Konverter frekuensi untuk motor listrik

Aspek teknis penggunaan konverter frekuensi

Saat ini, motor induksi telah menjadi perangkat utama di sebagian besar penggerak listrik. Konverter frekuensi semakin banyak digunakan untuk kontrol - inverter dengan regulasi PWM. Kontrol semacam itu memberikan banyak keuntungan, tetapi juga menimbulkan beberapa masalah saat memilih solusi teknis tertentu. Mari kita coba memahaminya lebih detail.

Perangkat konverter frekuensi

Pengembangan dan produksi berbagai modul IGBT transistor tegangan tinggi yang kuat memungkinkan penerapan sakelar daya multifase yang dikendalikan langsung oleh sinyal digital. Fasilitas komputasi yang dapat diprogram memungkinkan untuk menghasilkan urutan numerik pada input sakelar yang menyediakan sinyal kontrol frekuensi motor listrik asinkron… Pengembangan dan produksi massal mikrokontroler chip tunggal dengan sumber daya komputasi yang besar memungkinkan transisi ke drive servo dengan pengontrol digital.

Konverter frekuensi daya, sebagai aturan, diimplementasikan sesuai dengan skema yang berisi penyearah berdasarkan dioda yang kuat atau transistor daya dan inverter (sakelar terkontrol) berdasarkan transistor IGBT yang dihalangi oleh dioda (Gbr. 1).

Beras. 1. Rangkaian konverter frekuensi

Tahap input memperbaiki tegangan jaringan sinusoidal yang disediakan, yang setelah dihaluskan dengan filter kapasitif induktif, berfungsi sebagai sumber daya untuk inverter terkontrol, yang menghasilkan sinyal dengan modulasi pulsa, yang menghasilkan arus sinusoidal pada belitan stator dengan parameter yang menyediakan mode operasi motor listrik yang diperlukan.

Kontrol digital konverter daya dilakukan menggunakan perangkat keras dan perangkat lunak mikroprosesor yang sesuai dengan tugas yang ada. Unit komputasi menghasilkan sinyal kontrol untuk 52 modul secara real time dan juga memproses sinyal dari sistem pengukuran yang mengontrol pengoperasian drive.

Catu daya dan komputer kontrol digabungkan dalam produk industri yang dirancang secara struktural yang disebut konverter frekuensi.

Ada dua jenis utama konverter frekuensi yang digunakan dalam peralatan industri:

• konverter berpemilik untuk jenis peralatan tertentu.

• konverter frekuensi universal dirancang untuk kontrol multifungsi operasi AM dalam mode yang ditentukan pengguna.

Pengaturan dan pengaturan mode pengoperasian konverter frekuensi dapat dilakukan dengan menggunakan panel kontrol yang dilengkapi dengan layar untuk menunjukkan informasi yang dimasukkan.Untuk kontrol frekuensi skalar sederhana, Anda dapat menggunakan sekumpulan fungsi logika sederhana yang tersedia di pengaturan pabrik pengontrol dan pengontrol PID bawaan.

Untuk mengimplementasikan mode kontrol yang lebih kompleks menggunakan sinyal sensor umpan balik, perlu dikembangkan struktur ACS dan algoritma yang akan diprogram menggunakan komputer eksternal yang terhubung.

Sebagian besar pabrikan memproduksi rangkaian konverter frekuensi yang berbeda dalam karakteristik kelistrikan input dan output, daya, desain, dan parameter lainnya. Elemen eksternal tambahan dapat digunakan untuk menghubungkan ke peralatan eksternal (listrik, motor): starter magnet, trafo, choke.

Jenis sinyal kontrol

Penting untuk membedakan antara berbagai jenis sinyal dan menggunakan kabel terpisah untuk masing-masingnya. Berbagai jenis sinyal dapat saling mempengaruhi. Dalam praktiknya, pemisahan ini biasa terjadi, misalnya kabel dari sensor tekanan dapat dihubungkan langsung ke konverter frekuensi.

