VFD-ohjaus mahdollistaa sähkömoottorin toimintatapojen joustavan muuttamisen erikoismuuntimella: käynnistä, pysäytä, kiihdyttää, jarruta, muuta pyörimisnopeutta.
Syöttöjännitteen taajuuden muuttaminen muuttaa staattorin magneettikentän kulmanopeutta. Kun taajuus pienenee, moottorin nopeus laskee ja jättämä kasvaa.
Taajuusmuuttajan toimintaperiaate
Asynkronisten moottoreiden suurin haittapuoli on nopeuden säädön monimutkaisuus perinteisillä tavoilla: muuttamalla syöttöjännitettä ja lisäämällä lisävastuksia käämipiiriin. Täydellisempi on sähkömoottorin taajuuskäyttö. Viime aikoihin asti muuntimet olivat kalliita, mutta IGBT-transistorien ja mikroprosessoriohjausjärjestelmien tulo antoi ulkomaisille valmistajille mahdollisuuden luoda edullisia laitteita. Suurin osastaattiset taajuusmuuttajat ovat nyt täydellisiä.
Staattorin magneettikentän kulmanopeus ω0 muuttuu suhteessa taajuuteen ƒ1 kaavan mukaan:
ω0=2π׃1/p, jossa p on napaparien lukumäärä.
Menetelmä tarjoaa tasaisen nopeudensäädön. Tässä tapauksessa moottorin liukunopeus ei kasva.
Muuta syöttöjännitettä tiettyjen riippuvuuksien mukaan, jotta moottorin energiatehokkuus - hyötysuhde, tehokerroin ja ylikuormituskyky sekä taajuudet saadaan korkeaksi:
- vakiokuorman vääntömomentti – U1/ ƒ1=jatkuva;
- kuormitushetken tuuletin - U1/ ƒ12=const;
- Kuorman vääntömomentti kääntäen verrannollinen nopeuteen - U1/√ ƒ1=vakio
Nämä toiminnot toteutetaan muuntimella, joka muuttaa samanaikaisesti moottorin staattorin taajuutta ja jännitettä. Sähköä säästyy säätämällä tarvittavaa teknistä parametria: pumpun paine, puh altimen teho, koneen syöttönopeus jne. Tällöin parametrit muuttuvat tasaisesti.
Asynkronisten ja synkronisten sähkömoottoreiden taajuudensäätömenetelmät
Taajuusohjatussa taajuusmuuttajassa, joka perustuu asynkronisiin moottoreihin, joissa on oravahäkkiroottori, käytetään kahta ohjausmenetelmää - skalaaria ja vektoria. Ensimmäisessä tapauksessa ne muuttuvat samanaikaisestisyöttöjännitteen amplitudi ja taajuus.
Tämä on tarpeen moottorin suorituskyvyn ylläpitämiseksi, useimmiten sen suurimman vääntömomentin ja akselin vastusmomentin vakiosuhteen ylläpitämiseksi. Tämän seurauksena hyötysuhde ja tehokerroin pysyvät ennallaan koko pyörimisalueella.
Vektorisäätö koostuu staattorin virran amplitudin ja vaiheen samanaikaisesta muuttamisesta.
Synkronisen moottorin taajuusmuuttaja toimii vain pienillä kuormituksilla, joiden kasvaessa sallittujen arvojen yläpuolelle synkronointi saattaa katketa.
Taajuuskäytön edut
Taajuussäädöllä on monia etuja muihin menetelmiin verrattuna.
- Moottorin ja tuotantoprosessien automatisointi.
- Pehmeä käynnistys, joka eliminoi tyypilliset virheet, joita esiintyy moottorin kiihdytyksen aikana. Taajuusmuuttajan ja laitteiden luotettavuuden parantaminen vähentämällä ylikuormituksia.
- Paranna yleistä ajotaloudellisuutta ja suorituskykyä.
- Sähkömoottorin vakionopeuden luominen kuorman luonteesta riippumatta, mikä on tärkeää transientien aikana. Takaisinkytkentä mahdollistaa moottorin vakionopeuden ylläpitämisen erilaisten häiritsevien vaikutusten alaisena, erityisesti vaihtelevien kuormien alla.
- Muuntimet on helppo integroida olemassa oleviin teknisiin järjestelmiin ilman merkittäviä muutoksia ja teknisten prosessien pysähtymistä. Tehoalue on suuri, mutta niiden kasvaessahinnat nousevat huomattavasti.
