžia įgyti naujų valdymo savybių. Tai išreiškiama atsisakant papildomų mechaniniai įrenginiai, sukuriant nuostolius ir sumažinant sistemų patikimumą: stabdžių, amortizatorių, droselių, vožtuvų, valdymo vožtuvų ir kt. Pavyzdžiui, stabdymas gali būti atliktas atvirkščiai sukantis elektromagnetiniam laukui elektros variklio statoriuje. Keičiant tik funkcinį dažnio ir įtampos santykį, gauname kitokią pavarą, nieko nekeisdami mechanikoje.

Dokumentacijos skaitymas

Pažymėtina, kad nors dažnio keitikliai yra panašūs vienas į kitą ir vieną įvaldę, kitą suprasti nesunku, vis dėlto būtina atidžiai perskaityti dokumentaciją. Kai kurie gamintojai taiko savo gaminių naudojimo apribojimus, o jei jie bus pažeisti, gaminiui panaikins garantiją.

Šiuo metu Rusijos rinkoje yra atstovaujama dešimtys prekių ženklų žemos įtampos dažnio keitiklių iš užsienio ir užsienio šalių. Rusijos gamintojai. Tarp jų pirmaujančios Europos įmonės: Siemens, ABB, SEW Eurodrive, Control Techniques (Emerson Corporation), Schneider Electric, Danfoss, K.E.B., Lenze, Allen-Breadly (Rockwell Automation Corporation), Bosch Rexroth. Šių gamintojų produktai yra plačiai atstovaujami, yra platus pardavėjų tinklas. Kol kas mažiau žinomi tokių įmonių iš Europos kaip Emotron, Vacon, SSD Drives (Parker Corporation), Elettronica Santerno produktai. Taip pat yra gaminių iš Amerikos gamintojų – „General Electric Corporation“, „AC Technology International“ (koncerno „Lenze“ dalis) ir WEG (Brazilija).

Azijos įmonės kelia rimtą konkurenciją Europos ir Amerikos gamintojams. Visų pirma, tai įmonės iš Japonijos: „Mitsubishi Electric“, „Omron-Yaskawa“, „Panasonic“, „Hitachi“, „Toshiba“, „Fuji Electric“. Plačiai atstovaujami Korėjos ir Taivano prekių ženklai – LG Industrial Systems, HYUNDAI Electronics, Delta Electronics, Tecorp, Long Shenq Electronic, Mecapion.

Tarp vietinių gamintojų garsiausia yra „Vesper“ įmonė. Taip pat galite atkreipti dėmesį į specializuotus ACh, EPV (JSC Elektroapparat), REN2K arba REMS (MKE) keitiklius.

Dauguma gamintojų siūlo dažnio keitiklius, galinčius veikti atviro ir uždaro kontūro valdymu (vektoriaus valdymo), su programuojamų įėjimų ir išėjimų rinkiniu bei įmontuotu PID valdikliu. Netgi pigiausiuose Korėjos ar Taivano dažnio keitikliuose galima rasti vadinamųjų besensorių, t.y. be rotoriaus padėties jutiklio, vektorinis darbo režimas. Valdymo diapazonas gali būti 1:50.

Tačiau pirmaujantys gamintojai siūlo pažangesnį vektorinio valdymo režimą be grįžtamojo ryšio jutiklio, pagrįstą pažangiais valdymo algoritmais. Vienas iš šios srities pionierių buvo ABB, pasiūliusi DTR (tiesioginį sukimo momento valdymą) – greičio ir sukimo momento valdymo metodą be grįžtamojo ryšio jutiklio. Anglijos įmonė Control Techniques nenaudojant grįžtamojo ryšio jutiklio įdiegė rotoriaus srauto jungties (RFC) valdymo režimą, leidžiantį valdyti sukimo momentą daugumai užduočių pakankamu tikslumu, išplėsti valdymo diapazoną iki 100, užtikrinti aukštą greičio palaikymo tikslumą. esant mažam greičiui ir pasiekti tokią pat perkrovos srovę, kaip ir uždarojo ciklo režimuose.

Stambūs gamintojai siūlo daugiafunkcinius įrenginius su visomis pasirinkimo galimybėmis (išplėtimo moduliais, stabdymo rezistoriais, įmontuotais valdikliais, filtrais, droseliais ir kt.) arba aprūpina juos CNC sistemomis ar judesio valdikliais.

Vis dažniau galima pastebėti pavaros naudojimą regeneraciniu režimu, t.y. su galimybe stabdymo metu išleistą energiją grąžinti atgal į tinklą (liftus, eskalatorius, kranus). Paprastai tam naudojama specializuota pavara su valdomu lygintuvu. Pirmaujančios įmonės, tokios kaip „Control Techniques“, siūlo regeną kaip vieną iš Unidrive SP dažnio keitiklio veikimo režimų, taip sutaupydami daug energijos ir didelis efektyvumas sistemos.

Aprašytas diapazonas leidžia inžinieriui pasirinkti tinkamą dažnio keitiklį su daugybe integruotų funkcijų ir programų. Tuo pačiu metu pirmaujantys Europos prekių ženklai, pavyzdžiui, iš JK ir Vokietijos, sėkmingai konkuruoja dėl kainos ir pasižymi didesniu funkcionalumu ir kokybe.

Atkreipiame jūsų dėmesį į kai kurių Rusijos rinkoje parduodamų produktų aprašymą. Informaciją apie tiekėjus rasite mūsų svetainėje:

„Rockwell Automation“, neabejotinas elektros energijos rinkos lyderis, išleido naują Allen-Bradley® PowerFlex® kintamo dažnio pavarų seriją, kurios galia svyruoja nuo 0,25 kW iki 6770 kW. Naujoji itin efektyvi serija sujungia kompaktišką dizainą ir platų funkcionalumą ir puikiai veikimo charakteristikos. Jis naudojamas maisto, popieriaus, tekstilės pramonėje, metalo apdirbimo, medžio apdirbimo, siurbimo ir vėdinimo įrenginiuose ir kt. Paletėje yra dvi diskų klasės – komponentų ir architektūrinių. Komponentų klasės modeliai skirti standartinėms valdymo užduotims spręsti, o Architektūros klasės pavaros dėl lanksčių konfigūracijos keitimų gali būti lengvai pritaikomos ir integruojamos į įvairių galios įrenginių valdymo sistemas. Visi modeliai siūlo išskirtines komunikacijos galimybes, platų operatoriaus pultų ir programavimo įrankių asortimentą, o tai labai palengvina veikimą ir pagreitina įrangos paleidimą.

PowerFlex® 4

Powerflex 4 pavara yra kompaktiškiausias ir nebrangiausias šios šeimos narys. Šis modelis yra idealus greičio reguliavimo įtaisas, todėl jis yra universalus ir atitinka gamintojų bei galutinių vartotojų reikalavimus dėl lankstumo, kompaktiškumo ir naudojimo paprastumo.

Pavara įgyvendina įtampos ir dažnio valdymo dėsnį su galimybe kompensuoti slydimą. Puikus šio modelio papildymas yra itin kompaktiška Power@Flex4M pavaros versija, kurios veikimo galios diapazonas yra iki 2,2 kW vienfazei versijai ir iki 11 kW trifazei 400 VAC įtampai. Siūloma šio modelio kainų skalė leidžia tikėtis jei ne sezono hito, tai gana plataus populiarumo.

PowerFlex® 7000

PowerFlex 7000 serijos diskai yra trečios kartos vidutinės įtampos diskai iš Rockwell Automation. Skirta reguliuoti asinchroninių ir sinchroninių kintamosios srovės variklių greitį, sukimo momentą, sukimosi kryptį. Unikalus „PowerFlex 7000“ serijos dizainas pasižymi patentuotu „PowerCage“ maitinimo blokų dizainu, kuriame yra pagrindiniai pavaros komponentai. Naujas modulinis dizainas yra paprastas ir turi nedaug komponentų, todėl didelis patikimumas ir palengvina naudojimą. Pagrindiniai vidutinės įtampos pavarų pranašumai: mažesnės eksploatacinės sąnaudos, galimybė paleisti didelius variklius iš mažų energijos šaltinių ir padidinta kokybės charakteristikas kontroliuojamas technologinis procesas ir naudojama įranga.

Priklausomai nuo išėjimo galios, diskai yra trijų dydžių:

Korpusas A – galios diapazonas 150-900 kW su maitinimo įtampa 2400-6600 V

Korpusas B – galios diapazonas 150-4100 kW su maitinimo įtampa 2400-6600V

Korpusas C – galios diapazonas 2240-6770 kW, kai maitinimo įtampa 4160-6600 V

Galimi „PowerFlex 7000“ įrenginiai su 6 impulsų, 18 impulsų arba PWM parinktimis, todėl vartotojui suteikiama daug lankstumo mažinant komunalinių linijų harmonikų poveikį. Be to, jis suteikia tiesioginį vektorinį valdymą be jutiklių, kad būtų pagerintas valdymas mažo greičio zonoje, palyginti su pavaromis, naudojančiomis V/f valdymo metodą, taip pat galimybė valdyti variklio sukimo momentą, kaip tai daroma nuolatinės srovės pavarose. Modulis su skystųjų kristalų ekranu su 16 eilučių ir 40 simbolių siūlomas kaip operatoriaus skydelis.

Didesnis inercijos momentas be papildomos pavarų dėžės

Mažos inercijos servovarikliai iš Beckhoff AM3000 serijos, kurie gaminami naudojant naujas medžiagas ir technologijas, daugiausia naudojami dinamiškose srityse su didelėmis apkrovomis, pavyzdžiui, varyti metalo apdirbimo staklių ašis arba įtaisus be pavarų. Kartu su didele rotoriaus inercija jie siūlo tuos pačius privalumus, kaip ir AM3xxx serijos varikliai, pavyzdžiui, polių statoriaus apvija, kuri leidžia gerokai sumažinti bendruosius variklio matmenis. Naujųjų AM3500 serijos variklių flanšai, jungtys ir velenai yra suderinami su gerai patikrintais AM3000 varikliais. Naujieji AM3500 modeliai yra 3–6 flanšo dydžių ir jų sukimo momentai yra nuo 1,9 iki 15 Nm. Variklio sukimosi greitis svyruoja nuo 3000 iki 6000 aps./min. Grįžtamojo ryšio sistemoms galimi koordinačių keitikliai arba absoliučios padėties jutikliai (vieno arba kelių apsisukimų). Korpusas įvertintas IP 64; Galimi IP 65/67 apsaugos klasės variantai. Šios serijos varikliai atitinka CE, UL ir CSA saugos standartus.

Naujos kartos diskai

Emotron linija papildyta NGD pavaromis: FDU2.0, VFX2.0 (galia nuo 0,75 kW iki 1,6 MW) ir VSC/VSA (0,18–7,5 kW). Kintamo greičio pavaros FDU2.0 (išcentriniams mechanizmams) ir VFX2.0 (stūmokliniams mechanizmams) leidžia vartotojui nustatyti darbo parametrus reikiamuose mazguose, turi nuimamą valdymo skydelį su nustatymų kopijavimo funkcija, modeliai iki 132 kW turi standartinė ekonomiška IP54 konstrukcija (modeliai nuo 160 iki 800 kW gali būti montuojami ir į specialius kompaktiškus IP54 korpusus). Duomenų mainai proceso metu vykdomi naudojant lauko magistralę (Profibus-DP, DeviceNet, Ethernet), per prievadus (RS-232, RS-485, Modbus RTU), taip pat analoginius ir skaitmeninius išėjimus.

Mažo dydžio VSA ir VSC vektorinės pavaros yra specialiai sukurtos trifazių asinchroninių variklių greičio valdymui. Aukšta įtampa: 220 V įvesties modeliai yra nuo 0,18 iki 2,2 kW, o 380 V modeliai – nuo ​​0,75 iki 7,5 kW.

Šeima ATV61-ATV71

Dažnio keitiklių rinka Rusijoje vystosi sparčiai. Nenuostabu, kad jis pritraukia daugybę gamintojų, tiek didelių, tiek mažai žinomų. Šiuo metu Rusijos rinka yra labai segmentuota. Tačiau čia yra paradoksas: nepaisant to, kad šiuo metu rinkoje yra daugiau nei 30 prekių ženklų, nemaža rinkos dalis priklauso 7–8 įmonėms, o ne daugiau nei dviem aiškiems lyderiams. Tuo pačiu didinga specifikacijasįranga nėra sėkmės garantija. Rusijoje lyderiaujančias pozicijas užėmė įmonės, kurios investuoja dideles lėšas į verslo plėtrą ir verslo infrastruktūrą.

Bendrovė „Schneider Electric“, kurios interesams Rusijoje atstovauja UAB „Schneider Electric“, 2007 metais gerokai išplėtė savo produktų pasiūlą. Dabar ATV61-ATV71 šeima buvo papildyta 690 V įtampos modifikacija ir atsirado daug versijų su IP54 apsaugos laipsniu. Taip pat yra specialus modelis lifto ir krano pavarai ATV71*383 su unikalia sinchroninio variklio valdymo technologija. Iki 2008 m. pabaigos Altivar linijoje pasirodys įrenginys, kurio galia 2400 kW esant 690 V. „Altivar 61“ dabar gali veikti naudojant pakopinius transformatorius.

Naujoji ekonomiška Altivar 21 serija skirta specialiai gyvenamųjų ir visuomeninių pastatų šildymo, oro kondicionavimo ir vėdinimo sistemoms. Altivar 21 valdo variklius nuo 0,75 iki 75 kW esant 380 V ir 200...240 V įtampai.

Altivar 21 turi daug taikomųjų funkcijų:

– įmontuotas PI reguliatorius;

– „pasiimti skrendant“;

– miego/pabudimo funkcija;

– apsaugos ir signalizacijos valdymas;

– atsparumas tinklo trikdžiams, veikimas iki + 50°C temperatūroje ir -50% įtampos kritimas.

Naudojant naują bekondensatorių technologiją, Altivar 21 nereikalauja harmonikų mažinimo įtaisų. Bendras koeficientas yra THDI 30%. Atsisakius kondensatorių ir naudojant galingesnius puslaidininkius, pailgėjo veikimo laikas.

„Schneider Electric“ lyderystė keitiklių rinkoje yra rimto darbo, siekiant pagerinti keitiklių atsparumą gedimams, rezultatas. Kai kurių modelių MTTF yra iki 640 000 valandų. Altivar veikia esant įtampos kritimui iki -50%, temperatūrai iki +50%, chemiškai agresyvioje aplinkoje ir su impulsiniu triukšmu tinkle. Tai rimtas argumentas pakartotiniam pirkimui. Pirkėjo pasitikėjimo įranga ir įmonės reputacija negalima pervertinti.

Važiuoja iš SICK

Šiuolaikinei gamybai reikia automatizuoti daugelį rankinio nustatymo operacijų įvairių parametrųįvairiose mašinose ir pakavimo mašinose. Dažnai operatoriui reikia keisti gaminamo gaminio geometrinius parametrus ar atlikti kitus panašius darbus. Šiuo atveju SICK-Stegmann padėties nustatymo pavaros yra idealus nebrangus įrenginys tokio tipo operacijoms.

HIPERDRIVE® – padėties nustatymo pavaros yra viename įrenginyje integruoto bešepetėlio nuolatinės srovės variklio, pavarų dėžės, absoliutaus kelių apsisukimų kodavimo įrenginio, galios ir valdymo elektronikos rezultatas. Be kita ko, diskai turi Profibus arba DeviceNet tinklo sąsają. Šis įrenginys skirtas padėties nustatymo iš taško į tašką užduotims atlikti ir yra juodos dėžės įrenginys, kurį lengva valdyti.

Šiuo metu tokioms užduotims atlikti naudojamos servo pavaros. Tačiau tokių sistemų naudojimas turi nemažai trūkumų. Visų pirma, tai nėra ekonomiškai pagrįsta. Servo pagrindu veikiančioms sistemoms paprastai taip pat reikia keitiklio, stabdžių ir absoliučiojo kodavimo.

Pagrindiniai šių diskų privalumai:

- Labai integruotas įrenginys

Sumažinti disko dydį

Lengvas surinkimas ir nustatymas

Gaminame ir parduodame dažnio keitiklius:
Dažnio keitiklių kainos (2016-01-21):
Dažnio tvarkyklės viena fazė iš trijų:
Modelio galios kaina
CFM110 0,25 kW 2300 UAH
CFM110 0,37 kW 2400 UAH
CFM110 0,55 kW 2500 UAH
CFM210 1,0 kW 3200 UAH
CFM210 1,5 kW 3400 UAH
CFM210 2,2 kW 4000 UAH
CFM210 3,3 kW 4300 UAH
AFM210 7,5 kW 9900 UAH (vienintelis dažnio generatorius rinkoje 220 v 380, kurio galia 7,5 kW)

Trijų fazių 380V dažnio generatoriai:
CFM310 4,0 kW 6800 UAH
CFM310 5,5 kW 7500 UAH
CFM310 7,5 kW 8500 UAH
Kontaktai dažnio keitiklių užsakymams:
+38 050 4571330
chastotnik@svetainė

Šiuolaikinė dažnio valdoma elektrinė pavara susideda iš asinchroninio arba sinchroninio elektros variklio ir dažnio keitiklio (žr. 1 pav.).

Elektros variklis paverčia elektros energiją į

mechaninę energiją ir paleidžia technologinio mechanizmo vykdomąjį organą.

Dažnio keitiklis valdo elektros variklį ir yra elektroninis statinis įtaisas. Konverterio išvestyje jis susidaro elektros įtampa su kintama amplitude ir dažniu.

Pavadinimas „kintamo dažnio elektrinė pavara“ atsirado dėl to, kad variklio sukimosi greitis reguliuojamas keičiant iš dažnio keitiklio varikliui tiekiamos maitinimo įtampos dažnį.

Per pastaruosius 10-15 metų pasaulyje plačiai ir sėkmingai įdiegtos kintamo dažnio elektrinės pavaros, sprendžiančios įvairias technologines problemas daugelyje ūkio sektorių. Tai visų pirma paaiškinama dažnio keitiklių, pagrįstų iš esmės nauja elementų baze, daugiausia pagrįsta dvipoliais tranzistoriais su izoliuotais IGBT, kūrimu ir kūrimu.

Šiame straipsnyje trumpai aprašomi šiandien žinomi dažnio keitiklių tipai, naudojami kintamo dažnio elektrinėse pavarose, juose diegiami valdymo būdai, jų savybės ir charakteristikos.

