În diverse situații, poate fi necesar să se convertească frecvența curentului sursă într-o tensiune cu frecvență reglabilă. Acest lucru este necesar, de exemplu, atunci când motoarele asincrone sunt puse în funcțiune pentru a le modifica viteza. Acest articol va descrie scopul și principiul convertorului de frecvență.
Cuprins
Ce este un convertor de frecvență
Un convertor de frecvență (CF) este un aparat electric care convertește și reglează fără trepte un curent alternativ monofazat sau trifazat la o frecvență de 50 Hz într-un curent similar la o frecvență de 1 până la 800 Hz. Aceste dispozitive sunt utilizate pe scară largă pentru a controla funcționarea diferitelor mașini electrice de tip asincron, de exemplu pentru a le modifica viteza. Există, de asemenea, aparate destinate utilizării în rețelele industriale de înaltă tensiune.
Convertoarele simple reglează frecvența și tensiunea în funcție de o caracteristică V/f, iar dispozitivele complexe utilizează controlul vectorial.
Un convertizor de frecvență este un dispozitiv complex din punct de vedere tehnic și constă nu numai într-un convertizor de frecvență, ci și într-o protecție la supracurent, supratensiune și scurtcircuit. Un astfel de echipament poate avea, de asemenea, un inductor pentru a îmbunătăți forma de undă și filtre pentru a reduce diferitele interferențe electromagnetice. Se face o distincție între convertoare electronice și dispozitive electromecanice.
Principiul de funcționare al unui convertizor de frecvență
Un convertizor de frecvență electronic este format din mai multe componente de bază: redresor, filtru, microprocesor și invertor.
Redresorul are un pachet de diode sau tiristoare, care rectifică curentul inițial la intrarea în convertor. Invertoarele cu diode se caracterizează prin absența completă a ondulației și sunt dispozitive ieftine, dar fiabile. Invertoarele pe bază de tiristoare permit circulația curentului în ambele direcții și permit returnarea energiei electrice în rețea atunci când motorul este frânat.
Filtru este utilizat în unitățile bazate pe tiristoare pentru a reduce sau elimina ondulația de tensiune. Netezirea se face cu filtre capacitive sau inductiv-capacitive.
Microprocesorul - este unitatea de control și evaluare a invertorului. Acesta primește și evaluează semnalele de la senzori, ceea ce permite ca semnalul de ieșire de la invertor să fie reglat de către regulatorul PID integrat. De asemenea, această componentă înregistrează și stochează datele de eveniment, înregistrează și protejează unitatea împotriva suprasarcinilor, scurtcircuitelor, analizează condițiile de funcționare și se oprește în caz de urgență.
Invertor Controlul tensiunii și al curentului este utilizat pentru a controla mașinile electrice, adică pentru a regla continuu frecvența curentului. Un astfel de dispozitiv produce o ieșire "sinusoidală pură", ceea ce îi permite să fie utilizat în multe aplicații industriale.
Principiul de funcționare al unui convertor electronic de frecvență (invertor) este următorul:
- Curentul alternativ sinusoidal monofazat sau trifazat de intrare este redresat de o punte de diode sau tiristoare;
- Filtrele speciale (condensatori) filtrează semnalul pentru a reduce sau elimina ondulația de tensiune;
- Tensiunea este transformată într-o undă trifazică cu parametri definiți cu ajutorul unui microcircuit și a unei punți de tranzistori;
- La ieșirea invertorului, impulsurile dreptunghiulare sunt transformate într-o tensiune sinusoidală cu parametri definiți.
Tipuri de convertoare de frecvență
Există mai multe tipuri de convertoare de frecvență, care sunt în prezent cele mai comune pentru producție și utilizare:
Convertoare electro-mașină (electro-inducție): se utilizează atunci când utilizarea convertoarelor electronice de frecvență nu este posibilă sau fezabilă. Acestea sunt motoare asincrone cu rotoare înfășurate în fază care funcționează în modul generator-convertor.
Aceste unități sunt convertoare de control scalar. Ieșirea din această unitate generează o tensiune de o anumită amplitudine și frecvență pentru a menține un anumit flux magnetic în înfășurările statorului. Acestea sunt utilizate în aplicații în care nu este necesar să se mențină viteza rotorului în funcție de sarcină (pompe, ventilatoare și alte echipamente).
convertoare electronice: utilizate pe scară largă în toate condițiile de funcționare pentru o varietate de echipamente. Aceste dispozitive sunt bazate pe vectori, calculează automat interacțiunea dintre câmpurile magnetice ale statorului și rotorului și asigură o viteză constantă a rotorului, indiferent de sarcină.