- Mahdollisuus hylätä variaattoreita, vaihteistoja, kaasuja ja muita ohjauslaitteita tai laajentaa niiden käyttöaluetta. Tämä johtaa merkittäviin energiansäästöihin.
- Prosessilaitteisiin kohdistuvien transienttien haitallisten vaikutusten poistaminen, kuten vesivasara tai kohonnut nestepaine putkistoissa ja samalla vähentää sen kulutusta yöllä.
Epäkohdat
Kuten kaikki invertterit, chastotniki ovat häiriölähteitä. Heidän on asennettava suodattimet.
Brändien kustannukset ovat korkeat. Se kasvaa merkittävästi laitteiden tehon kasvaessa.
Taajuuden säätö nesteiden kuljettamista varten
Tiloissa, joissa pumpataan vettä ja muita nesteitä, virtauksen säätö tapahtuu pääosin luistiventtiileillä ja venttiileillä. Tällä hetkellä lupaava suunta on pumpun tai tuulettimen taajuusmuuttajan käyttö, joka saa siivet liikkeelle.
Taajuusmuuttajan käyttö kaasuventtiilin vaihtoehtona antaa jopa 75 %:n energiansäästövaikutuksen. Venttiili, joka estää nesteen virtauksen, ei tee hyödyllistä työtä. Samalla energian ja aineen menetys sen kuljettamiseen kasvaa.
Taajuusmuuttaja mahdollistaa jatkuvan paineen ylläpitämisen kuluttajassa, kun nestevirtaus muuttuu. Paineanturista lähetetään signaali taajuusmuuttajalle, joka muuttaa moottorin nopeutta ja siten säätelee sitäkierrosta pitäen asetetun virtausnopeuden.
Pumppausyksiköitä ohjataan muuttamalla niiden suorituskykyä. Pumpun tehonkulutus on kuutiometrisesti riippuvainen pyörän suorituskyvystä tai pyörimisnopeudesta. Jos nopeutta alennetaan 2 kertaa, pumpun suorituskyky laskee 8 kertaa. Päivittäisen vedenkulutusaikataulun avulla voit määrittää tämän ajanjakson energiansäästöt, jos ohjaat taajuusmuuttajaa. Sen ansiosta pumppaamo on mahdollista automatisoida ja siten optimoida verkkojen vedenpaine.
Ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmien toiminta
Ilmanvaihtojärjestelmien suurinta ilmavirtaa ei aina tarvita. Käyttöolosuhteet voivat vaatia suorituskyvyn heikentämistä. Perinteisesti tähän käytetään kuristusta, kun pyörän nopeus pysyy vakiona. Ilman virtausnopeutta on kätevämpi muuttaa taajuusohjatun käytön ansiosta, kun kausi- ja ilmasto-olosuhteet muuttuvat, lämpöä, kosteutta, höyryjä ja haitallisia kaasuja vapautuu.
Ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmissä ei saavuteta energiansäästöä pienempiä kuin pumppuasemissa, koska akselin pyörimisen tehonkulutus on kuutioriippuvuudessa kierroksista.
Taajuusmuunnin
Nykyaikainen taajuusmuuttaja on järjestetty kaksoismuuntimen mukaan. Se koostuu tasasuuntaajasta ja pulssiinvertteristä ohjausjärjestelmällä.
JälkeenTasasuuntaamalla verkkojännite, signaali tasoitetaan suodattimella ja syötetään kuudella transistorikytkimellä varustetulle invertterille, jossa jokainen niistä on kytketty asynkronisen sähkömoottorin staattorikäämiin. Yksikkö muuntaa tasasuunnatun signaalin vaaditun taajuuden ja amplitudin kolmivaiheiseksi signaaliksi. Lähtöasteiden teho-IGBT:illä on korkea kytkentätaajuus ja ne tarjoavat terävän, vääristymättömän neliöaallon. Moottorikäämien suodatusominaisuuksista johtuen virtakäyrän muoto niiden lähdössä pysyy sinimuotoisena.
Signaalin amplitudin säätömenetelmät
Lähtöjännitettä säädetään kahdella tavalla:
- Amplitudi - jännitteen arvon muutos.
- Pulssinleveysmodulaatio on menetelmä pulssisignaalin muuntamiseksi, jossa sen kesto muuttuu, mutta taajuus pysyy muuttumattomana. Tässä teho riippuu pulssin leveydestä.
Toista menetelmää käytetään useimmiten mikroprosessoritekniikan kehityksen yhteydessä. Nykyaikaiset invertterit valmistetaan joko GTO- tai IGBT-transistoreilla.
