Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza e i criteri per la sua selezione per l'utente

Una breve descrizione dello scopo, del principio di funzionamento e dei criteri per selezionare un convertitore di frequenza come dispositivo di controllo per un motore elettrico asincrono.

Motore ad induzione a gabbia di scoiattolo oggi è il dispositivo più massiccio e affidabile per il controllo di varie macchine e meccanismi. Ma ogni medaglia ha un rovescio della medaglia.

I due principali svantaggi del motore a induzione sono l'impossibilità di semplice controllo della velocità del rotore, molto grande corrente di avviamento — cinque, sette volte il nominale. Se vengono utilizzati solo dispositivi di controllo meccanici, questi svantaggi portano a grandi perdite di energia e carichi meccanici d'urto. Ciò ha un effetto estremamente negativo sulla durata dell'apparecchiatura.

Convertitore di frequenza

Come risultato della ricerca in questa direzione, è nata una nuova classe di dispositivi che consente di risolvere questi problemi non meccanicamente, ma elettronicamente.

Convertitore di frequenza con controllo dell'ampiezza dell'impulso (PE con PWM) riduce le correnti di spunto di 4-5 volte. Fornisce un avvio regolare del motore a induzione e controlla l'azionamento in base a un determinato rapporto tensione/frequenza.

Il convertitore di frequenza garantisce un risparmio energetico fino al 50%. Diventa possibile consentire il feedback tra dispositivi vicini, ad es. attrezzature autoregolanti per il compito e modifica delle condizioni operative dell'intero sistema.

Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza

Il convertitore di frequenza PWM è inverter a doppia conversione… Prima la tensione di rete 220 o 380 V viene raddrizzata dal ponte a diodi di ingresso, quindi viene livellata e filtrata mediante condensatori.

Questa è la prima fase della trasformazione. Nella seconda fase, dalla tensione costante, utilizzando microcircuiti di controllo e un ponte di uscita Interruttori IGBT, si forma una sequenza PWM con una certa frequenza e duty cycle. All'uscita del convertitore di frequenza vengono emessi pacchetti di impulsi rettangolari, ma a causa dell'induttanza degli avvolgimenti dello statore del motore asincrono, vengono integrati e infine si trasformano in una tensione vicina a una sinusoide.

Caratteristiche meccaniche di un motore elettrico asincrono con regolazione della frequenza della velocità: a - schema di collegamento; b - caratteristiche per un carico con momento resistente statico costante; c — caratteristiche di carico del ventilatore; d - caratteristiche della coppia di carico statico, inversamente proporzionale alla velocità angolare di rotazione.

Un circuito tipico per l'accensione di un convertitore di frequenza Un esempio di collegamento di linee elettriche (cavi) in un circuito convertitore di frequenza

Criteri per la selezione dei convertitori di frequenza

Selezione delle caratteristiche Ogni produttore cerca di ottenere un vantaggio competitivo sul mercato. La prima regola empirica per aumentare le vendite è un prezzo basso. Pertanto, il produttore si impegna a includere solo le funzioni necessarie nel suo prodotto. E il resto è offerto come opzioni. Prima di acquistare un convertitore di frequenza, decidi di quali caratteristiche hai bisogno. Vale la pena scegliere il dispositivo che ha la maggior parte delle funzioni necessarie nella versione base.

Con il metodo di controllo

Scartare immediatamente quei convertitori che non sono adatti in termini di potenza, tipo di prestazione, capacità di sovraccarico, ecc. In base al tipo di gestione devi decidere cosa scegliere, controllo scalare o vettoriale.

La maggior parte dei convertitori di frequenza moderni implementa il controllo vettoriale, ma tali convertitori di frequenza sono più costosi dei convertitori di frequenza scalari.

Il controllo vettoriale consente un controllo più preciso riducendo l'errore statico. La modalità scalare supporta solo un rapporto costante tra la tensione di uscita e la frequenza di uscita, ma per le ventole, ad esempio, questo è abbastanza sufficiente.

Sin dal suo inizio, il controllo vettoriale è diventato una strategia di controllo estremamente popolare per i motori a induzione. Attualmente, la maggior parte dei convertitori di frequenza implementa il controllo vettoriale o anche il controllo vettoriale sensorless (questa tendenza si riscontra nei convertitori di frequenza che originariamente implementano il controllo scalare e non dispongono di terminali per il collegamento di un sensore di velocità).

Il principio di base del controllo vettoriale consiste nella regolazione indipendente e separata della corrente di magnetizzazione del motore e della corrente in quadratura, alla quale è proporzionale la coppia meccanica dell'albero. La corrente di magnetizzazione determina il valore del collegamento a flusso zero del rotore e viene mantenuta costante.

