V různých situacích může být nutné převést frekvenci počátečního proudu na proud s regulovaným frekvenčním napětím. To je vyžadováno například při provozu asynchronních motorů pro změnu jejich rychlosti otáčení. Tento článek pojednává o účelu a principu činnosti frekvenčního měniče.
Obsah
Co je to frekvenční měnič
Frekvenční měnič (FC) je elektrické zařízení, které převádí a plynule reguluje jednofázový nebo třífázový střídavý proud o frekvenci 50 Hz na podobný typ proudu o frekvenci 1 až 800 Hz. Taková zařízení se široce používají k řízení provozu různých asynchronních elektrických strojů, například ke změně frekvence jejich otáčení. Existují také zařízení pro použití v průmyslových sítích vysokého napětí.
Jednoduché měniče regulují frekvenci a napětí podle charakteristiky U/f, složité přístroje využívají vektorové řízení.
Frekvenční měnič je technicky složité zařízení a skládá se nejen z frekvenčního měniče, ale má i ochranu proti nadproudu, přepětí a zkratu. Taková zařízení mohou mít také tlumivku pro zlepšení tvaru vlny a filtry pro snížení různých elektromagnetických interferencí. Existují elektronické měniče, stejně jako elektrická strojní zařízení.
Princip činnosti frekvenčního měniče
Elektronický měnič se skládá z několika hlavních součástí: usměrňovač, filtr, mikroprocesor a invertor.
Usměrňovač má hromadu diod nebo tyristorů, které usměrňují počáteční proud na vstupu do převodníku. Diodové měniče se vyznačují úplnou absencí zvlnění, jsou to levná, ale zároveň spolehlivá zařízení. Měniče na bázi tyristorů vytvářejí možnost toku proudu v obou směrech a umožňují návrat elektrické energie do sítě při brzdění motoru.
Filtr používá se v tyristorových zařízeních ke snížení nebo odstranění zvlnění napětí. Vyhlazování se provádí pomocí kapacitních nebo indukčně-kapacitních filtrů.
Mikroprocesor – je řídícím a analytickým článkem převodníku. Přijímá a zpracovává signály ze snímačů, což umožňuje upravit výstupní signál z frekvenčního měniče pomocí vestavěného PID regulátoru.Tento systémový komponent také zaznamenává a ukládá data událostí, registruje a chrání zařízení před přetížením, zkratem, analyzuje provozní režim a v případě nouzového provozu zařízení vypne.
střídač napětí a proud slouží k ovládání elektrických strojů, to znamená k plynulé regulaci frekvence proudu. Takové zařízení produkuje výstup „čistý sinus“, což umožňuje jeho použití v mnoha průmyslových odvětvích.
Princip činnosti elektronického frekvenčního měniče (střídač) spočívá v následujících fázích práce:
- Vstupní sinusový střídavý jednofázový nebo třífázový proud je usměrněn diodovým můstkem nebo tyristory;
- Pomocí speciálních filtrů (kondenzátorů) je signál filtrován, aby se snížilo nebo odstranilo zvlnění napětí;
- Napětí se převádí na třífázovou vlnu s určitými parametry pomocí mikroobvodu a tranzistorového můstku;
- Na výstupu měniče jsou obdélníkové impulsy převedeny na sinusové napětí se stanovenými parametry.
Typy frekvenčních měničů
Existuje několik typů frekvenčních měničů, které jsou v současné době nejběžnější pro výrobu a použití:
Elektrostrojové (elektroindukční) měniče: se používají v případech, kdy je nemožné nebo nevhodné použít elektronické FC. Konstrukčně jsou takovými zařízeními asynchronní motory s fázovým rotorem, které pracují v režimu generátor-měnič.
Tato zařízení jsou skalárně řízené převodníky. Na výstupu tohoto zařízení se vytváří napětí dané amplitudy a frekvence pro udržení určitého magnetického toku ve vinutí statoru.Používají se v případech, kdy není nutné udržovat otáčky rotoru v závislosti na zatížení (čerpadla, ventilátory a další zařízení).