Tolesnėse diskusijose kalbėsime apie trifazę dažnio valdomą elektrinę pavarą, nes ji turi didžiausią pramoninį pritaikymą.

Apie valdymo metodus

Sinchroniniame elektros variklyje rotoriaus greitis yra

pastovioje būsenoje yra lygus statoriaus magnetinio lauko sukimosi dažniui.

Asinchroniniame elektros variklyje rotoriaus greitis yra

pastovioje būsenoje skiriasi nuo sukimosi greičio slydimo dydžiu.

Magnetinio lauko sukimosi dažnis priklauso nuo maitinimo įtampos dažnio.

Kai elektros variklio statoriaus apvija tiekiama trifaze įtampa dažniu, susidaro besisukantis magnetinis laukas. Šio lauko sukimosi greitis nustatomas pagal gerai žinomą formulę

kur yra statoriaus polių porų skaičius.

Perėjimas nuo lauko sukimosi greičio, išmatuoto radianais, prie sukimosi dažnio, išreikšto apsisukimais per minutę, atliekamas naudojant šią formulę

kur 60 yra dimensijos konversijos koeficientas.

Pakeitę lauko sukimosi greitį į šią lygtį, gauname tai

Taigi sinchroninių ir asinchroninių variklių rotoriaus greitis priklauso nuo maitinimo įtampos dažnio.

Šia priklausomybe pagrįstas dažnio reguliavimo metodas.

Keičiant dažnį variklio įėjime keitikliu, reguliuojame rotoriaus greitį.

Labiausiai paplitusi kintamo dažnio pavara, pagrįsta voverės narvelio asinchroniniais varikliais, naudoja skaliarinį ir vektorinį dažnio valdymą.

Naudojant skaliarinį valdymą, varikliui taikomos įtampos amplitudė ir dažnis keičiami pagal tam tikrą dėsnį. Pasikeitus maitinimo įtampos dažniui, nukrypstama nuo apskaičiuotų variklio didžiausio ir paleidimo momento, efektyvumo ir galios koeficiento verčių. Todėl, norint išlaikyti reikalingas variklio veikimo charakteristikas, būtina vienu metu keisti įtampos amplitudę keičiant dažnį.

Esamuose dažnio keitikliuose su skaliariniu valdymu maksimalaus variklio sukimo momento ir veleno pasipriešinimo momento santykis dažniausiai išlaikomas pastovus. Tai yra, pasikeitus dažniui, įtampos amplitudė kinta taip, kad maksimalaus variklio sukimo momento ir esamos apkrovos momento santykis išlieka nepakitęs. Šis santykis vadinamas variklio perkrovos galia.

Esant pastoviai perkrovai, vardinės galios koeficientas ir efektyvumas variklio apkrova visame sukimosi greičio reguliavimo diapazone praktiškai nesikeičia.

Didžiausias variklio sukuriamas sukimo momentas nustatomas pagal tokį ryšį

kur yra pastovus koeficientas.

Todėl maitinimo įtampos priklausomybę nuo dažnio lemia elektros variklio veleno apkrovos pobūdis.

Esant pastoviam apkrovos sukimo momentui, išlaikomas santykis U/f = const, o iš tikrųjų užtikrinama, kad didžiausias variklio sukimo momentas išliks pastovus. Maitinimo įtampos priklausomybės nuo dažnio pobūdis atveju, kai apkrovos sukimo momentas yra pastovus, parodyta fig. 2. Tiesės polinkio kampas grafike priklauso nuo pasipriešinimo momento verčių ir didžiausio variklio sukimo momento.

Tuo pačiu metu, esant žemiems dažniams, pradedant nuo tam tikro dažnio vertės, didžiausias variklio sukimo momentas pradeda kristi. Norėdami tai kompensuoti ir padidinti paleidimo momentą, naudojamas maitinimo įtampos lygio padidėjimas.

Esant ventiliatoriaus apkrovai, realizuojama priklausomybė U/f2 = const. Maitinimo įtampos priklausomybės nuo dažnio pobūdis šiuo atveju parodytas 3 pav. Reguliuojant žemų dažnių diapazone, mažėja ir didžiausias sukimo momentas, tačiau tokio tipo apkrovai tai nėra kritiška.

Naudodami didžiausio sukimo momento priklausomybę nuo įtampos ir dažnio, galite sudaryti U ir f grafiką bet kokio tipo apkrovai.

Svarbus skaliarinio metodo privalumas yra galimybė vienu metu valdyti elektros variklių grupę.

Skaliarinio valdymo pakanka daugeliui praktinių kintamojo dažnio pavarų, kurių variklio greičio reguliavimo diapazonas yra iki 1:40, pritaikymui.

Vektorinis valdymas leidžia žymiai padidinti valdymo diapazoną, valdymo tikslumą ir padidinti elektros pavaros greitį. Šis metodas leidžia tiesiogiai valdyti variklio sukimo momentą.

Sukimo momentą lemia statoriaus srovė, kuri sukuria jaudinantį magnetinį lauką. Su tiesioginiu sukimo momento valdymu

Be to, reikia pakeisti statoriaus srovės amplitudę ir fazę, tai yra, srovės vektorių. Iš čia kilęs terminas „vektoriaus valdymas“.

Norint valdyti srovės vektorių, taigi ir statoriaus magnetinio srauto padėtį besisukančio rotoriaus atžvilgiu, būtina bet kuriuo metu žinoti tikslią rotoriaus padėtį. Problema išspręsta arba naudojant išorinį rotoriaus padėties jutiklį, arba nustatant rotoriaus padėtį skaičiavimais naudojant kitus variklio parametrus. Kaip šie parametrai naudojami statoriaus apvijų srovės ir įtampa.

Pigesnė yra kintamo dažnio pavara su vektoriniu valdymu be greičio grįžtamojo ryšio jutiklio, tačiau vektoriniam valdymui reikia didelio garso ir didelis greitis skaičiavimai iš dažnio keitiklio.

Be to, norint tiesiogiai valdyti sukimo momentą esant mažam, artimam nuliui sukimosi greičiui, dažnio valdomos elektrinės pavaros veikimas be grįžtamojo greičio ryšio yra neįmanomas.

