Che cos'è un convertitore di frequenza, come funziona ea cosa serve
definizione
Per definizione, un convertitore di frequenza è un convertitore di potenza elettronico per modificare la frequenza di una corrente alternata. Ma a seconda delle prestazioni, cambiano sia il livello di tensione che il numero di fasi. Potrebbe non esserti del tutto chiaro il motivo per cui un tale dispositivo è necessario, ma proveremo a parlartene in parole semplici.
La frequenza di rotazione dell'albero dei motori sincroni e asincroni (HELL) dipende dalla frequenza di rotazione del flusso magnetico dello statore ed è determinata dalla formula:
n = (60 * F / p) * (1-S),
dove n è il numero di giri dell'albero AD, p è il numero di coppie polari, s è slittamento, f è la frequenza della corrente alternata.
In termini semplici, la velocità del rotore dipende dalla frequenza e dal numero di coppie polari. Il numero di coppie polari è determinato dal design delle bobine dello statore e la frequenza della corrente nella rete è costante. Pertanto, al fine di regolare la velocità, possiamo controllare la frequenza solo con l'aiuto di convertitori.
dispositivo
Alla luce di quanto precede, riformuliamo la risposta alla domanda su cosa sia:
Un convertitore di frequenza è un dispositivo elettronico per modificare la frequenza di una corrente alternata, e quindi la velocità di rotazione del rotore di una macchina elettrica asincrona (e sincrona).
Simbolo grafico secondo GOST 2.737-68 che puoi vedere di seguito:
Si chiama elettronico perché si basa su un circuito di commutazione a semiconduttore. A seconda delle caratteristiche funzionali e del tipo di controllo, verranno modificati sia lo schema elettrico sia l'algoritmo di funzionamento.
Nel diagramma seguente vedi come è organizzato il convertitore di frequenza:
Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza è il seguente:
- La tensione di rete viene fornita al raddrizzatore 1 e diventa un pulsante pulsante rettificato.
- Nel blocco 2, le pulsazioni vengono livellate e il componente reattivo viene parzialmente compensato.
- Il blocco 3 è un gruppo di interruttori di potenza controllati da un sistema di controllo (4) che utilizza la modulazione di larghezza di impulso (PWM). Questo design consente di ottenere una tensione regolata PWM a due livelli in uscita, che, dopo il livellamento, si avvicina a una forma sinusoidale. Nei modelli costosi, è stato utilizzato uno schema a tre livelli, in cui vengono utilizzate più chiavi. Ti consente di avvicinarti alla forma d'onda sinusoidale. Come interruttori a semiconduttore possono essere utilizzati tiristori, effetti di campo o transistor IGBT. Di recente, gli ultimi due tipi sono stati i più richiesti e popolari per efficienza, piccole perdite e facilità di controllo.
- Usando PWM, il livello di tensione richiesto viene formato, in parole semplici: ecco come viene modulata l'onda sinusoidale, alternativamente includendo coppie di tasti, formando tensione di linea.
Quindi abbiamo brevemente descritto come funziona il convertitore di frequenza per un motore elettrico e in cosa consiste. Viene utilizzato come fonte di alimentazione secondaria e non solo controlla la forma della rete di alimentazione corrente, ma converte il suo valore e la frequenza in base ai parametri specificati.
Tipi di chastotniks e ambito
Metodi di gestione
La regolazione della velocità può essere effettuata in diversi modi, sia con il metodo di impostazione della frequenza richiesta, sia con il metodo di regolazione. I regolatori di frequenza sono divisi in due tipi in base al metodo di controllo:
- Con controllo scalare.
- Con controllo vettoriale.
I dispositivi del primo tipo regolano la frequenza secondo una data funzione U / F, cioè la tensione cambia insieme alla frequenza. Di seguito è riportato un esempio di tale dipendenza tensione-frequenza.
Può essere diverso e programmato per un carico specifico, ad esempio sui ventilatori non è lineare, ma ricorda un ramo di parabola. Questo principio di funzionamento mantiene quasi costante il flusso magnetico nello spazio tra il rotore e lo statore.
Una caratteristica del controllo scalare è la sua prevalenza e la relativa facilità di implementazione. È usato più spesso per pompe, ventilatori e compressori. Tali chastotnik sono spesso usati se è necessario mantenere una pressione stabile (o un altro parametro), possono essere pompe sommerse per pozzi, se si considera l'uso domestico.
In produzione, l'ambito di applicazione è ampio, ad esempio il controllo della pressione nelle stesse tubazioni e le prestazioni dei sistemi di ventilazione automatica. L'intervallo di controllo è generalmente di 1:10, in termini semplici, la velocità massima dal minimo può differire di 10 volte. A causa delle peculiarità dell'implementazione di algoritmi e circuiti, tali dispositivi sono generalmente più economici, il che rappresenta il vantaggio principale.
svantaggi:
- Supporto rev non troppo preciso.
- Risposta più lenta al cambio di regime.
- Molto spesso non c'è modo di controllare il momento sull'albero.
- Con un aumento della velocità al di sopra del nominale, il momento sull'albero del motore diminuisce (cioè quando aumentiamo la frequenza al di sopra del 50 Hz nominale).
Quest'ultimo è dovuto al fatto che la tensione in uscita dipende dalla frequenza, alla frequenza nominale la tensione è uguale alla tensione di rete e il chastotnik non sa come aumentarlo più in alto, sul grafico è possibile vedere una parte uniforme della trama dopo 50 Hz. Va notato che la dipendenza del momento dalla frequenza, che cade secondo la legge 1 / f, è mostrata in rosso nel grafico sotto e la dipendenza del potere dalla frequenza è blu.
I convertitori di frequenza a controllo vettoriale hanno un diverso principio di funzionamento, qui non è solo la tensione che corrisponde alla curva V / f. Le caratteristiche della tensione di uscita variano in base ai segnali dei sensori, in modo da mantenere un certo momento sull'albero. Ma perché abbiamo bisogno di un tale metodo di controllo? Una regolazione più precisa e più rapida sono i tratti distintivi di un convertitore di frequenza controllato da vettori. Ciò è importante in tali meccanismi in cui il principio di azione è associato a un brusco cambiamento di carico e coppia sul corpo esecutivo.
Tale carico è tipico per la tornitura e altri tipi di macchine, incluso il CNC. La precisione della regolazione è fino all'1,5%, l'intervallo di regolazione è 1: 100, per una maggiore precisione con i sensori di velocità, ecc. - 0,2% e 1: 10000, rispettivamente.
C'è un'opinione sui forum secondo cui oggi la differenza di prezzo tra chastotniks vettoriali e scalari è inferiore rispetto a prima (15-35% a seconda del produttore) e la differenza principale è più firmware che circuiti. Inoltre, la maggior parte dei modelli vettoriali supporta anche il controllo scalare.
Benefici:
- maggiore stabilità e precisione;
- risposta più rapida alle variazioni di carico e coppia elevata a bassa velocità;
- più ampia gamma di regolamentazione.
Lo svantaggio principale è che costa più di quelli scalari.
In entrambi i casi, la frequenza può essere impostata manualmente o tramite sensori, ad esempio un sensore di pressione o un flussimetro (se parliamo di pompe), un potenziometro o un encoder.
Tutti o quasi tutti i convertitori di frequenza hanno una funzione di avvio graduale, che semplifica l'avvio dei motori da generatori di emergenza senza praticamente il rischio di sovraccaricarlo.
Numero di fasi
Oltre ai metodi di risposta, i chastotnik differiscono nel numero di fasi in ingresso e in uscita. Quindi distinguere i convertitori di frequenza con ingresso monofase e trifase.
Allo stesso tempo, la maggior parte dei modelli trifase può essere alimentata da una fase, ma con questa applicazione, la loro potenza diminuisce al 30-50%. Ciò è dovuto al carico di corrente consentito sui diodi e su altri elementi del circuito di potenza. I modelli monofase sono disponibili nella gamma di potenza fino a 3 kW.
Importante! Si noti che con una connessione monofase con una tensione di ingresso di 220 V, ci sarà un'uscita di 3 fasi di 220 V e non di 380 V. Cioè, l'uscita lineare sarà esattamente 220 V, in breve. A questo proposito, i motori comuni con avvolgimenti progettati per una tensione di 380 / 220V devono essere collegati in un triangolo e quelli su 127 / 220V - in una stella.
Nella rete puoi trovare molte offerte come "Convertitore di frequenza da 220 a 380" - questo è nella maggior parte dei casi marketing, i venditori chiamano ogni tre fasi "380V".
Per ottenere 380 V reali da una fase, è necessario utilizzare un trasformatore monofase 220/380 (se l'ingresso del convertitore di frequenza è progettato per tale tensione) oppure utilizzare un convertitore di frequenza specializzato con un ingresso monofase e un'uscita trifase 380V.
Un tipo separato e più raro di convertitori di frequenza sono gli inverter monofase con un'uscita monofase 220. Sono progettati per regolare i motori monofase con avviamento a condensatore. Un esempio di tali dispositivi sono:
- ERMAN ER-G-220-01
- IDD INNOVERT
Schema elettrico
In realtà, per ottenere un'uscita trifase da un convertitore di frequenza da 380 V, è necessario collegare un ingresso trifase da 380 V:
Il collegamento di un chastotnik a una fase è simile, ad eccezione del collegamento dei fili di alimentazione:
Un convertitore di frequenza monofase per un motore con un condensatore (pompa o ventilatore a bassa potenza) è collegato come segue:
Come puoi vedere negli schemi, oltre ai cavi di alimentazione e ai cavi del motore, il convertitore di frequenza ha altri terminali, sensori, pulsanti del pannello di controllo remoto, bus per il collegamento a un computer (di solito lo standard RS-485) e così via. Ciò consente di controllare il motore attraverso sottili fili di segnale, che consente di rimuovere il convertitore di frequenza in un quadro elettrico.
I rilevatori di frequenza sono dispositivi universali, il cui scopo non è solo la regolazione della velocità, ma anche la protezione del motore elettrico da modalità di funzionamento e alimentazione errate, nonché da sovraccarico. Oltre alla funzione principale, i dispositivi realizzano un avvio regolare degli azionamenti, che riduce l'usura delle apparecchiature e i carichi di potenza. Il principio di funzionamento e la profondità delle impostazioni dei parametri della maggior parte dei convertitori di frequenza consente di risparmiare energia elettrica quando si controllano le pompe (in precedenza il controllo era effettuato non a causa delle prestazioni della pompa, ma utilizzando valvole) e altre apparecchiature.
Qui è dove finiamo la considerazione del problema. Speriamo che dopo aver letto l'articolo capirai cos'è un convertitore di frequenza e perché è necessario. Infine, ti consigliamo di guardare un utile video sull'argomento:
Sicuramente non sai:
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