Frekans dönüştürücü - türleri, çalışma prensibi, bağlantı şemaları

Herhangi bir elektrik motorunun rotoru, stator sargısının içinde dönen bir elektromanyetik alanın neden olduğu kuvvetlerle tahrik edilir. Hızı genellikle elektrik şebekesinin endüstriyel frekansı tarafından belirlenir.

50 hertzlik standart değeri, bir saniyede elli salınım periyodu anlamına gelir. Bir dakikada sayıları 60 kat artar ve 50×60 = 3000 devirdir. Rotor, uygulanan elektromanyetik alanın etkisi altında aynı sayıda döner.

Statora uygulanan şebeke frekansının değerini değiştirirseniz, rotorun ve ona bağlı sürücünün dönüş hızını ayarlayabilirsiniz. Bu prensip, elektrik motorlarının kontrolünün temelidir.

Frekans dönüştürücü türleri

Tasarım gereği, frekans dönüştürücüler:

1. indüksiyon tipi;

2. elektronik.

Üretilen asenkron motorlar faz rotorlu şemaya göre ve jeneratör modunda başlayan, birinci tipin temsilcileridir. Çalışma sırasında, düşük verimliliğe sahiptirler ve düşük verimlilik ile karakterize edilirler.Bu nedenle üretimde geniş bir uygulama bulamamışlardır ve çok nadiren kullanılırlar.

Elektronik frekans dönüştürme yöntemi, hem asenkron hem de senkron makinelerin düzgün hız düzenlemesine izin verir. Bu durumda, iki kontrol ilkesinden biri uygulanabilir:

1. Dönüş hızının frekansa (V / f) bağımlılığının önceden belirlenmiş bir özelliğine göre;

2. vektör kontrol yöntemi.

İlk yöntem en basit ve daha az mükemmel olanıdır ve ikincisi, kritik endüstriyel ekipmanın dönüş hızlarını hassas bir şekilde kontrol etmek için kullanılır.

Frekans dönüştürme vektör kontrolünün özellikleri

Bu yöntem arasındaki fark, etkileşim, dönüştürücü kontrol cihazının rotor alanının frekansı ile dönen manyetik akının "uzay vektörü" üzerindeki etkisidir.

Dönüştürücülerin bu prensipte çalışacakları algoritmalar iki şekilde oluşturulur:

1. sensörsüz kontrol;

2. akış düzenlemesi.

İlk yöntem, dizilerin değişmesine belirli bir bağımlılığın belirlenmesine dayanır. darbe genişlik modülasyonu (PWM) Önceden ayarlanmış algoritmalar için invertör. Bu durumda, dönüştürücü çıkış geriliminin genliği ve frekansı kayma akımı ve yük tarafından kontrol edilir, ancak rotor hızı geri beslemesi kullanılmaz.

Bu yöntem, frekans dönüştürücüye paralel bağlı birkaç elektrik motorunu kontrol ederken kullanılır.Akı kontrolü, motor içindeki çalışma akımlarının aktif ve reaktif bileşenlere ayrıştırılmasıyla izlenmesini ve çıkış voltajı vektörleri için genliği, frekansı ve açıyı ayarlamak üzere dönüştürücü çalışmasında ayarlamalar yapmayı içerir.

Bu, motorun doğruluğunu artırır ve ayarlama sınırlarını artırır. Akış kontrolünün kullanılması, vinç asansörleri veya endüstriyel sarma makineleri gibi yüksek dinamik yüklerle düşük hızlarda çalışan sürücülerin yeteneklerini genişletir.

Vektör teknolojisinin kullanımı, dinamik tork kontrolünün uygulanmasına izin verir üç fazlı asenkron motorlar. 

Eşdeğer devre

Bir endüksiyon motorunun temel basitleştirilmiş bir elektrik devresi aşağıdaki gibi gösterilebilir.

Aktif direnci R1 ve endüktif direnci X1 olan stator sargılarına u1 gerilimi uygulanır. Xv hava boşluğunun direncini aşan, rotor sargısına dönüştürülerek direncini aşan bir akıma neden olur.

Bir vektör devresinin eşdeğer devresi

Yapısı, asenkron motorda meydana gelen süreçleri anlamaya yardımcı olur.

Stator akımının enerjisi iki kısma ayrılır:

• iµ — akış oluşturan bölme;

• iw — moment üreten bileşen.

Bu durumda, rotorun kaymaya bağlı bir aktif direnci R2/s vardır.

Sensörsüz kontrol için aşağıdakiler ölçülür:

• voltaj u1;

• mevcut i1.

Değerlerine göre şunları hesaplarlar:

• iµ — akışı oluşturan akış bileşeni;

• iw — değer üreten tork.

Hesaplama algoritması şimdi, elektromanyetik alanın doygunluk koşullarını ve çelikteki manyetik enerji kayıplarını hesaba katan akım regülatörlü bir endüksiyon motorunun elektronik eşdeğer devresini içeriyor.

Akım vektörlerinin açı ve genlik bakımından farklı olan her iki bileşeni de rotor koordinat sistemi ile birlikte dönerek durağan bir stator yönlendirme sistemi haline gelir.

Bu prensibe göre, frekans dönüştürücünün parametreleri endüksiyon motorunun yüküne göre ayarlanır.

Frekans dönüştürücünün çalışma prensibi

İnverter olarak da adlandırılan bu cihaz, şebeke güç kaynağının dalga biçimindeki çifte değişime dayanmaktadır.