Vektorinis valdymas su greičio grįžtamojo ryšio jutikliu suteikia valdymo diapazoną iki 1:1000 ir didesnį, greičio reguliavimo tikslumas šimtųjų procentų, sukimo momento tikslumas – keli procentai.

Sinchroninė kintamo greičio pavara naudoja tuos pačius valdymo metodus kaip ir asinchroninė pavara.

Tačiau gryna forma sinchroninių variklių sukimosi greičio dažnio reguliavimas naudojamas tik esant mažoms galioms, kai apkrovos momentai maži, o pavaros mechanizmo inercija maža. Esant didelei galiai, šias sąlygas visiškai atitinka tik pavara su ventiliatoriaus apkrova. Esant kitoms apkrovoms, variklis gali iškristi iš sinchronizmo.

Didelės galios sinchroninėms elektrinėms pavaroms naudojamas metodas dažnio valdymas su savisinchronizacija, kuri neleidžia varikliui iškristi iš sinchronizacijos. Metodo ypatumas yra tas, kad dažnio keitiklis valdomas griežtai laikantis variklio rotoriaus padėties.

Dažnio keitiklis yra įtaisas, skirtas vieno dažnio kintamąją srovę (įtampą) paversti kito dažnio kintamąja srove (įtampa).

Šiuolaikinių keitiklių išėjimo dažnis gali skirtis plačiame diapazone ir būti didesnis ir mažesnis už maitinimo tinklo dažnį.

Bet kurio dažnio keitiklio grandinė susideda iš galios ir valdymo dalių. Konverterių galios dalis dažniausiai yra pagaminta iš tiristorių arba tranzistorių, kurie veikia elektroniniu jungikliu. Valdymo dalis vykdoma skaitmeniniuose mikroprocesoriuose ir užtikrina galios valdymą
elektroniniai raktai, taip pat sprendimas didelis kiekis pagalbinės užduotys (stebėjimas, diagnostika, apsauga).

Dažnio keitikliai,

naudojamas reguliuojamas

elektrinės pavaros, priklausomai nuo jėgos pavaros struktūros ir veikimo principo, skirstomos į dvi klases:

1. Dažnio keitikliai su aiškiai apibrėžta tarpine nuolatinės srovės grandimi.

2. Dažnio keitikliai su tiesiogine jungtimi (be tarpinės nuolatinės srovės grandies).

Kiekviena iš esamų keitiklių klasių turi savo privalumų ir trūkumų, kurie lemia kiekvieno iš jų racionalaus taikymo sritį.

Istoriškai pirmieji pasirodė tiesioginio sujungimo keitikliai.

(4 pav.), kuriame galios dalis yra valdomas lygintuvas ir pagaminta iš neužrakinamų tiristorių. Valdymo sistema pakaitomis atrakina tiristorių grupes ir prijungia variklio statoriaus apvijas prie maitinimo šaltinio.

Taigi keitiklio išėjimo įtampa susidaro iš įvesties įtampos sinusoidų „išpjautų“ sekcijų. 5 pav. parodytas vienos iš apkrovos fazių išėjimo įtampos generavimo pavyzdys. Keitiklio įėjime yra trifazė sinusinė įtampa ia, iv, is. Išėjimo įtampa iv1x turi ne sinusoidinę „pjūklo danties“ formą, kurią sąlygiškai galima aproksimuoti sinusoidu (sustorinta linija). Paveikslėlyje parodyta, kad išėjimo įtampos dažnis negali būti lygus arba didesnis nei maitinimo tinklo dažnis. Jis svyruoja nuo 0 iki 30 Hz. Dėl to variklio sūkių skaičiaus reguliavimo diapazonas yra mažas (ne daugiau kaip 1:10). Šis apribojimas neleidžia naudoti tokių keitiklių šiuolaikinėse kintamo dažnio pavarose su plačiu technologinių parametrų valdymo diapazonu.

Neperjungiamų tiristorių naudojimui reikalingos gana sudėtingos valdymo sistemos, o tai padidina keitiklio kainą.

Konverterio išėjime „nupjauta“ sinusoidė yra aukštesnių harmonikų šaltinis, dėl kurio atsiranda papildomų nuostolių elektros variklyje, elektros mašinos perkaitimas, sukimo momento sumažėjimas, labai stiprūs trikdžiai maitinimo tinkle. Naudojant kompensacinius įrenginius, padidėja sąnaudos, svoris, matmenys ir sumažėja efektyvumas. sistemos kaip visuma.

Be išvardytų tiesioginio sujungimo keitiklių trūkumų, jie turi ir tam tikrų privalumų. Jie apima:

Beveik didžiausias efektyvumas, palyginti su kitais keitikliais (98,5% ir didesnis),

Galimybė dirbti su aukšta įtampa ir srovėmis, todėl jas galima naudoti galingose ​​aukštos įtampos pavarose,

Santykinai pigu, nepaisant padidėjusių absoliučių sąnaudų dėl valdymo grandinių ir papildomos įrangos.

Panašios keitiklių grandinės naudojamos senose pavarose, o naujos konstrukcijos praktiškai nėra sukurtos.

Šiuolaikinėse dažnio valdomose pavarose plačiausiai naudojami keitikliai su aiškiai apibrėžta nuolatinės srovės grandine (6 pav.).

Šios klasės keitikliai naudoja dvigubą konversiją elektros energija: pastovios amplitudės ir dažnio įvesties sinusinė įtampa ištaisoma lygintuve (V), filtruojama filtru (F), išlyginama ir keitikliu (I) vėl paverčiama kintamo dažnio ir amplitudės kintamąja įtampa. Dviguba energijos konversija sumažina efektyvumą. ir dėl tam tikro svorio ir dydžio rodiklių pablogėjimo, palyginti su keitikliais su tiesiogine jungtimi.

Sinusoidinei kintamajai įtampai generuoti naudojami autonominiai įtampos keitikliai ir autonominiai srovės keitikliai.

Rakinamieji tiristoriai GTO ir jų patobulintos modifikacijos GCT, IGCT, SGCT bei izoliuotų vartų dvipoliai tranzistoriai IGBT naudojami kaip elektroniniai jungikliai inverteriuose.

Pagrindinis tiristorių dažnio keitiklių privalumas, kaip ir tiesioginio ryšio grandinėje, yra galimybė dirbti su didelėmis srovėmis ir įtampomis, atlaikant nuolatinę apkrovą ir impulsų poveikį.

