Frekvenční měniče – typy, rozdíly a vlastnosti

Frekvenční měnič je elektrické zařízení pro úpravu frekvence střídavého napětí dodávaného do průmyslových elektrických zařízení. Průmyslové napětí je 50-60 Hz. Po převodu napětí je frekvence od 0.4 do 400 Hz. Toto jsou hodnoty, které jsou optimální pro použití v motorech.

Rotor jakéhokoli elektromotoru se otáčí, když je vystaven elektromagnetickému poli uvnitř vinutí statoru. Jeho rychlost je dána průmyslovou frekvencí elektrické sítě, která je obvykle 50 Hz. To znamená, že během jedné sekundy dojde k 50 periodám oscilace. Rotor se pod vlivem elektromagnetického pole otočí stejně mnohokrát. Změnou frekvence sítě aplikované na stator se reguluje rychlost otáčení rotoru a pohonu k němu připojeného. Takto se ovládají elektromotory.

Vyrábí se několik typů frekvenčních měničů. Každý má vlastnosti, které jsou brány v úvahu při výběru takového vybavení.

Zařízení pro řízení frekvence se používají téměř ve všech průmyslových odvětvích. Významná část veškeré elektřiny vyrobené na světě je posílána do elektromotorů a jejich provoz je řízen frekvenčními měniči.

Frekvenční generátory se používají v následujících systémech a zařízeních:

• Dopravníky;
• Jeřáby a výtahy;
• Vodní čerpadla a systémy na úpravu vody;
• Průmyslová zařízení;
• Fanoušci.

Ochranná funkce měničů

Kromě řídicích funkcí provádějí tato zařízení ochranné funkce, včetně:

— omezení proudu při spouštění, při nepřetržitém provozu, při zastavení a zkratu;

— ochrana proti přepětí a podpětí;

— regulace teploty motoru;

— ochrana chladiče před přehřátím;

— výstupní IGBT ochrana.

Typy frekvenčních měničů

Frekvenční měniče s přímou vazbou (elektrostroj, indukce).

Jejich hlavní součástí je usměrňovač na bázi tyristorů, který umožňuje přivádět energii do vinutí statoru v požadovaném pořadí. Zařízení generují frekvenci nižší, než je frekvence sítě, což zužuje možnosti provozu elektrických zařízení. Základem konstrukce je tranzistorový usměrňovač, ve kterém se tranzistory otevírají jeden po druhém. Proto jsou statorová vinutí připojena k síti jedno po druhém.

Nevýhody přímo vázaných frekvenčních měničů jsou následující:

— Mnoho odchylek spektra napětí od standardních 50 Hz. ve výstupním napětí. Z tohoto důvodu se výkon připojeného disku snižuje, přijímá další zatížení a zahřívá se.

— Zařízení umožňuje pouze snížit intenzitu otáčení připojeného elektromotoru, což omezuje jeho funkčnost.

— Praktické použití ukázalo, že účinnosti takového měniče dosahují pouze výkonné elektrické pohony.

Výhody těchto frekvenčních měničů:

• Funkce regenerace – při procesu brzdění může být část elektřiny vrácena do sítě.
• Frekvence se jednou převede, což zvyšuje celkovou účinnost zařízení.
• Zařízení jsou kombinována s jinými zařízeními pro zvýšení výkonu.
• Široký nízkofrekvenční rozsah.
• Převodník je kompatibilní s vysokonapěťovými obvody s napětím do 10 kW.
• Pracuje pod proudovým a napěťovým přetížením, odolává pulznímu přetížení.

Frekvenční měniče se stejnosměrným meziobvodem (elektronické, polovodičové).

Na rozdíl od měničů s přímou vazbou se algoritmus převodu dat měniče kmitočtu skládá ze dvou stupňů. Prvním stupněm je usměrnění, vyhlazování a filtrace síťového napětí, druhým jeho přenos do invertorové jednotky, kde je generován proud o požadované frekvenci a optimální amplitudě napětí. Funkci výkonových spínačů v tomto případě plní uzamykatelné tyristory nebo IGBT tranzistory. Nejčastěji se používá druhá možnost, protože tyristory mají složité konstrukce a jsou méně účinné a přesné.

Tyristor se aktivuje krátkým impulsem do řídicí elektrody. Převodník na bázi IGBT modulů rozšiřuje dostupné rozsahy otáček elektromotorů. Zařízení mohou pracovat při vysokých i nízkých rychlostech bez použití senzorů.

Výhody těchto frekvenčních měničů jsou:

• Frekvence výstupního napětí může být nižší nebo vyšší než síťová. To umožňuje nastavit rychlost otáčení elektrického pohonu v širokém rozsahu a použít měniče s libovolnými motory.
• Převodník vytváří výstupní napětí s dokonale čistou sinusovkou. což je velké plus při používání zařízení s velkým množstvím elektronických součástek.
• Převodníky jsou základem pro sestavování vícesložkových řídicích systémů, aby rychle reagovaly na měnící se charakteristiky připojeného zařízení a ladily jeho výkon a rychlost.
• Zařízení se používají na hlavních i záložních silových vedeních.
• Pokročilé řídicí algoritmy používané v zařízeních zajišťují interakci s libovolnými elektromotory, včetně těch ambiciózních, které vyžadují co nejpřesnější nastavení rychlosti a točivého momentu.
• Vysokorychlostní tranzistory spolu s mikroprocesory méně zahřívají vinutí.
• Vybaveno přepěťovou ochranou.

Tyto frekvence mají také nevýhody:

První je, že složitost konstrukce zvětšuje rozměry. Mezi části frekvenčního generátoru patří: vyhlazovací filtr, invertor pro rekuperaci elektrické energie, procesor, který zpracovává informace a další moduly.

Druhou nevýhodou je nižší účinnost oproti zařízením předchozího typu, což je spojeno s algoritmem dvojité konverze a s tím spojenými energetickými ztrátami.

Třetí je složitost výroby, která má za následek vysokou cenu oproti měničům s přímou spojkou.

Klasifikace podle účelu

1.Pro asynchronní elektromotory. Takové motory jsou nejběžnější v průmyslu a každodenním životě. Tyto pohony mají nevýhody, pro jejichž odstranění bylo vynalezeno převáděcí zařízení. Vhodný frekvenční regulátor zajistí plynulé řízení otáčení rotoru.

2.Pro fanoušky. Frekvenční měnič ve ventilačních systémech je velmi důležitý. Díl mění otáčky a frekvenci otáčení ventilátoru. Provoz zařízení je regulován přednastavenými parametry: teplota a vlhkost vzduchu, koncentrace cizích látek atd. Je možné nakonfigurovat automatické zapnutí/vypnutí systému.

3. Frekvenční měniče pro čerpadlo. Hlavní částí čerpadel je elektromotor; průtok kapaliny je řízen frekvenčními měniči. Zařízení lze používat ve spojení s čerpadlem i s elektromotory. Tím se prodlouží doba provozu čerpacího zařízení.

Jiné typy klasifikace převodníků

Síťová fáze. Některé modely se používají pouze v jednofázových sítích (domácí zařízení s nízkým výkonem a výkonem), jiné se používají v třífázových. Existují také frekvenční regulátory pro vysokonapěťové sítě.

Podmínky použití. Měnič pro práci v dílně musí odolávat výrazným teplotním výkyvům a kontaktu s vlhkým, prašným vzduchem. K tomu jsou všechny výkonové a elektronické komponenty zařízení umístěny v utěsněném krytu, který splňuje standardy IP54 nebo IP65. Měniče pro použití v nebezpečných průmyslových odvětvích, kde je v dílnách vysoká koncentrace plynů nebo detonačních látek, jsou vybaveny izolovanými silovými součástmi. Tím se eliminuje vznik jiskry a hromadění statického náboje, který může vést ke vznícení nebo výbuchu nahromaděných plynů.

Podle napětí v síti. Typicky jsou frekvenční generátory napájeny z třífázové průmyslové sítě 380V. K dispozici jsou modely pohonů, které jsou navrženy pro provoz z jednofázové sítě 220-240V. Typicky je výkon těchto modelů až 3,7 kW. Vyrábějí se vysokonapěťové pohony, které umožňují řídit motory, jejichž výkon je již měřen v MW.

Výkon frekvenčního měniče

Při výběru měniče byste měli zhodnotit, zda zařízení zvládne zátěž. Frekvenční měnič se volí podle jmenovitého výkonu motoru. Zatížení hřídele však musí zůstat konstantní. Schopnost odolávat přetížení je indikována jako procento jmenovitého proudu spolu s maximálním přípustným časem pro toto přetížení. Chcete-li vybrat správný převodník, potřebujete vědět:

— četnost jejich výskytu.

Rozsah regulace frekvenčního měniče

Pokud otáčky neklesnou o méně než 10 % jmenovité hodnoty, učiní to jakýkoli frekvenční generátor. Pokud je požadováno větší snížení rychlosti, musí frekvenční měnič zajistit provoz na minimálních frekvencích. S rozsahem otáček souvisí i otázka chlazení elektromotoru. Typicky je asynchronní elektromotor chlazen ventilátorem namontovaným na hřídeli. S klesajícími otáčkami tedy výrazně klesá účinnost chlazení.

Můžete zanechat žádost nebo získat zpětnou vazbu tak, že nám napište na adresu [email protected] nebo zavoláte na bezplatné číslo 8 800 550-72-52. Specialisté obchodního oddělení vyberou vybavení, poradí s případnými dotazy a budou monitorovat dodávku.