Başlangıçta endüstriyel voltaj, sinüzoidal harmonikleri ortadan kaldıran ancak sinyal dalgalanmaları bırakan güçlü diyotlara sahip bir doğrultucuya beslenir. Çıkarılmaları için, doğrultulmuş gerilime kararlı, düzleştirilmiş bir şekil sağlayan endüktanslı (LC-filtreli) bir kapasitör bankası sağlanmıştır.

Sinyal daha sonra altı fazlı üç fazlı bir köprü devresi olan frekans dönüştürücünün girişine gider. güç transistörleri Ters polarite voltaj koruma diyotlu IGBT veya MOSFET serisi. Daha önce bu amaçlar için kullanılan tristörler yeterli hıza sahip değildir ve büyük bozulmalarla çalışır.

Motorun "fren" modunu açmak için devreye enerjiyi dağıtan güçlü bir dirence sahip kontrollü bir transistör takılabilir. Bu teknik, motor tarafından üretilen voltajın, filtre kapasitörlerini aşırı şarj ve hasardan korumak için çıkarılmasına izin verir.

Dönüştürücünün vektör frekans kontrol yöntemi, ACS sistemlerinden gelen sinyalin otomatik kontrolünü gerçekleştiren devreler oluşturmanıza olanak tanır. Bunun için bir yönetim sistemi kullanılır:

1. genlik;

2. PWM (darbe genişliği simülasyonu).

Genlik kontrol yöntemi, giriş voltajının değiştirilmesine dayanır ve PWM, güç transistörlerinin sabit bir giriş voltajında ​​anahtarlanması için algoritmaya dayanır.

PWM düzenlemesi ile, stator sargısı doğrultucunun pozitif ve negatif terminallerine sıkı bir sırayla bağlandığında bir sinyal modülasyonu periyodu yaratılır.

Jeneratörün saat frekansı oldukça yüksek olduğundan, endüktif dirençli elektrik motorunun sargısında normal bir sinüs dalgasına yumuşatılır.

PWM kontrol yöntemleri, enerji kayıplarının ortadan kaldırılmasını en üst düzeye çıkarır ve aynı anda frekans ve genlik kontrolü nedeniyle yüksek dönüşüm verimliliği sağlar. GTO serisi güç kilitli tristör kontrol teknolojilerinin veya iki kutuplu yalıtımlı kapılı IGBT transistör markalarının geliştirilmesi nedeniyle mevcut hale geldiler.

Üç fazlı bir motoru kontrol etmek için dahil edilmelerinin ilkeleri fotoğrafta gösterilmiştir.

Altı IGBT'nin her biri, antiparalel devrede kendi ters akım diyotuna bağlanır. Bu durumda, endüksiyon motorunun aktif akımı, her bir transistörün güç devresinden geçer ve reaktif bileşeni, diyotlardan yönlendirilir.

Harici elektrik gürültüsünün sürücü ve motorun çalışması üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için, frekans dönüştürücünün devresi şunları içerebilir: gürültü azaltma filtresitasfiye:

• Radyo Girişimi;

• çalışan ekipmandan kaynaklanan elektrik deşarjları.

Bunlar kontrolör tarafından sinyallenir ve şoku azaltmak için motor ile sürücü çıkış terminalleri arasında korumalı kablolama kullanılır.

Asenkron motorların çalışma doğruluğunu artırmak için frekans dönüştürücülerin kontrol devresi şunları içerir:

• gelişmiş arayüz özelliklerine sahip iletişim girişi;

• yerleşik denetleyici;

• hafıza kartı;

• yazılım;

• ana çıkış parametrelerini gösteren bilgilendirme LED ekranı;

• fren kıyıcı ve yerleşik EMC filtresi;

• artan kaynağa sahip fanlarla üflemeye dayalı devre soğutma sistemi;

• motoru doğru akımla ısıtma işlevi ve diğer bazı olasılıklar.

Operasyonel bağlantı şemaları

Frekans dönüştürücüler, tek fazlı veya üç fazlı ağlarla çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bununla birlikte, 220 volt gerilime sahip endüstriyel doğru akım kaynakları varsa, inverterler bunlardan beslenebilir.

Üç fazlı modeller 380 volt şebeke gerilimi için tasarlanmıştır ve elektrik motorunu besler. Tek fazlı invertörler 220 volt ile çalışır ve zaman içinde dağıtılan üç faz çıkışı verir.

Frekans dönüştürücünün motora bağlantı şeması, şemalara göre gerçekleştirilebilir:

• yıldızlar;

• üçgen.

Motor sargıları, 380 voltluk üç fazlı bir ağ tarafından beslenen dönüştürücü için bir "yıldız" içine monte edilmiştir.

"Üçgen" şemasına göre, motor sargıları, güç dönüştürücü tek fazlı 220 voltluk bir ağa bağlandığında monte edilir.

Bir elektrik motorunu bir frekans dönüştürücüye bağlamak için bir yöntem seçerken, çalışan bir motorun inverterin yetenekleriyle yavaş, yüklü çalıştırma dahil tüm modlarda oluşturabileceği güç oranına dikkat etmeniz gerekir.

Frekans dönüştürücüyü sürekli olarak aşırı yüklemek imkansızdır ve çıkış gücünün küçük bir rezervi, uzun süreli ve sorunsuz çalışmasını sağlayacaktır.