Jie turi didesnį efektyvumą (iki 98%), palyginti su keitikliais, kurių pagrindas yra IGBT tranzistoriai (95 - 98%).

Tiristorių pagrindu pagaminti dažnio keitikliai šiuo metu užima dominuojančią padėtį aukštos įtampos pavarose, kurių galia yra nuo šimtų kilovatų iki dešimčių megavatų, kurių išėjimo įtampa yra 3–10 kV ir didesnė. Tačiau jų kaina už kW išėjimo galios yra didžiausia aukštos įtampos keitiklių klasėje.

Dar visai neseniai GTO dažnio keitikliai užėmė didelę žemos įtampos kintamo dažnio pavarų pramonės dalį. Tačiau atsiradus IGBT tranzistoriams, įvyko „natūrali atranka“, ir šiandien jais pagrįsti keitikliai yra visuotinai pripažinti lyderiai žemos įtampos dažnio valdomų diskų srityje.

Tiristorius yra pusiau valdomas įrenginys: norint jį įjungti, pakanka trumpo impulso į valdymo gnybtą, tačiau norint jį išjungti, reikia arba įjungti atbulinę įtampą, arba sumažinti įjungiamą srovę iki nulio. Dėl
Tam reikalinga sudėtinga ir sudėtinga tiristoriaus dažnio keitiklio valdymo sistema.

IGBT dvipoliai tranzistoriai nuo tiristorių išsiskiria visišku valdomumu, paprasta, mažai energijos sunaudojančia valdymo sistema ir didžiausiu veikimo dažniu.

Dėl to IGBT dažnio keitikliai leidžia išplėsti variklio sukimosi greičio valdymo diapazoną ir padidinti visos pavaros greitį.

Asinchroninei elektrinei pavarai su vektoriniu valdymu IGBT keitikliai leidžia veikti mažu greičiu be grįžtamojo ryšio jutiklio.

Naudojant IGBT su didesniu perjungimo dažniu kartu su mikroprocesorine valdymo sistema dažnio keitikliuose sumažėja tiristoriniams keitikliams būdingų aukštesnių harmonikų lygis. Dėl to atsiranda mažesni papildomi nuostoliai elektros variklio apvijose ir magnetinėje grandinėje, sumažėja elektros mašinos įkaitimas, sumažėja sukimo momento pulsacijos ir pašalinamas vadinamasis rotoriaus „vaikščiojimas“ žemo dažnio diapazone. . Sumažėja transformatorių ir kondensatorių blokų nuostoliai, pailgėja jų tarnavimo laikas ir laidų izoliacija, sumažėja apsauginių įtaisų klaidingų aliarmų skaičius, indukcinių matavimo priemonių paklaidos.

IGBT tranzistorių pagrindu pagaminti keitikliai, lyginant su tos pačios išėjimo galios tiristorių keitikliais, išsiskiria mažesniais matmenimis, svoriu, didesniu patikimumu dėl modulinės elektroninių jungiklių konstrukcijos, geresniu šilumos pašalinimu iš modulio paviršiaus ir mažesniu konstrukcijų skaičiumi. elementai.

Jie leidžia labiau apsaugoti nuo srovės šuolių ir viršįtampių, o tai žymiai sumažina elektros pavaros gedimų ir sugadinimo tikimybę.

Šiuo metu žemos įtampos IGBT keitikliai turi didesnę kainą už išėjimo galios vienetą dėl santykinio tranzistorių modulių gamybos sudėtingumo. Tačiau kainos ir kokybės santykiu, remiantis išvardintais privalumais, jie akivaizdžiai lenkia tiristorinius keitiklius, be to, pastaraisiais metais nuolat mažėja IGBT modulių kainos.

Pagrindinė kliūtis juos naudoti aukštos įtampos pavarose su tiesioginiu dažnio keitimu ir esant didesnei nei 1–2 MW galiai yra šiuo metu technologiniai apribojimai. Padidėjus perjungimo įtampai ir darbinei srovei, padidėja tranzistoriaus modulio dydis, be to, reikalingas efektyvesnis šilumos pašalinimas iš silicio kristalo.

Naujos bipolinių tranzistorių technologijos yra skirtos įveikti šiuos apribojimus, o IGBT programų perspektyvos taip pat yra labai didelės aukštos įtampos pavarose. Šiuo metu IGBT tranzistoriai naudojami aukštos įtampos keitikliuose kelių sujungtų serijų pavidalu

Žemos įtampos dažnio keitiklio GBT tranzistorių pagrindu sandara ir veikimo principas

Tipiška žemos įtampos dažnio keitiklio grandinė parodyta fig. 7. Apatinėje paveikslo dalyje pavaizduoti kiekvieno keitiklio elemento išėjimo įtampų ir srovių grafikai.

Maitinimo tinklo (IV) kintamoji įtampa su pastovia amplitudė ir dažniu (UEx = const, f^ = const) tiekiama į valdomą arba nevaldomą lygintuvą (1).

Išlygintos įtampos (ir ištaisytos) bangavimui išlyginti naudojamas filtras (2). Lygintuvas ir talpinis filtras (2) sudaro nuolatinės srovės jungtį.

Iš filtro išvesties pastovus slėgis ud tiekiamas į autonominio impulsinio keitiklio (3) įvestį.

Šiuolaikinių žemos įtampos keitiklių autonominis keitiklis, kaip minėta, yra pagrįstas galios dvipoliais tranzistoriais su izoliuotais vartais IGBT. Aptariamame paveikslėlyje pavaizduota dažnio keitiklio grandinė su autonominiu įtampos keitikliu kaip plačiausiai naudojama.

ZVE MO PS xr<)A\U IQTOTOKAj

Inverteris paverčia tiesioginę įtampą ud į trifazę (arba vienfazę) impulsinę įtampą ir kintamą amplitudę bei dažnį. Remiantis valdymo sistemos signalais, kiekviena elektros variklio apvija per atitinkamus keitiklio galios tranzistorius yra prijungta prie teigiamų ir neigiamų nuolatinės srovės grandinės 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 sistema užtikrina variklio apvijų įtampos impulsų pločio moduliavimą (PWM). Įtampos amplitudė ir dažnis nustatomi pagal moduliuojančios sinusinės funkcijos parametrus.

Esant dideliems PWM nešlio dažniams (2 ... 15 kHz), variklio apvijos veikia kaip filtras dėl didelio induktyvumo. Todėl juose teka beveik sinusinės srovės.

Keitiklio grandinėse su valdomu lygintuvu (1) reguliuojant pastovios įtampos ud reikšmę galima pasiekti įtampos amplitudės uH pokytį, o reguliuojant keitiklio darbo režimą – dažnio pokytį.

Jei reikia, autonominio keitiklio išėjime įrengiamas filtras (4), kuris išlygins srovės bangavimą. (IGBT keitiklių grandinėse dėl žemo aukštesnių harmonikų lygio išėjimo įtampoje filtro praktiškai nereikia.)

Taigi dažnio keitiklio išėjime susidaro kintamo dažnio ir amplitudės trifazė (arba vienfazė) kintamoji įtampa (iout = var, ^out = var).

Pastaraisiais metais daugelis įmonių, diktuojamų rinkos poreikių, didelį dėmesį skiria aukštos įtampos dažnio keitiklių kūrimui ir kūrimui. Reikalinga dažnio keitiklio išėjimo įtampa aukštos įtampos elektros pavarai siekia 10 kV ir aukštesnę, kai galia iki kelių dešimčių megavatų.

Tokioms įtampoms ir galioms tiesioginiam dažnio konvertavimui naudojami labai brangūs tiristorių galios elektroniniai jungikliai su sudėtingomis valdymo grandinėmis. Keitiklis yra prijungtas prie tinklo per įvesties srovę ribojantį reaktorių arba per atitinkamą transformatorių.

Vieno elektroninio jungiklio maksimali įtampa ir srovė yra riboti, todėl keitiklio išėjimo įtampai padidinti naudojami specialūs grandinių sprendimai. Be to, tai leidžia sumažinti bendras aukštos įtampos dažnio keitiklių sąnaudas naudojant žemos įtampos elektroninius jungiklius.

Įvairių gamintojų dažnio keitikliuose naudojami šie grandinės sprendimai.

Konverterio grandinėje (8 pav.) dviguba įtampos transformacija atliekama naudojant žeminančius (T1) ir paaukštintus (T2) aukštos įtampos transformatorius.

Dviguba transformacija leidžia dažnio reguliavimui naudoti 9 pav.Palyginti pigu

žemos įtampos dažnio keitiklis, kurio struktūra parodyta fig. 7.

Keitikliai išsiskiria santykinai mažomis sąnaudomis ir praktinio įgyvendinimo paprastumu. Dėl to jie dažniausiai naudojami iki 1 - 1,5 MW galios aukštos įtampos elektros varikliams valdyti. Esant didesnei elektros pavaros galiai, transformatorius T2 įveda didelius elektros variklio valdymo proceso iškraipymus. Pagrindiniai dviejų transformatorių keitiklių trūkumai yra didelės svorio ir dydžio charakteristikos, mažesnis efektyvumas lyginant su kitomis schemomis (93 - 96%) ir patikimumas.

Keitikliai, pagaminti pagal šią schemą, turi ribotą variklio greičio reguliavimo diapazoną tiek virš, tiek žemiau vardinio dažnio.

Mažėjant dažniui keitiklio išėjime, didėja šerdies prisotinimas ir sutrinka projektinis išėjimo transformatoriaus T2 darbo režimas. Todėl, kaip rodo praktika, reguliavimo diapazonas ribojamas iki Pnom>P>0,5Pnom. Norint išplėsti valdymo diapazoną, naudojami transformatoriai su padidintu magnetinės šerdies skerspjūviu, tačiau tai padidina kainą, svorį ir matmenis.

Didėjant išėjimo dažniui, didėja nuostoliai transformatoriaus T2 šerdyje dėl įmagnetinimo apsisukimo ir sūkurinių srovių.

Didesnės kaip 1 MW galios ir 0,4 - 0,6 kV žemosios įtampos pavarose kabelio skerspjūvis tarp dažnio keitiklio ir transformatorių žemosios įtampos apvijos turi būti suprojektuotas iki kiloamperų srovėms, kurios padidina keitiklio svorį.

Dažnio keitiklio darbinei įtampai padidinti nuosekliai jungiami elektroniniai jungikliai (žr. 9 pav.).

Kiekvienos rankos elementų skaičius nustatomas pagal darbinę įtampą ir elemento tipą.

Pagrindinė šios schemos problema – griežtas elektroninių raktų veikimo koordinavimas.

Puslaidininkiniai elementai, gaminami net ta pačia partija, turi parametrų išsibarstymą, todėl jų veikimo koordinavimo laikui bėgant užduotis yra labai opi. Jei vienas iš elementų atsidaro vėlai arba užsidaro anksčiau nei kiti, jam bus taikoma visa svirties įtampa ir jis suges.

Siekiant sumažinti aukštesnių harmonikų lygį ir pagerinti elektromagnetinį suderinamumą, naudojamos kelių impulsų keitiklių grandinės. Keitiklio derinimas su tiekimo tinklu atliekamas naudojant kelių apvijų suderinimo transformatorius T.

9 pav. parodyta 6 impulsų grandinė su dviejų apvijų derinimo transformatoriumi. Praktiškai yra 12, 18, 24 impulsų schemos

keitikliai. Transformatorių antrinių apvijų skaičius šiose grandinėse yra atitinkamai 2, 3, 4.

Grandinė dažniausiai naudojama aukštos įtampos didelės galios keitikliams. Keitikliai turi vienus geriausių savitojo svorio ir dydžio rodiklių, išėjimo dažnio kitimo diapazonas yra nuo 0 iki 250-300 Hz, keitiklių efektyvumas siekia 97,5%.

3. Konverterio grandinė su kelių apvijų transformatoriumi

Keitiklio maitinimo grandinė (10 pav.) susideda iš kelių apvijų transformatoriaus ir elektroninių keitiklio elementų. Žinomose grandinėse transformatorių antrinių apvijų skaičius siekia 18. Antrinės apvijos viena kitos atžvilgiu yra elektra pasislinkusios.

Tai leidžia naudoti žemos įtampos keitiklio elementus. Ląstelė pagaminta pagal šią schemą: nevaldomas trifazis lygintuvas, talpinis filtras, vienfazis keitiklis naudojant IGBT tranzistorius.