- Cicloinversoare;
- Cicloinversoare;
- invertoare cu legătură de curent continuu:
- Convertor de frecvență cu sursă de curent;
- Convertor de frecvență al unei surse de tensiune (cu modulație de amplitudine sau de lățime a impulsurilor).
Din punct de vedere al aplicațiilor, echipamentele pot fi:
- Pentru echipamente de până la 315 kW;
- convertoare vectoriale pentru puteri de până la 500 kW;
- dispozitive antiexplozive pentru utilizare în medii explozive și cu praf;
- convertizoare de frecvență montate pe motoare electrice;
Fiecare tip de convertizor de frecvență are anumite avantaje și dezavantaje și este potrivit pentru diferite echipamente și sarcini, precum și pentru diferite condiții de funcționare.
Convertizorul de frecvență poate fi controlat manual sau extern. Controlul manual se efectuează de pe panoul de control al convertizorului de frecvență, care poate fi utilizat pentru a regla viteza sau pentru a opri funcționarea. Controlul extern se realizează prin intermediul sistemelor de control automat (ACS), care pot monitoriza toți parametrii unității și permit comutarea circuitului sau a modului de funcționare (prin intermediul unui convertizor de frecvență sau al unui bypass). Controlul extern permite, de asemenea, programarea invertorului în funcție de condițiile de funcționare, sarcină și timp, permițând invertorului să funcționeze în modul automat.
Pentru ce poate avea nevoie motorul electric de un convertizor de frecvență
Utilizarea convertoarelor de frecvență reduce costurile energetice, costurile de amortizare a motoarelor și a echipamentelor. Este posibilă utilizarea acestora pentru motoare cu colivie de veveriță cu costuri reduse, ceea ce reduce costurile de producție.
Multe motoare electrice funcționează în condiții de funcționare care se schimbă frecvent (porniri și opriri frecvente, sarcini variabile). Convertoarele de frecvență permit motorului să pornească fără probleme și reduc cuplul maxim de pornire și încălzirea echipamentului. Acest lucru este important, de exemplu, în cazul mașinilor de ridicat și reduce efectele negative ale pornirii bruște și ale opririi bruște.
Cu ajutorul convertoarelor de acționare este posibil să se controleze fără probleme funcționarea suflantelor, a pompelor și permite automatizarea proceselor tehnologice (utilizate în cazane, mine, în producția de petrol și rafinării, în instalații de apă și alte instalații).
Utilizarea convertoarelor de frecvență în transportoare, benzi transportoare, lifturi poate crește durata de viață a componentelor acestora, deoarece reduce trepidațiile, șocurile și alți factori negativi la pornirea și oprirea echipamentului. Acestea pot crește și reduce fără probleme viteza motorului, pot efectua inversarea, ceea ce este important pentru un număr mare de echipamente industriale de înaltă precizie.
Avantajele invertoarelor de frecvență:
- Costuri energetice reduse: datorită reducerii curenților de pornire și a reglării puterii motorului în funcție de sarcină;
- Crește fiabilitatea și durabilitatea echipamentului: Permite o durată de viață extinsă și intervale de întreținere prelungite;
- Permite introducerea controlului extern și a gestionării echipamentelor de la distanță de la dispozitive informatice și capacitatea de integrare în sistemele de automatizare;
- Convertoarele de frecvență pot gestiona orice capacitate de încărcare (de la un kilowatt la zeci de megawați);
- Prezența unor componente speciale în convertizoarele de frecvență poate proteja împotriva suprasarcinilor, a pierderilor de fază și a scurtcircuitelor, precum și să asigure funcționarea și oprirea în siguranță a echipamentului în caz de urgență.
Desigur, când vă uitați la această listă de beneficii, vă puteți întreba de ce să nu le folosiți pentru toate motoarele dintr-o instalație? Răspunsul este, din păcate, evident, dar este costul ridicat al convertoarelor de frecvență, al instalării și punerii în funcțiune a acestora. Nu toate companiile își pot permite aceste costuri.
Articole conexe:
