VFD juhtimine võimaldab spetsiaalse muunduri abil paindlikult muuta elektrimootori töörežiime: käivitada, peatada, kiirendada, pidurdada, muuta pöörlemiskiirust.
Toitepinge sageduse muutmine toob kaasa muutuse staatori magnetvälja nurkkiiruses. Kui sagedus väheneb, siis mootori kiirus väheneb ja libisemine suureneb.
Ajami sagedusmuunduri tööpõhimõte
Asünkroonsete mootorite peamine puudus on kiiruse reguleerimise keerukus traditsioonilisel viisil: toitepinget muutes ja mähisahelasse lisatakistusi sisestades. Täiuslikum on elektrimootori sagedusajam. Kuni viimase ajani olid muundurid kallid, kuid IGBT-transistoride ja mikroprotsessorite juhtimissüsteemide tulek võimaldas välismaistel tootjatel luua taskukohaseid seadmeid. Enamikstaatilised sagedusmuundurid on nüüd täiuslikud.
Staatori magnetvälja nurkkiirus ω0 muutub võrdeliselt sagedusega ƒ1 vastav alt valemile:
ω0=2π׃1/p, kus p on pooluste paaride arv.
Meetod tagab sujuva kiiruse juhtimise. Sel juhul mootori libisemiskiirus ei suurene.
Mootori kõrge energiatõhususe saamiseks – kasutegur, võimsustegur ja ülekoormusvõime koos sagedusega muutke toitepinget vastav alt teatud sõltuvustele:
- konstantse koormuse pöördemoment – U1/ ƒ1=const;
- koormusmomendi ventilaatori iseloom - U1/ ƒ12=const;
- Koormusmoment pöördvõrdeline kiirusega - U1/√ ƒ1=konst.
Neid funktsioone rakendatakse muunduri abil, mis muudab samaaegselt mootori staatori sagedust ja pinget. Elektrienergiat säästetakse reguleerimisel, kasutades vajalikku tehnoloogilist parameetrit: pumba rõhk, ventilaatori jõudlus, masina etteande kiirus jne. Sel juhul muutuvad parameetrid sujuv alt.
Asünkroonsete ja sünkroonsete elektrimootorite sageduse juhtimise meetodid
Sagedusjuhitavas ajamis, mis põhineb asünkroonsetel mootoritel, millel on oravpuuriga rootor, kasutatakse kahte juhtimismeetodit – skalaari ja vektorit. Esimesel juhul muutuvad need samaaegselttoitepinge amplituud ja sagedus.
See on vajalik mootori jõudluse säilitamiseks, enamasti selle maksimaalse pöördemomendi ja võlli takistusmomendi konstantse suhte säilitamiseks. Selle tulemusel jääb efektiivsus ja võimsustegur muutumatuks kogu pöörlemisvahemikus.
Vektorregulatsioon seisneb staatori voolu amplituudi ja faasi samaaegses muutmises.
Sünkroonmootori sagedusajam töötab ainult väikestel koormustel, mille kasvamisel üle lubatud väärtuste võib sünkroonsus katkeda.
Sagedusajami eelised
Sageduse juhtimisel on teiste meetodite ees terve rida eeliseid.
- Mootori ja tootmisprotsesside automatiseerimine.
- Pehme käivitus, mis välistab tüüpilised vead, mis tekivad mootori kiirendamisel. Sagedusajami ja seadmete töökindluse parandamine, vähendades ülekoormust.
- Parandage üldist ajami ökonoomsust ja jõudlust.
- Elektrimootori konstantse pöörete arvu loomine olenemata koormuse iseloomust, mis on oluline siirete ajal. Tagasiside kasutamine võimaldab säilitada konstantset mootori kiirust erinevate häirivate mõjude korral, eriti muutuva koormuse korral.
- Konverterid on hõlpsasti integreeritavad olemasolevatesse tehnilistesse süsteemidesse ilma oluliste muudatusteta ja tehnoloogiliste protsesside seiskumiseta. Võimsusvahemik on suur, kuid nende suurenemisegahinnad tõusevad oluliselt.
- Võimalus loobuda variaatoritest, käigukastidest, gaasipedaalidest ja muudest juhtimisseadmetest või laiendada nende kasutusala. Selle tulemuseks on märkimisväärne energiasääst.
- Siirdetegurite kahjulike mõjude kõrvaldamine protsessiseadmetele, nagu veehaamer või suurenenud vedeliku rõhk torustikes, vähendades samal ajal selle tarbimist öösel.
Puudused
Nagu kõik inverterid, on ka chastotniki häirete allikad. Nad peavad installima filtrid.
Brändide hind on kõrge. See suureneb oluliselt seadmete võimsuse suurenemisega.
Vedelike transportimise sageduse reguleerimine
Rajatistes, kus pumbatakse vett ja muid vedelikke, toimub voolu reguleerimine enamasti siibri ja ventiilide abil. Praegu on paljutõotav suund pumba või ventilaatori sagedusajami kasutamine, mis paneb nende labad liikuma.
Sagedusmuunduri kasutamine drosselklapi alternatiivina annab kuni 75% energiasäästuefekti. Ventiil, mis takistab vedeliku voolu, ei tee kasulikku tööd. Samal ajal suureneb energia ja aine kadu selle transportimiseks.
Sagedusajam võimaldab hoida tarbijal pidevat rõhku vedeliku voolu muutumisel. Rõhuandurilt saadetakse ajamile signaal, mis muudab mootori pöörete arvu ja seeläbi reguleerib sedapöördeid, säilitades seatud voolukiiruse.
Pumbaseadmeid juhitakse nende jõudlust muutes. Pumba võimsustarve on kuupmeetris sõltuvuses ratta jõudlusest või pöörlemiskiirusest. Kui kiirust vähendada 2 korda, väheneb pumba jõudlus 8 korda. Päevase veetarbimise ajakava olemasolu võimaldab teil määrata selle perioodi energiasäästu, kui juhite sagedusajamit. Tänu sellele on võimalik pumbajaama automatiseerida ja seeläbi optimeerida veesurvet võrkudes.
Ventilatsiooni- ja kliimaseadmete kasutamine
Maksimaalne õhuvool ventilatsioonisüsteemides ei ole alati vajalik. Töötingimused võivad nõuda jõudluse vähendamist. Traditsiooniliselt kasutatakse selleks gaasipedaali, kui ratta pöörlemiskiirus jääb konstantseks. Õhuvoolu kiirust on mugavam muuta tänu sagedusjuhitavale ajamile, kui muutuvad hooajalised ja kliimatingimused, soojuse, niiskuse, aurude ja kahjulike gaaside eraldumine.
Ventilatsiooni- ja kliimaseadmetes saavutatakse energiasääst mitte vähem kui pumbajaamades, kuna võlli pöörlemise võimsustarve on kuupmeetris sõltuvuses pööretest.
Sagedusmuunduri seade
Kaasaegne sagedusajam on paigutatud topeltmuunduri skeemi järgi. See koosneb alaldist ja impulssmuundurist koos juhtimissüsteemiga.
Pärastvõrgupinget alaldades silutakse signaal filtri abil ja juhitakse kuue transistorlülitiga inverterisse, kus igaüks neist on ühendatud asünkroonse elektrimootori staatorimähistega. Seade muudab alaldatud signaali vajaliku sageduse ja amplituudiga kolmefaasiliseks signaaliks. Väljundastmete võimsusega IGBT-d on kõrge lülitussagedusega ja tagavad terava, moonutusteta ruutlaine. Mootori mähiste filtreerimisomaduste tõttu jääb voolukõvera kuju nende väljundis sinusoidseks.
Signaali amplituudi reguleerimise meetodid
Väljundpinget reguleeritakse kahel viisil:
- Amplituud – pinge väärtuse muutus.
- Impulsi laiuse modulatsioon on impulsssignaali teisendamise meetod, mille puhul selle kestus muutub, kuid sagedus jääb muutumatuks. Siin sõltub võimsus impulsi laiusest.
Teist meetodit kasutatakse kõige sagedamini seoses mikroprotsessortehnoloogia arendamisega. Kaasaegsed inverterid on valmistatud kas GTO või IGBT väljalülitustransistorite abil.
Konverterite võimekus ja rakendus
Sagedusajamil on palju võimalusi.
- Reguleerige kolmefaasilise toitepinge sagedust nullist 400 Hz-ni.
- Elektrimootori kiirendamine või aeglustamine alates 0,01 sek. kuni 50 min. etteantud ajaseaduse järgi (tavaliselt lineaarne). Kiirenduse ajal on võimalik mitte ainult dünaamiliste ja käivitusmomentide vähenemine, vaid ka kuni 150% suurenemine.
- Mootori tagurdamine soovitud pidurdus- ja kiirendusrežiimidegakiirus teises suunas.
- Inverteritel on konfigureeritav elektrooniline kaitse lühiste, ülekoormuste, maanduslekke ja avatud mootori elektriliinide eest.
- Muundurite digitaalsed ekraanid kuvavad andmeid nende parameetrite kohta: sagedus, toitepinge, kiirus, vool jne.
- V/f karakteristikud häälestatakse muundurites sõltuv alt sellest, millist mootorikoormust on vaja. Nendel põhinevate juhtimissüsteemide funktsioonid tagavad sisseehitatud kontrollerid.
- Madalate sageduste puhul on oluline kasutada vektorjuhtimist, mis võimaldab töötada mootori täispöördemomendiga, säilitada konstantset kiirust koormuse muutumisel ja juhtida võlli pöördemomenti. Muutuva sagedusega ajam töötab hästi mootori passi andmete õigel sisestamisel ja pärast edukat testimist. Tuntud tooted firmadelt HYUNDAI, Sanyu jne.
Konverterite kasutusvaldkonnad on järgmised:
- pumbad sooja ja külma vee ja soojusvarustussüsteemides;
- rikastajate läga-, liiva- ja lägapumbad;
- transpordisüsteemid: konveierid, rulllauad ja muud vahendid;
- segistid, veskid, purustid, ekstruuderid, dosaatorid, sööturid;
- tsentrifuugid;
- liftid;
- metallurgiaseadmed;
- puurimisseadmed;
- tööpinkide elektriajamid;
- ekskavaatori- ja kraanaseadmed, manipulaatorimehhanismid.
Sagedusmuundurite tootjad, ülevaated
Kodumaine tootja on juba hakanud tootma kasutajatele kvaliteedi ja hinna poolest sobivaid tooteid. Eeliseks on võimalus kiiresti õige seade hankida, samuti üksikasjalikud nõuanded seadistamiseks.
Ettevõte "Effective Systems" toodab seeriatooteid ja seadmete katsepartiisid. Tooteid kasutatakse koduseks kasutamiseks, väikeettevõtluses ja tööstuses. Vesperi tootja toodab seitset seeriat muundureid, mille hulgas on enamiku tööstuslike mehhanismide jaoks sobivaid multifunktsionaalseid muundureid.
Taani ettevõte Danfoss on tšastotnikovi tootmise liider. Selle tooteid kasutatakse ventilatsiooni-, kliima-, veevarustus- ja küttesüsteemides. Taani firmasse kuuluv Soome ettevõte Vacon toodab moodulkonstruktsioone, millest saab ilma tarbetute osadeta kokku panna vajalikud seadmed, mis säästab komponentide arvelt. Tuntud on ka rahvusvahelise kontserni ABB konverterid, mida kasutatakse tööstuses ja igapäevaelus.
Arvustuste põhjal otsustades saab odavaid kodumaiseid muundureid kasutada lihtsate tüüpiliste probleemide lahendamiseks, samas kui keerukad vajavad märksa rohkemate seadistustega kaubamärki.
Järeldus
Sagedusajam juhib elektrimootorit, muutes toitepinge sagedust ja amplituudi, kaitstes samal ajal tõrgete eest: ülekoormused, lühised, katkestused toitevõrgus. Sellised elektriajamid täidavad kolme põhifunktsiooni,seotud kiirenduse, aeglustuse ja mootori kiirusega. See parandab seadmete tõhusust paljudes tehnoloogiavaldkondades.
