Elektromotory - Elektroprevodovky - Frekvenčné meniče

Prevádzka s premenlivou frekvenciou začala, vo forme generátora striedavého prúdu, od nástupu indukčného motora. Zmeňte rýchlosť otáčania generátora a zmeníte jeho výstupnú frekvenciu. Pred príchodom vysokorýchlostných tranzistorov to bola jedna z mála možností na zmenu rýchlosti motora, avšak frekvenčné zmeny boli obmedzené, pretože zníženie rýchlosti generátora znížilo výstupnú frekvenciu, ale nie napätie. Prečo je to dôležité si vysvetlíme neskôr.

História zmeny otáčok a frekvencie

V minulosti bolo jednou z jednoduchších metód použitie viacpólového elektromotora, ktorý bol navinutý takým spôsobom, ktorý umožnil prepínaču (alebo prepínačom) meniť počet pólov statora, ktoré boli aktívne v danom čase. Rýchlosť otáčania bolo možné meniť manuálne alebo pomocou senzora pripojeného k prepínačom. Tento spôsob využívalo mnoho aplikácií, napríklad:

• obehové čerpadlá,
• bazénové čerpadlá,
• ventilátory,
• čerpadlá chladiacich veží.

Niektoré domáce pomocné čerpadlá používali systémy poháňané kvapalinou alebo variabilné remeňové pohony (automatická prevodovka) na zmenu otáčok čerpadla na základe spätnej väzby z tlakového membránového ventilu. A existovali aj omnoho zložitejšie systémy na zmenu frekvencie.

Prichádzajú frekvenčné meniče

Keď sa zamyslíme nad prekážkami, ktoré sme museli prekonať v minulosti, je celkom zrejmé, prečo príchod moderného frekvenčného meniča spôsobil revolúciu v odvetvový zmeny rýchlosti elektromotorov a zmeny frekvencie. Jediné, čo dnes musíte urobiť, je nainštalovať relatívne jednoduchú elektronickú krabicu (ktorá často nahrádza zložitejšie štartovacie zariadenia) v mieste aplikácie a zrazu môžete buď manuálne alebo automaticky zmeniť rýchlosť čerpadla alebo elektromotora.

Z čoho sa skladajú frekvenčné meniče

Pozrite sa na komponenty frekvenčného meniča a zistite, ako spoločne fungujú, aby sa menila frekvencia a tým aj rýchlosť elektromotora. Myslím, že budete prekvapení jednoduchosťou tohto procesu. Všetko, čo bolo potrebné, bol vývoj polovodičového zariadenia, ktoré poznáme ako tranzistor.

Komponenty frekvenčného meniča

Usmerňovač

Vzhľadom k tomu, že je ťažké zmeniť frekvenciu AC sínusovej vlny, prvá úloha frekvenčného meniča je previesť vlnu na DC. Ako uvidíte neskôr, je relatívne ľahké manipulovať s DC, aby to vyzeralo ako AC. Prvou zložkou všetkých frekvenčných meničov je zariadenie známe ako usmerňovač alebo konvertor.

Ako funguje usmerňovač v frekvenčnom meniči

Obvod usmerňovača prevádza striedavý prúd na jednosmerný prúd a robí to v podstate rovnakým spôsobom ako pri nabíjačke batérií alebo oblúkovej zváračke. Používa diódový mostík na obmedzenie pohybu sínusovej vlny AC iba na jeden smer. Výsledkom je plne rektifikovaný tvar AC vlny, ktorý je interpretovaný jednosmerným prúdom ako natívny DC vlnový tvar. Trojfázové frekvenčné meniče akceptujú tri samostatné vstupné fázy AC a konvertujú ich na jeden DC výstup. Väčšina trojfázových frekvenčných meničov môže tiež prijímať jednofázový (230V alebo 460V) výkon. Na druhej strane skutočné jednofázové frekvenčné meniče (tie, ktoré riadia jednofázové elektromotory) využívajú jednofázový vstup a produkujú jednosmerný výstup, ktorý je úmerný vstupu.

Jednofázový alebo trojfázový frekvenčný menič ?

Existujú dva dôvody, prečo sú trojfázové elektromotory populárnejšie ako jednofázové elektromotory, pokiaľ ide o prevádzku s premenlivou rýchlosťou. Po prvé ponúkajú oveľa širší výkonový rozsah. Ale rovnako dôležitá je ich schopnosť začať rotáciu na vlastnú päsť. Jednofázový elektromotor na druhej strane často vyžaduje určitý vonkajší zásah, aby sa začala rotácia. V tomto prípade obmedzíme našu diskusiu na trojfázové elektromotory používané na trojfázových frekvenčných meničoch.

Ďalšie komponenty frekvenčného meniča

DC zbernica

Druhá zložka frekvenčných meničov, známa ako DC zbernica nie je vidieť vo všetkých frekvenčných meničoch, pretože neprispieva priamo k prevádzke s premenlivou frekvenciou. Ale vždy to bude vo vysoko kvalitných, univerzálnych frekvenčných meničoch (napríklad frekvenčné meniče od spoločnosti VYBO ELECTIC a.s.). Bez toho, aby sme zašli do mnohých detailov, DC Bus používa kondenzátory a induktor na filtrovanie AC "zvlneného" napätia z konvertovaného DC pred vstupom do sekcie meniča. Môže tiež obsahovať filtre, ktoré bránia harmonickému skresleniu, ktoré môže byť privádzané späť do zdroja napájania frekvenčného meniča. Staršie frekvenčné meniče a niektoré meniče frekvencie špecifické pre čerpadlá vyžadujú na splnenie tejto úlohy samostatné sieťové filtre.

Menič

Menič využíva tri sady vysokorýchlostných spínacích tranzistorov na vytvorenie DC "impulzov", ktoré napodobňujú všetky tri fázy AC sínusovej vlny. Tieto impulzy nielen diktujú napätie vlny, ale aj jej frekvenciu. Termín invertor alebo inverzia znamená "obrátenie" a jednoducho sa vzťahuje na pohyb hore a dole vytvoreného tvaru vlny. Moderný frekvenčný menič používa na reguláciu napätia a frekvencie techniku ​​nazývanú "Pulse Width Modulation" (PWM). Budeme sa zaoberať podrobnejšie, keď sa pozrieme na výstup z meniča.

Bipolárny tranzistor

Ďalší termín, na ktorý ste pravdepodobne narazili s frekvenčnými meničmi je "IGBT". IGBT označuje "izolovanú bránu, bipolárny tranzistor", ktorá je spínacím (alebo pulzujúcim) komponentom meniča. Tranzistor (ktorý nahradil elektrónku) slúži v našom elektronickom svete na dve funkcie. To môže fungovať ako zosilňovač a zvýšiť signál, ako to robí v rádiu alebo stereo, alebo to môže fungovať ako prepínač a jednoducho zapnúť a vypnúť signál. IGBT je jednoducho moderná verzia, ktorá poskytuje vyššie spínacie rýchlosti (3000 – 16000 Hz) a zníženú tvorbu tepla. Vyššia rýchlosť spínania má za následok zvýšenie presnosti emulácie striedavého prúdu a zníženie počuteľného hluku motora. Zníženie generovaného tepla znamená menšie chladiče a tým aj menšiu stopu meniča frekvencie.

Výstup frekvenčného meniča

Výstup frekvenčného meniča pozostáva zo série obdĺžnikových impulzov s pevnou výškou a nastaviteľnou šírkou. Súčet plôch impulzov sa rovná efektívnemu napätiu skutočnej AC vlny. Ak by ste sekali časti pulzov nad (alebo pod) skutočnou AC vlnou a používali ich na vyplnenie prázdnych miest pod krivkou, zistili by ste, že sa zhodujú takmer dokonale. Týmto spôsobom frekvenčný menič riadi napätie, ktoré prúdi do motora.

Modulárna šírka inpulzov

Súčet šírky impulzov a medzier medzi nimi určuje frekvenciu vlny (teda PWM alebo moduláciu šírky impulzov) videnú elektromotorom. Ak bol impulz nepretržitý (tj. bez medzier), frekvencia by bola stále správna, ale napätie by bolo oveľa väčšie ako napätie skutočnej sínusovej vlny AC. V závislosti od požadovaného napätia a frekvencie, menič frekvencie mení výšku a šírku impulzu a šírku medzier medzi nimi. Hoci interiéry, ktoré to dosiahnu, sú relatívne zložité, výsledok je elegantne jednoduchý!

"falošný" AC

Určite niektorí z vás pravdepodobne premýšľate, ako "falošný" AC (vlastne DC) môže rozbehnúť AC indukčný elektromotor. Koniec koncov, nepotrebuje striedavý prúd, aby „viedol“ prúd a jeho zodpovedajúce magnetické pole v rotore elektromotora? AC spôsobuje indukciu prirodzene, pretože neustále mení smer. DC, na druhej strane, nie je, pretože je normálne nehybný, keď je obvod aktivovaný. Ale DC môže indukovať prúd, ak je zapnutý a vypnutý. Pre tých z vás, ktorí ste dosť starí na to, aby ste si spomenuli, automobilové zapaľovacie systémy (pred príchodom zapaľovania v pevnej fáze) mali v distribútorovi množinu bodov. Účelom bodov bolo "pulzovanie" energie z batérie do cievky (transformátora). To vyvolalo náboj v cievke, ktorá potom zvýšila napätie na úroveň, ktorá by umožnila zapálenie zapaľovacích sviečok. Široké jednosmerné impulzy sú v skutočnosti tvorené stovkami jednotlivých impulzov a práve tento zapnutý a vypnutý pohyb meniča umožňuje indukciu cez DC.

Po prečítaní hore uvedeného textu by ste mali pochopiť fungovanie frekvenčného meniča a ako riadi rýchlosť elektromotora. Väčšina meničov frekvencie ponúka užívateľovi možnosť nastaviť rýchlosť motora manuálne pomocou viac polohového prepínača alebo klávesnice, alebo použiť senzory (tlak, prietok, teplota, úroveň atď.) na automatizáciu procesu. Presne tieto funkcie majú frekvenčné meniče od spoločnosti VYBO ELECTRIC a.s.