Convertidor de freqüència per a motor elèctric
Aspectes tècnics de l'ús de convertidors de freqüència
Avui en dia, el motor d'inducció s'ha convertit en el dispositiu principal en la majoria d'accionaments elèctrics. Cada cop s'utilitza un convertidor de freqüència per al control: un inversor amb regulació PWM. Aquest control ofereix molts avantatges, però també crea alguns problemes a l'hora d'escollir certes solucions tècniques. Intentem entendre'ls amb més detall.
El dispositiu dels convertidors de freqüència
El desenvolupament i la producció d'una àmplia gamma de potents mòduls IGBT de transistors d'alta tensió va permetre implementar interruptors d'alimentació multifàsics controlats directament per senyals digitals. Les instal·lacions de computació programables van permetre generar seqüències numèriques a les entrades de l'interruptor que proporcionaven senyals control de freqüència de motors elèctrics asíncrons… El desenvolupament i la producció massiva de microcontroladors d'un sol xip amb grans recursos informàtics van fer possible la transició a servoaccionaments amb controladors digitals.
Els convertidors de freqüència de potència, per regla general, s'implementen d'acord amb un esquema que conté un rectificador basat en potents díodes o transistors de potència i un inversor (interruptor controlat) basat en transistors IGBT desviats per díodes (Fig. 1).
Arròs. 1. Circuit convertidor de freqüència
L'etapa d'entrada rectifica la tensió de xarxa sinusoïdal subministrada, la qual, després de suavitzar amb un filtre inductiu-capacitiu, serveix com a font d'alimentació per a l'inversor controlat, que genera un senyal amb modulació de pols, que genera corrents sinusoïdals als bobinats de l'estator amb paràmetres que proporcionen el mode de funcionament necessari del motor elèctric.
El control digital del convertidor de potència es realitza mitjançant el maquinari i el programari del microprocessador corresponents a les tasques a realitzar. La unitat informàtica genera senyals de control per a 52 mòduls en temps real i també processa senyals dels sistemes de mesura que controlen el funcionament del variador.
Les fonts d'alimentació i els ordinadors de control es combinen en un producte industrial de disseny estructural anomenat convertidor de freqüència.
Hi ha dos tipus principals de convertidors de freqüència utilitzats en equips industrials:
-
convertidors propietaris per a tipus específics d'equips.
-
Els convertidors de freqüència universals estan dissenyats per al control multifuncional del funcionament AM en modes definits per l'usuari.
La configuració i gestió dels modes de funcionament del convertidor de freqüència es pot fer mitjançant el panell de control equipat amb una pantalla per indicar la informació introduïda.Per a un control de freqüència escalar senzill, podeu utilitzar un conjunt de funcions lògiques senzilles disponibles a la configuració de fàbrica del controlador i al controlador PID integrat.
Per implementar modes de control més complexos mitjançant senyals del sensor de retroalimentació, és necessari desenvolupar una estructura ACS i un algorisme que es programarà mitjançant un ordinador extern connectat.
La majoria dels fabricants produeixen una gamma de convertidors de freqüència que difereixen en característiques elèctriques d'entrada i sortida, potència, disseny i altres paràmetres. Es poden utilitzar elements externs addicionals per connectar-se a equips externs (xarxa elèctrica, motor): arrencadors magnètics, transformadors, bobines.
Tipus de senyals de control
Cal distingir entre els diferents tipus de senyals i utilitzar un cable separat per a cadascun. Els diferents tipus de senyals es poden influir mútuament. A la pràctica, aquesta separació és habitual, per exemple un cable de sensor de pressió es pot connectar directament al convertidor de freqüència.
A la fig. 2 mostra la manera recomanada de connectar el convertidor de freqüència en presència de diversos circuits i senyals de control.
Arròs. 2. Un exemple de connexió dels circuits de potència i dels circuits de control del convertidor de freqüència
Es poden distingir els següents tipus de senyals:
-
analògics: senyals de tensió o corrent (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), el valor dels quals canvia lentament o rarament, normalment es tracta de senyals de control o mesura;
-
senyals discrets de tensió o corrent (0 ... 10 V, 0/4 ... 20 mA), que només poden prendre dos valors que rarament canvien (alt o baix);
-
digital (dades) — senyals de tensió (0 … 5 V, 0 … 10 V) que canvien ràpidament i amb una alta freqüència, normalment es tracta de senyals dels ports RS232, RS485, etc.;
-
relé: els contactes del relé (0 … 220 V AC) poden incloure corrents inductius en funció de la càrrega connectada (relés externs, llums, vàlvules, frens, etc.).
Selecció de potència del convertidor de freqüència
Els dispositius reals tenen molts aspectes que poden provocar que la càrrega actual del dispositiu augmenti, per exemple durant l'inici. En principi, l'ús d'un variador de freqüència permet reduir les càrregues actuals i mecàniques a causa de l'arrencada suau. Per exemple, el corrent d'arrencada es redueix del 600% al 100-150% del corrent nominal.
Condueix a velocitat reduïda
Cal recordar que tot i que el convertidor de freqüència proporciona fàcilment una regulació de velocitat 10: 1 quan el motor funciona a velocitats baixes, la potència del seu propi ventilador pot no ser suficient. Controleu la temperatura del motor i proporcioneu ventilació forçada.
Compatibilitat electromagnètica
S'alimenta amb un generador d'emergència
L'arrencada suau que proporciona el convertidor de freqüència permet reduir la potència requerida del generador. Com que amb aquest inici el corrent disminueix 4-6 vegades, la potència del generador es pot reduir un nombre similar de vegades. Però encara s'ha d'instal·lar un contactor entre el generador i el variador, controlat per la sortida de relé del variador de freqüència. Això protegeix el convertidor de freqüència de sobretensions perilloses.
Subministrament d'un convertidor trifàsic des d'una xarxa monofàsica
Els convertidors de freqüència trifàsics es poden alimentar des d'una xarxa monofàsica, però el seu corrent de sortida no ha de superar el 50% de la nominal.
Estalvia energia i diners
L'estalvi prové de diversos motius: primer, pel creixement cosinus phi a valors de 0,98, és a dir. la màxima potència s'utilitza per fer treballs útils, la mínima es malgasta. En segon lloc, s'obté un coeficient proper a aquest en tots els modes de funcionament del motor.
Sense un convertidor de freqüència, els motors asíncrons a baixa càrrega tenen un cosinus phi de 0,3-0,4. En tercer lloc, no cal fer ajustos mecànics addicionals (amortidors, acceleradors, vàlvules, frens, etc.), tot es fa electrònicament. Amb aquest dispositiu de control, l'estalvi pot arribar al 50%.
Sincronitza diversos dispositius
Protecció de xarxa contra harmònics superiors
Per a una protecció addicional, a més de cables blindats curts, s'utilitzen bobines de línia i condensadors de bypass. Aceleradora més, limita el corrent d'entrada quan està encès.
Escollir la classe de protecció adequada
La dissipació de calor fiable és essencial per al bon funcionament del convertidor de freqüència. Si s'utilitzen classes de protecció altes, per exemple IP 54 i superiors, és difícil o costós aconseguir aquesta dissipació de calor. Per tant, és possible utilitzar un armari separat amb un alt grau de protecció, on es poden instal·lar mòduls de classe inferior i es pot dur a terme una ventilació i refrigeració generals.
Connexió en paral·lel de motors elèctrics a un convertidor de freqüència
Per reduir costos, es pot utilitzar un convertidor de freqüència per controlar diversos motors elèctrics. La seva potència s'ha de seleccionar amb un marge del 10-15% de la potència total de tots els motors elèctrics. En fer-ho, és necessari minimitzar la longitud dels cables del motor i és molt desitjable instal·lar una bobina de motor.
La majoria dels convertidors de freqüència no permeten apagar o connectar motors mitjançant contactors mentre el convertidor de freqüència està en marxa. Això només es fa mitjançant l'ordre d'aturada del dispositiu.
Configuració de la funció de control
Per aconseguir el màxim rendiment de l'accionament elèctric, com ara: factor de potència, eficiència, capacitat de sobrecàrrega, suavitat de regulació, durabilitat, cal triar correctament la relació entre el canvi en la freqüència de funcionament i la tensió de sortida de la freqüència. convertidor.
La funció de canvi de tensió depèn del caràcter de parell de la càrrega. A parell constant, la tensió de l'estator del motor s'ha de controlar en proporció a la freqüència (control escalar U / F = const). Per a un ventilador, per exemple, una altra relació és U / F * F = const. Si augmentem la freqüència en 2 vegades, la tensió hauria d'augmentar en 4 (control vectorial). Hi ha dispositius amb funcions de control més complexes.
Avantatges d'utilitzar un variador de velocitat amb un convertidor de freqüència
A més d'augmentar l'eficiència i estalviar energia, aquest tipus d'accionament elèctric permet obtenir noves qualitats de conducció. Això es reflecteix en el rebuig de dispositius mecànics addicionals que generen pèrdues i redueixen la fiabilitat dels sistemes: frens, amortidors, acceleradors, vàlvules, vàlvules de control, etc. El frenat, per exemple, es pot fer invertint el camp electromagnètic a l'estator del motor. En canviar només la relació funcional entre freqüència i tensió, obtenim una unitat diferent sense canviar res a la mecànica.
Lectura de la documentació
Cal tenir en compte que, tot i que els convertidors de freqüència són similars entre si i havent-ne dominat un, és fàcil tractar amb l'altre, però, cal llegir atentament la documentació. Alguns fabricants imposen restriccions a l'ús dels seus productes i si aquestes s'incompleixen, eliminen el producte de la garantia.
Et pot interessar: Accionament elèctric variable com a mitjà d'estalvi d'energia