http___blog.vikiwat.com_tag__d1_87_d0_b5_d1_81_d1_82_d0_be_d1_82_d0_b5_d0_bd-_d0_b8_d0_bd_d0_b2_d0_b5_d1_80_d1_82_d0_be_d1_80__1.xml
http___blog.vikiwat.com_frequency-inverter_.xml
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 10.1 11.1 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 14.1 14.2 14.3 14.4 15.1 15.2 15.3 15.4 16.1 16.2 16.3 16.4 17.1 18.1 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 23.2 23.3 24.1 24.2 25.1
Асинхронните трифазни двигатели имат широко приложение в индустрията поради простото си устройство, изключително висока надеждност и ниска цена. Скоростта на асинхронният трифазен двигател се определя от два фактора: честотата на тока и броя на полюсите. При стандартните електрозадвижвания, честотата е постоянна величина – около 50 Hz, а веднъж избрана, конструкцията на електродвигателя е неизменна, което води до инвариантна скорост на двигателя. Има създадени и двигатели с два комплекта намотки, при които скоростите могат да са четири, но те са неизменни и не позволяват плавно регулиране. В индустрията, обаче, често се налага плавно регулиране на оборотите на двигателите. Областите, в които това е необходимо, са изключително големи: при металорежещите и металообработващите машини, в подемно-транспортното задвижване, при компресори, помпи, вентилатори, поточни линии и др. За да се осъществи плавно регулиране на оборотите на асинхронния електродвигател е необходим честотен инвертор. Това е устройство, което преобразува неизменното подадено напрежение и честота на главното захранване в изменящи се напрежение и честота. Монтира се между захранването и двигателя и позволява един обикновен стандартен двигател да се превърне в гъвкава, моделируема система с променливоскоростно задвижване. Не са за пренебрегване и допълнителните ползи от използването на честотен инвертор в системата. Те са много и разнообразни – като се започне от това, че може да се стартира двигателя плавно, без нарастване на пусковия ток; осъществяване на високоефективно динамично спиране; повишаване на cosϕ, без използването на кондензатори; съществено понижаване на енергийните разходи при двигатели с променлив режим на натоварване (например, при помпи и вентилатори, начина на регулиране на флуида, който те задвижват, е чрез различни видове клапани и жалузи, при което мощността и респ. консумацията на енергия на двигателя остава неизменна, като голяма част от ефективната мощност се губи за преодоляване на преодоляване на преградата по пътя на флуида, ако обаче се използва честотен инвертор за регулиране скоростта на електродвигателя, консумираната мощност се намалява пропорционално на напора на витлото, което води до значителна икономия на енергия); имаме пълен контрол на работата на електродвигателя-напрежение, ток, скорост на вала, въртящ момент, време за развъртане, време за спиране и т.н.; благодарение на плавния режим на работа се повишава експлоатационния живот на всеки компонент на електрооборудването и накрая стигаме до възможност от защита от претоварване. Честотният инвертор се състои от три основни части: Изправител – преобразува захранващото променливо напрежение чрез диодни модули в пулсиращо постоянно напрежение. Постояннотокови филтри – състои се от филтриращи дросели, кондензатори и други видове филтри. Транзисторен инвертор – преобразува постоянното напрежение в ШИМ (широчинно-импулсно-модулирано) променливо напрежение. Освен гореизброените силови компоненти, честотния инвертор има и система за управление, изпълнена чрез програмируем микропроцесорен контролер, който също така осигурява синусоидалната форма на тока. Честотните инвертори се делят на скаларни и векторни, в зависимост от начина на управление на електродвигателя. Способът за изчисление на стойността на напрежението, обуславя вида инвертор. При скаларните честотни инвертори, напрежението е функция от честотата, която се калкулира като линейна интерполация по няколко опорни точки. Ползвателят на честотния инвертор има възможност да определя стойността на тези точки. Скаларът е величина, чиято стойност може да се изрази с едно число. Тъй като променяме една единствена величина, наричаме тези инвертори скаларни. При векторните честотни инвертори, ползвателя трябва предварително да зададе електрическите параметри на управляваният електродвигател. Стойността на напрежението се определя чрез моделиране на преходните процеси в асинхронния двигател. Векторният инвертор изисква от потребителят по-задълбочени познания по теория на електрозадвижванията. