Dažnio keitiklis - tipai, veikimo principas, prijungimo schemos

Bet kurio elektros variklio rotorių varo jėgos, kurias sukelia besisukantis elektromagnetinis laukas statoriaus apvijos viduje. Jo greitis dažniausiai nustatomas pagal pramoninį elektros tinklo dažnį.

Jo standartinė 50 hercų vertė reiškia penkiasdešimt virpesių periodų per vieną sekundę. Per vieną minutę jų skaičius padidėja 60 kartų ir yra 50×60 = 3000 apsisukimų. Rotorius sukasi tiek pat kartų, veikiamas elektromagnetinio lauko.

Jei pakeisite statoriui taikomo tinklo dažnio reikšmę, galėsite reguliuoti rotoriaus ir prie jo prijungtos pavaros sukimosi greitį. Šis principas yra elektros variklių valdymo pagrindas.

Dažnio keitiklių tipai

Pagal konstrukciją dažnio keitikliai yra:

1. indukcinis tipas;

2. elektroninis.

Gaminami asinchroniniai varikliai pagal schemą su faziniu rotoriumi ir startavo generatoriaus režimu, yra pirmojo tipo atstovai. Eksploatacijos metu jie turi mažą efektyvumą ir pasižymi mažu efektyvumu.Todėl jie nebuvo plačiai pritaikyti gamyboje ir naudojami labai retai.

Elektroninis dažnio keitimo metodas leidžia sklandžiai reguliuoti tiek asinchroninių, tiek sinchroninių mašinų greitį. Tokiu atveju galima taikyti vieną iš dviejų valdymo principų:

1. Pagal iš anksto nustatytą sukimosi greičio priklausomybės nuo dažnio charakteristiką (V / f);

2. vektorinio valdymo metodas.

Pirmasis metodas yra paprasčiausias ir ne toks tobulas, o antrasis naudojamas tiksliai valdyti svarbių pramonės įrenginių sukimosi greičius.

Dažnio keitimo vektorinio valdymo ypatumai

Skirtumas tarp šio metodo yra sąveika, keitiklio valdymo įtaiso įtaka magnetinio srauto, besisukančio su rotoriaus lauko dažniu, „erdvės vektoriui“.

Šiuo principu veikiančių keitiklių algoritmai sukuriami dviem būdais:

1. valdymas be jutiklių;

2. srauto reguliavimas.

Pirmasis metodas pagrįstas tam tikros priklausomybės nuo sekų kaitos nustatymu impulsų pločio moduliacija (PWM) keitiklis iš anksto nustatytiems algoritmams. Šiuo atveju keitiklio išėjimo įtampos amplitudė ir dažnis yra valdomi slydimo srove ir apkrova, bet nenaudojant rotoriaus greičio grįžtamojo ryšio.

Šis metodas naudojamas valdant kelis lygiagrečiai su dažnio keitikliu sujungtus elektros variklius.Srauto valdymas apima variklio viduje esančių darbinių srovių stebėjimą, jas skaidant į aktyviuosius ir reaktyviuosius komponentus ir keitiklio veikimo koregavimą, kad būtų galima nustatyti išėjimo įtampos vektorių amplitudę, dažnį ir kampą.

Tai pagerina variklio tikslumą ir padidina jo reguliavimo ribas. Srauto valdymo naudojimas praplečia pavarų, veikiančių mažu greičiu ir didelėmis dinaminėmis apkrovomis, pavyzdžiui, kranų keltuvų ar pramoninių apvijų mašinų, galimybes.

Vektorinės technologijos naudojimas leidžia įgyvendinti dinaminį sukimo momento valdymą trifaziai asinchroniniai varikliai. 

Lygiavertė grandinė

Pagrindinę supaprastintą indukcinio variklio elektros grandinę galima pavaizduoti taip.

Statoriaus apvijų, turinčių aktyviąją varžą R1 ir indukcinę varžą X1, įtampa u1. Ji, įveikusi oro tarpo Xv varžą, paverčiama rotoriaus apvija, sukeldama joje srovę, kuri įveikia jo pasipriešinimą.

Vektorinės grandinės ekvivalentinė grandinė

Jo konstrukcija padeda suprasti indukciniame variklyje vykstančius procesus.

Statoriaus srovės energija yra padalinta į dvi dalis:

• iµ — srautą formuojanti pertvara;

• iw – momentą generuojantis komponentas.

Šiuo atveju rotorius turi nuo slydimo priklausomą aktyvųjį pasipriešinimą R2 / s.

Valdymo be jutiklio atveju matuojama:

• įtampa u1;

• srovė i1.

Pagal savo vertes jie apskaičiuoja:

• iµ – srauto komponentas, formuojantis srautą;

• iw – vertę generuojantis sukimo momentas.

Dabar skaičiavimo algoritmas apima asinchroninio variklio elektroninę ekvivalentinę grandinę su srovės reguliatoriais, kurioje atsižvelgiama į elektromagnetinio lauko soties sąlygas ir magnetinės energijos nuostolius pliene.

Abi skirtingo kampo ir amplitudės srovės vektorių dedamosios sukasi kartu su rotoriaus koordinačių sistema ir tampa stacionaria statoriaus orientavimo sistema.

Pagal šį principą dažnio keitiklio parametrai reguliuojami pagal indukcinio variklio apkrovą.

Dažnio keitiklio veikimo principas

Šis prietaisas, dar vadinamas inverteriu, yra pagrįstas dvigubu maitinimo šaltinio bangos formos pasikeitimu.

Pradžioje pramoninė įtampa tiekiama į lygintuvą su galingais diodais, kurie pašalina sinusines harmonikas, bet palieka signalo bangavimą. Jų pašalinimui yra numatytas kondensatorių bankas su induktyvumu (LC-filtras), kuris ištaisytai įtampai suteikia stabilią, išlygintą formą.

Tada signalas patenka į dažnio keitiklio įvestį, kuris yra trifazė šešių fazių tilto grandinė galios tranzistoriai IGBT arba MOSFET serija su atvirkštinio poliškumo įtampos apsaugos diodais. Anksčiau šiems tikslams naudoti tiristoriai neturi pakankamai greičio ir veikia su dideliais trikdžiais.

Norint įjungti variklio „stabdymo“ režimą, grandinėje galima sumontuoti valdomą tranzistorių su galingu rezistoriumi, kuris išsklaido energiją. Ši technika leidžia pašalinti variklio generuojamą įtampą, siekiant apsaugoti filtro kondensatorius nuo perkrovimo ir sugadinimo.

Konverterio vektorinio dažnio valdymo metodas leidžia sukurti grandines, kurios automatiškai valdo signalą iš ACS sistemų. Tam naudojama valdymo sistema:

1. amplitudė;

2. PWM (impulso pločio modeliavimas).

Amplitudės valdymo metodas pagrįstas įėjimo įtampos keitimu, o PWM – galios tranzistorių perjungimo algoritmu esant pastoviai įėjimo įtampai.

Naudojant PWM reguliavimą, sukuriamas signalo moduliavimo periodas, kai statoriaus apvija griežta tvarka prijungiama prie teigiamų ir neigiamų lygintuvo gnybtų.

Kadangi generatoriaus laikrodžio dažnis yra gana aukštas, elektros variklio, turinčio indukcinę varžą, apvijoje jie išlyginami iki įprastos sinusinės bangos.

PWM valdymo metodai maksimaliai sumažina energijos nuostolius ir užtikrina aukštą konversijos efektyvumą dėl vienu metu kontroliuojamo dažnio ir amplitudės. Jie tapo prieinami dėl GTO serijos maitinimo blokuojamų tiristorių valdymo technologijų arba dvipolių izoliuotų vartų IGBT tranzistorių prekės ženklų.

Jų įtraukimo valdant trifazį variklį principai parodyti nuotraukoje.

Kiekvienas iš šešių IGBT yra prijungtas antilygiagrečia grandine prie savo atvirkštinės srovės diodo. Šiuo atveju indukcinio variklio aktyvioji srovė eina per kiekvieno tranzistoriaus maitinimo grandinę, o jo reaktyvioji dalis nukreipiama per diodus.

Siekiant pašalinti išorinio elektrinio triukšmo įtaką keitiklio ir variklio darbui, dažnio keitiklio grandinė gali apimti triukšmo mažinimo filtraslikvidavimas:

• radijo trukdžiai;

• elektros iškrovos, kurias sukelia veikiančios įrangos.

Tai signalizuoja valdiklis, o tarp variklio ir keitiklio išvesties gnybtų naudojami ekranuoti laidai, kad būtų sumažintas smūgis.

Siekiant pagerinti asinchroninių variklių veikimo tikslumą, dažnio keitiklių valdymo grandinė apima:

• komunikacijos įvestis su pažangiomis sąsajos galimybėmis;

• įmontuotas valdiklis;

• atminties kortelė;

• programinė įranga;

• informacinis LED ekranas, rodantis pagrindinius išvesties parametrus;

• stabdžių smulkintuvas ir įmontuotas EMC filtras;

• grandinės aušinimo sistema, pagrįsta pūtimu su padidinto resurso ventiliatoriais;

• variklio šildymo nuolatine srove funkcija ir kai kurios kitos galimybės.

Veikimo laidų schemos

Dažnio keitikliai skirti dirbti su vienfaziais arba trifaziais tinklais. Tačiau jei yra pramoninių nuolatinės srovės šaltinių, kurių įtampa yra 220 voltų, keitikliai gali būti maitinami iš jų.

Trifaziai modeliai yra skirti 380 voltų tinklo įtampai ir tiekia ją į elektros variklį. Vienfaziai keitikliai maitinami 220 voltų įtampa ir išveda tris fazes, paskirstytas laikui bėgant.

Dažnio keitiklio prijungimo prie variklio schemą galima atlikti pagal schemas:

• žvaigždės;

• trikampis.

Variklio apvijos surenkamos į keitiklio „žvaigždę“, maitinamą trifaziu 380 voltų tinklu.

Pagal „trikampio“ schemą variklio apvijos surenkamos, kai galios keitiklis yra prijungtas prie vienfazio 220 voltų tinklo.

Renkantis elektros variklio prijungimo prie dažnio keitiklio būdą, reikia atkreipti dėmesį į galios santykį, kurį veikiantis variklis gali sukurti visais režimais, įskaitant lėtą, apkrautą paleidimą, su keitiklio galimybėmis.

Neįmanoma nuolat perkrauti dažnio keitiklio, o nedidelis jo išėjimo galios rezervas užtikrins ilgalaikį ir be problemų veikimą.