Ląstelių išėjimai jungiami nuosekliai. Pateiktame pavyzdyje kiekvienoje variklio galios fazėje yra trys ląstelės.

Pagal savo charakteristikas keitikliai yra arčiau grandinės su nuosekliu elektroninių raktų prijungimu.

Šiuo metu plačiai naudojamas elektrinės pavaros su asinchroniniu varikliu kampinio sukimosi greičio reguliavimas, kuris leidžia sklandžiai keisti rotoriaus sukimosi greitį plačiame diapazone, tiek virš, tiek žemiau vardinių verčių.

Dažnio keitikliai yra modernūs, aukštųjų technologijų įrenginiai, turintys didelį valdymo diapazoną ir daugybę funkcijų, skirtų valdyti asinchroninius variklius. Aukščiausia kokybė ir patikimumas leidžia juos naudoti įvairiose pramonės šakose valdant siurblių, ventiliatorių, konvejerių ir kt. pavaras.

Pagal maitinimo įtampą dažnio keitikliai skirstomi į vienfazius ir trifazius, o pagal konstrukciją – į elektros mašinų besisukančius ir statinius. Elektros mašinų keitikliuose kintamasis dažnis gaunamas naudojant įprastas arba specialias elektros mašinas. Maitinimo srovės dažnio keitimas pasiekiamas naudojant elektrinius elementus, kurie nejuda.

Vienfazių tinklų dažnio keitikliai leidžia tiekti elektros pavarą iki 7,5 kW galios gamybos įrangai. Šiuolaikinių vienfazių keitiklių konstrukcinė ypatybė yra ta, kad įėjime yra viena fazė, kurios įtampa yra 220 V, ir trys fazės, kurių įtampa yra tokia pati, o tai leidžia prie įrenginio prijungti trifazius elektros variklius. kondensatorių naudojimas.

Trifaziu 380V tinklu maitinami dažnio keitikliai gaminami nuo 0,75 iki 630 kW galios. Priklausomai nuo galios lygio, įrenginiai gaminami kombinuotuose polimeriniuose ir metaliniuose korpusuose.

Populiariausia valdymo strategija asinchroniniai elektros varikliai yra vektorinė kontrolė. Šiais laikais dauguma dažnio keitiklių įgyvendina vektorinį valdymą arba net be jutiklių vektorinį valdymą (ši tendencija pastebima dažnio keitikliai, kurie iš pradžių įgyvendina skaliarinį valdymą ir neturi gnybtų greičio jutikliui prijungti).

Atsižvelgiant į išėjimo apkrovos tipą, dažnio keitikliai skirstomi pagal konstrukcijos tipą:

siurblių ir ventiliatorių pavaroms;

bendrajai pramoninei elektrinei pavarai;

naudojamas kaip elektros variklių, veikiančių su perkrova, dalis.

Šiuolaikiniai dažnio keitikliai turi daugybę funkcinių savybių, pavyzdžiui, jie turi rankinį ir automatinį variklio greičio ir sukimosi krypties valdymą, taip pat valdymo skydelyje. Įrengtas galimybe reguliuoti išėjimo dažnių diapazoną nuo 0 iki 800 Hz.

Keitikliai gali automatiškai valdyti asinchroninį variklį naudodami periferinių jutiklių signalus ir įjungti elektrinę pavarą pagal nurodytą laiko algoritmą. Pagalbinės funkcijos, skirtos automatiškai atkurti darbo režimą trumpam nutrūkus elektros tiekimui. Atlikite kontrolę pereinamieji procesai nuo nuotolinio valdymo pulto ir apsaugoti elektros variklius nuo perkrovų.

Ryšys tarp kampinio sukimosi greičio ir maitinimo srovės dažnio išplaukia iš lygties

ω o = 2πf 1 /p

Esant pastoviai maitinimo šaltinio U1 įtampai ir keičiantis dažniui, keičiasi magnetinis srautas asinchroninis variklis. Be to, už geriausias naudojimas magnetine sistema, kai maitinimo dažnis mažėja, reikia proporcingai sumažinti įtampą, kitaip įmagnetinimo srovė ir nuostoliai pliene žymiai padidės.

Panašiai, padidėjus maitinimo dažniui, reikia proporcingai padidinti įtampą, kad magnetinis srautas būtų pastovus, nes priešingu atveju (su pastoviu veleno sukimo momentu) padidės rotoriaus srovė, perkraunant jo apvijas srove. , ir maksimalaus sukimo momento sumažėjimas.

Racionalus įtampos reguliavimo dėsnis priklausė nuo varžos momento pobūdžio.

Esant pastoviam statinės apkrovos sukimo momentui (Mс = const), įtampa turi būti reguliuojama proporcingai jos dažniui U1/f1 = const. Apkrovos ventiliatoriaus pobūdžiui santykis yra U1/f 2 1 = const.

Esant apkrovos sukimo momentui, atvirkščiai proporcingam greičiui U1/ √ f1= konst.

Žemiau esančiuose paveikslėliuose parodyta supaprastinta asinchroninio variklio su kampinio greičio dažnio valdymu sujungimo schema ir mechaninės charakteristikos.

Asinchroninis variklis nuleidžiamas nuo pagrindinio iki beveik nulio.

Keičiantis maitinimo tinklo dažniui, viršutinė asinchroninio variklio sukimosi greičio riba priklauso nuo jo mechaninių savybių, juolab, kad dažniais, viršijančiais vardinį dažnį, asinchroninis variklis veikia geresniu energetiniu efektyvumu nei esant žemesniems dažniams. Todėl, jei pavaros sistemoje naudojama pavarų dėžė, šis variklio dažnio valdymas turėtų būti atliekamas ne tik žemyn, bet ir aukštyn nuo vardinio taško iki didžiausio leistino sukimosi greičio mechaninio stiprumo sąlygomis. rotorius.

Kai variklio sūkių skaičius padidėja virš jo pase nurodytos vertės, maitinimo šaltinio dažnis neturi viršyti vardinio dažnio ne daugiau kaip 1,5–2 kartus.

Dažnio metodas yra perspektyviausias reguliuojant asinchroninį variklį su voverės narvelio rotoriumi. Galios nuostoliai tokiu būdu yra nedideli, nes jie nepadidėja. Gautos mechaninės charakteristikos yra labai standžios.