Dalam gambar. 2 menunjukkan cara yang disarankan untuk menyambungkan konverter frekuensi dengan adanya berbagai sirkuit dan sinyal kontrol.

Beras. 2. Contoh penyambungan sirkuit daya dan sirkuit kontrol konverter frekuensi

Jenis sinyal berikut dapat dibedakan:

• sinyal analog - tegangan atau arus (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), yang nilainya berubah perlahan atau jarang, biasanya ini adalah sinyal kontrol atau pengukuran;

• sinyal tegangan atau arus diskrit (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), yang hanya dapat mengambil dua nilai yang jarang berubah (tinggi atau rendah);

• digital (data) — sinyal tegangan (0 … 5 V, 0 … 10 V) yang berubah dengan cepat dan dengan frekuensi tinggi, biasanya ini adalah sinyal dari port RS232, RS485, dll.;

• relai — kontak relai (0 … 220 V AC) dapat mencakup arus induktif tergantung pada beban yang terhubung (relai eksternal, lampu, katup, rem, dll.).

Pemilihan daya konverter frekuensi

Saat memilih daya konverter frekuensi, perlu mengandalkan tidak hanya pada daya motor listrik, tetapi juga pada arus nominal dan voltase konverter dan motor. Faktanya adalah bahwa daya yang ditentukan dari konverter frekuensi hanya mengacu pada operasinya dengan motor asinkron 4 kutub standar dalam aplikasi standar.

Perangkat nyata memiliki banyak aspek yang dapat menyebabkan beban saat ini pada perangkat meningkat, misalnya saat startup. Pada prinsipnya, penggunaan konverter frekuensi memungkinkan Anda mengurangi beban arus dan mekanis akibat soft start. Misalnya, arus awal dikurangi dari 600% menjadi 100-150% dari nilai arus.

Berkendara dengan kecepatan rendah

Perlu diingat bahwa meskipun konverter frekuensi dengan mudah menyediakan pengaturan kecepatan 10:1 saat motor berjalan pada kecepatan rendah, daya kipasnya sendiri mungkin tidak cukup. Pantau suhu mesin dan sediakan ventilasi paksa.

Kecocokan elektromagnetik

Karena konverter frekuensi adalah sumber harmonisa frekuensi tinggi yang kuat, kabel berpelindung dengan panjang minimum harus digunakan untuk menghubungkan motor. Kabel semacam itu harus diletakkan pada jarak minimal 100 mm dari kabel lain.Ini meminimalkan pemeriksaan silang. Jika kabel akan disilangkan, penyeberangan dilakukan dengan sudut 90 derajat.

Ini didukung oleh generator darurat

Soft start yang disediakan oleh konverter frekuensi memungkinkan untuk mengurangi daya yang diperlukan generator. Karena dengan start seperti itu, arus berkurang 4-6 kali lipat, maka daya generator dapat dikurangi dengan jumlah yang sama. Tetapi kontaktor masih harus dipasang di antara generator dan konverter, yang dikontrol oleh keluaran relai dari konverter frekuensi. Ini melindungi konverter frekuensi dari tegangan berlebih yang berbahaya.

Memasok konverter tiga fase dari jaringan satu fase

Konverter frekuensi tiga fasa dapat ditenagai dari jaringan satu fasa, tetapi arus keluarannya tidak boleh melebihi 50% dari arus pengenal.

Hemat energi dan uang

Penghematan datang dari beberapa alasan, pertama karena pertumbuhan cosinus phi ke nilai 0,98, mis. daya maksimum digunakan untuk melakukan pekerjaan yang bermanfaat, daya minimum terbuang sia-sia. Kedua, koefisien yang mendekati ini diperoleh di semua mode pengoperasian mesin.

Tanpa konverter frekuensi, motor asinkron pada beban rendah memiliki kosinus phi 0,3-0,4. Ketiga, tidak perlu penyetelan mekanis tambahan (peredam, throttle, katup, rem, dll.), Semuanya dilakukan secara elektronik. Dengan perangkat kontrol seperti itu, penghematan bisa mencapai 50%.