Muuntimien kyky ja sovellus
Taajuuskäytössä on monia mahdollisuuksia.
- Säädä kolmivaiheisen syöttöjännitteen taajuutta nollasta 400 Hz:iin.
- Sähkömoottorin kiihdytys tai hidastus 0,01 sekunnista. jopa 50 min. tietyn ajan lain mukaan (yleensä lineaarinen). Kiihdytyksen aikana dynaamisten ja käynnistysmomenttien pienenemisen lisäksi jopa 150 %:n lisäys on mahdollista.
- Moottorin peruuttaminen annetuilla jarrutus- ja kiihtymistavoilla haluttuunnopeus toiseen suuntaan.
- Inverttereissä on konfiguroitava elektroninen suojaus oikosulkuja, ylikuormituksia, maavuotoja ja avoimia moottorin sähkölinjoja vastaan.
- Muuttimien digitaaliset näytöt näyttävät tietoja niiden parametreista: taajuus, syöttöjännite, nopeus, virta jne.
- V/f-ominaisuudet viritetään muuntimissa sen mukaan, mitä moottorin kuormia tarvitaan. Niihin perustuvien ohjausjärjestelmien toiminnot tuotetaan sisäänrakennetuilla ohjaimilla.
- Matalilla taajuuksilla on tärkeää käyttää vektoriohjausta, jonka avulla voit työskennellä moottorin täydellä vääntömomentilla, ylläpitää vakionopeutta kuormien muuttuessa ja ohjata akselin vääntömomenttia. Taajuusmuuttaja toimii hyvin moottoripassitietojen oikean syöttämisen ja onnistuneen testauksen jälkeen. Tunnettuja tuotteita HYUNDAI:lta, Sanyulta jne.
Muuntimien käyttöalueet ovat seuraavat:
- pumput kuuman ja kylmän veden sekä lämmönjakelujärjestelmissä;
- rikastimien liete-, hiekka- ja lietepumput;
- kuljetusjärjestelmät: kuljettimet, rullapöydät ja muut välineet;
- sekoittimet, myllyt, murskaimet, suulakepuristimet, annostelijat, syöttölaitteet;
- sentrifugit;
- hissit;
- metallurgiset laitteet;
- porauslaitteet;
- työstökoneiden sähkökäytöt;
- kaivinkone- ja nosturilaitteet, manipulaattorimekanismit.
Taajuusmuuttajien valmistajat, arvostelut
Kotimainen valmistaja on jo alkanut valmistaa laadultaan ja hinn altaan käyttäjille sopivia tuotteita. Etuna on mahdollisuus hankkia oikea laite nopeasti sekä yksityiskohtaiset asennusohjeet.
Yritys "Effective Systems" valmistaa sarjatuotteita ja koe-eriä laitteita. Tuotteita käytetään kotitalouskäyttöön, pienyrityksessä ja teollisuudessa. Vesper-valmistaja valmistaa seitsemän muuntajasarjaa, joista löytyy useimpiin teollisuusmekanismeihin sopivia monitoimimuuntimia.
Tanskalainen Danfoss-yritys on johtava chastotnikovin valmistaja. Sen tuotteita käytetään ilmanvaihto-, ilmastointi-, vesi- ja lämmitysjärjestelmissä. Tanskalaiseen yhtiöön kuuluva suomalainen Vacon valmistaa modulaarisia malleja, joista voidaan koota tarvittavat laitteet ilman turhia osia, mikä säästää komponentteja. Tunnetaan myös kansainvälisen ABB:n muuntajat, joita käytetään teollisuudessa ja jokapäiväisessä elämässä.
Arvostelujen perusteella halpoja kotimaisia muuntimia voidaan käyttää yksinkertaisten tyypillisten ongelmien ratkaisemiseen, kun taas monimutkaiset tarvitsevat tuotemerkin, jossa on paljon enemmän asetuksia.
Johtopäätös
Taajuusmuuttaja ohjaa sähkömoottoria muuttamalla syöttöjännitteen taajuutta ja amplitudia ja samalla suojaa sitä toimintahäiriöiltä: ylikuormituksilta, oikosuluilta, syöttöverkon katkoksilta. Tällaisilla sähkötoimilaitteilla on kolme päätoimintoa,liittyvät kiihtyvyyteen, hidastumiseen ja moottorin nopeuteen. Tämä parantaa laitteiden tehokkuutta monilla tekniikan alueilla.