Quando la velocità si stabilizza, il setpoint di corrente in quadratura viene generato utilizzando un controller PI separato il cui ingresso è la discrepanza tra la velocità del motore desiderata e quella misurata. Pertanto, la corrente in quadratura è sempre impostata al livello minimo in modo da fornire una coppia meccanica sufficiente per mantenere la velocità impostata. Pertanto, il controllo vettoriale ha un'elevata efficienza energetica.

Attraverso il potere

Se la potenza dell'apparecchiatura è approssimativamente la stessa, scegliere convertitori della stessa azienda con una capacità in base alla potenza del carico massimo. Ciò garantirà l'intercambiabilità e semplificherà la manutenzione delle apparecchiature. Si raccomanda che il centro di assistenza del convertitore di frequenza selezionato sia nella propria città.

Tramite tensione di rete

Scegli sempre un convertitore con il più ampio intervallo di tensione possibile, sia verso il basso che verso l'alto. Il fatto è che per le reti locali, la stessa parola standard può solo far ridere tra le lacrime. Se molto probabilmente la bassa tensione causerà l'arresto del convertitore di frequenza, allora l'aumento della tensione può causare l'esplosione dei condensatori elettrolitici di rete e il guasto dell'ingresso del dispositivo.

Per gamma di regolazione della frequenza

Il limite superiore per la regolazione della frequenza è importante quando si utilizzano motori con frequenze operative nominali elevate, come le molatrici (1000 Hz o più).Assicurati che la gamma di frequenza sia adatta alle tue esigenze. Il limite inferiore definisce l'intervallo di controllo della velocità dell'azionamento. Lo standard è 1:10. Se hai bisogno di una gamma più ampia, scegli solo il controllo vettoriale, chiedi al produttore i parametri dell'azionamento. Anche il limite dichiarato di 0 Hz non garantisce un funzionamento stabile dell'azionamento.

In base al numero di ingressi di controllo

Gli ingressi discreti sono necessari per immettere i comandi di controllo (avvio, arresto, inversione, arresto, ecc.). Gli ingressi analogici sono necessari per i segnali di feedback (impostazione e impostazione dell'azionamento durante il funzionamento). Gli ingressi digitali sono necessari per immettere segnali ad alta frequenza dai sensori digitali di velocità e posizione (codificatori). Il numero di ingressi non può mai essere troppo grande, ma maggiore è il numero di ingressi, più complesso può essere costruito il sistema e più costoso è.

Dal numero di segnali di uscita

Le uscite discrete vengono utilizzate per emettere segnali per vari eventi (allarme, surriscaldamento, tensione di ingresso sopra o sotto il livello, segnale di errore, ecc.). Le uscite analogiche vengono utilizzate per costruire complessi sistemi di feedback. Le raccomandazioni per la selezione sono simili al paragrafo precedente.

Autobus di controllo

L'apparecchiatura con cui controllerai il convertitore di frequenza deve avere lo stesso bus e numero di ingressi/uscite del convertitore di frequenza selezionato. Lascia un po' di spazio per ingressi e uscite per aggiornamenti futuri.

Sotto garanzia

Il periodo di garanzia consente indirettamente di valutare l'affidabilità del convertitore di frequenza. Naturalmente, dovresti scegliere un convertitore di frequenza con un piano a lungo termine.Alcuni produttori prevedono specificamente casi di danni non coperti dalla garanzia. Leggere sempre attentamente la documentazione e cercare online recensioni di modelli e produttori di apparecchiature. Questo ti aiuterà a fare la scelta giusta. Non risparmiare denaro per un servizio di qualità e la formazione del personale.

Convertitore di frequenza sul cavalletto

Capacità di sovraccarico

In prima approssimazione, la potenza del convertitore di frequenza dovrebbe essere selezionata del 10-15% in più rispetto alla potenza del motore. La corrente del convertitore dovrebbe essere superiore alla corrente nominale del motore e leggermente superiore alla corrente di eventuali sovraccarichi.

Nella descrizione di un particolare meccanismo, vengono solitamente indicate le correnti di sovraccarico e la durata del loro flusso. Leggi la documentazione! Questo ti farà divertire e possibilmente prevenire danni alle apparecchiature in futuro. Se l'azionamento è caratterizzato anche da carichi d'urto (picco) (carichi per 2-3 secondi), è necessario scegliere un convertitore per la corrente di picco. Prendi di nuovo il 10% di margine.
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