Sinkronkan beberapa perangkat

Karena input tambahan untuk mengontrol konverter frekuensi, dimungkinkan untuk menyinkronkan proses konveyor atau mengatur rasio perubahan dalam beberapa nilai, bergantung pada yang lain.Misalnya, untuk membuat kecepatan spindel mesin bergantung pada laju pengumpanan pemotong. Proses akan lebih optimal karena dengan bertambahnya beban cutter maka feed akan berkurang dan sebaliknya.

Perlindungan jaringan terhadap harmonik yang lebih tinggi

Untuk perlindungan tambahan, selain kabel berpelindung pendek, digunakan line choke dan kapasitor bypass. Mencekikselain itu, ini membatasi arus lonjakan saat dinyalakan.

Memilih kelas perlindungan yang tepat

Pembuangan panas yang andal sangat penting untuk kelancaran pengoperasian konverter frekuensi. Jika kelas proteksi tinggi digunakan, misalnya IP 54 dan lebih tinggi, sulit atau mahal untuk mencapai pembuangan panas seperti itu. Oleh karena itu, dimungkinkan untuk menggunakan kabinet terpisah dengan tingkat perlindungan yang tinggi, di mana modul kelas bawah dapat dipasang dan ventilasi serta pendinginan umum dapat dilakukan.

Koneksi paralel motor listrik ke satu konverter frekuensi

Untuk mengurangi biaya, satu konverter frekuensi dapat digunakan untuk mengendalikan beberapa motor listrik. Tenaganya harus dipilih dengan margin 10-15% dari total tenaga semua motor listrik. Dalam melakukannya, panjang kabel motor perlu diminimalkan dan sangat disarankan untuk memasang choke motor.

Sebagian besar konverter frekuensi tidak mengizinkan motor untuk dimatikan atau dihubungkan melalui kontaktor saat konverter frekuensi berjalan. Ini dilakukan hanya melalui perintah stop pada perangkat.

Pengaturan fungsi kontrol

Untuk mencapai kinerja maksimum penggerak listrik, seperti: faktor daya, efisiensi, kapasitas beban berlebih, kelancaran pengaturan, daya tahan, perlu memilih rasio yang tepat antara perubahan frekuensi operasi dan tegangan keluaran frekuensi konverter.

Fungsi perubahan tegangan tergantung pada karakter torsi beban. Pada torsi konstan, tegangan stator motor harus dikontrol secara proporsional dengan frekuensi (kontrol skalar U/F = const). Untuk kipas, misalnya, rasio lainnya adalah U / F * F = const. Jika kita menambah frekuensi sebanyak 2 kali, maka voltase harus naik sebanyak 4 (kontrol vektor). Ada perangkat dengan fungsi kontrol yang lebih kompleks.

Keuntungan menggunakan penggerak kecepatan variabel dengan konverter frekuensi

Selain meningkatkan efisiensi dan menghemat energi, penggerak elektrik semacam itu memungkinkan Anda mendapatkan kualitas berkendara yang baru. Hal ini tercermin dari penolakan perangkat mekanis tambahan yang menimbulkan kerugian dan mengurangi keandalan sistem: rem, peredam kejut, throttle, katup, katup kontrol, dll. Pengereman, misalnya, bisa dilakukan dengan membalikkan medan elektromagnetik di stator motor. Dengan hanya mengubah hubungan fungsional antara frekuensi dan voltase, kami mendapatkan drive yang berbeda tanpa mengubah apa pun dalam mekanika.

Membaca dokumentasi

Perlu dicatat bahwa meskipun konverter frekuensi mirip satu sama lain, dan setelah menguasai satu, mudah untuk berurusan dengan yang lain, namun perlu membaca dokumentasi dengan cermat. Beberapa produsen memberlakukan batasan pada penggunaan produk mereka dan jika ini dilanggar, mereka menghapus produk dari garansi.

Anda mungkin tertarik pada: Penggerak listrik variabel sebagai sarana penghematan energi