Elektronické převodníky: široce používané ve všech pracovních podmínkách pro různá zařízení. Taková zařízení jsou vektorová, automaticky vypočítávají interakci magnetických polí statoru a rotoru a poskytují konstantní hodnotu rychlosti rotoru bez ohledu na zatížení.
- Cyklokonvertory;
- Cykloinvertory;
- Střídač s meziobvodem:
- Frekvenční měnič zdroje proudu;
- Frekvenční měnič zdroje napětí (s amplitudovou nebo pulzně šířkovou modulací).
Podle rozsahu může být vybavení:
- pro zařízení s výkonem do 315 kW;
- vektorové měniče pro výkon do 500 kW;
- Zařízení odolná proti výbuchu pro použití ve výbušném a prašném prostředí;
- frekvenční měniče namontované na elektrických motorech;
Každý typ frekvenčního měniče má určité výhody a nevýhody a je použitelný pro různá zařízení a zátěže, stejně jako pracovní podmínky.
Frekvenční měnič lze ovládat ručně nebo externě. Ruční ovládání se provádí z ovládacího panelu měniče, který může upravit rychlost nebo zastavit provoz. Externí ovládání se provádí pomocí automatických řídicích systémů (APCS), které dokážou ovládat všechny parametry zařízení a umožňují přepínat schéma nebo provozní režim (přes FC nebo bypass).Také externí ovládání umožňuje naprogramovat provoz převodníku v závislosti na provozních podmínkách, zatížení, čase, což umožňuje pracovat v automatickém režimu.
Proč může elektromotor potřebovat frekvenční měnič?
Použití frekvenčních měničů umožňuje snížit náklady na elektrickou energii, náklady na odpisy motorů a zařízení. Lze je použít pro levné motory s kotvou nakrátko, což snižuje výrobní náklady.
Mnoho elektromotorů pracuje v podmínkách časté změny provozních režimů (časté starty a zastavení, změna zatížení). Frekvenční měniče umožňují plynulé spuštění motoru a snížení maximálního rozběhového momentu a zahřívání zařízení. To je důležité například u zdvihacích strojů a umožňuje snížit negativní dopad náhlých rozjezdů a také eliminovat kývání břemene a škubání při zastavení.
Pomocí invertoru můžete plynule regulovat chod dmychadel, čerpadel a umožňuje automatizovat technologické procesy (používané v kotelnách, v hornictví, v odvětvích ropy a rafinace ropy, ve vodárnách a dalších podnicích).
Použití frekvenčních měničů v dopravnících, dopravnících, elevátorech umožňuje zvýšit životnost jejich součástí, protože snižuje škubání, otřesy a další negativní faktory při spouštění a zastavování zařízení. Mohou plynule zvyšovat a snižovat otáčky motoru, provádět zpětný pohyb, což je důležité pro velké množství vysoce přesných průmyslových zařízení.
Výhody frekvenčních měničů:
- Snížení nákladů na energii: snížením startovacích proudů a úpravou výkonu motoru na základě zatížení;
- Zvýšení spolehlivosti a životnosti zařízení: umožňuje prodloužit životnost a prodloužit dobu od jedné technické služby k druhé;
- Umožňuje implementovat externí ovládání a správu zařízení ze vzdálených počítačových zařízení a schopnost integrace do automatizačních systémů;
- Frekvenční měniče mohou pracovat s libovolným výkonem zátěže (od jednoho kilowattu až po desítky megawattů);
- Přítomnost speciálních komponent ve složení frekvenčních měničů umožňuje chránit před přetížením, výpadkem fáze a zkratem a také zajistit bezpečný provoz a vypnutí zařízení v případě nouze.
Samozřejmě, když se podíváme na takový seznam výhod, může se někdo divit, proč je nevyužít pro všechny motory v podniku? Odpověď je zde zřejmá, bohužel, ale to jsou vysoké náklady na chastotnikov, jejich instalaci a nastavení. Ne každý podnik si tyto náklady může dovolit.
Podobné články:
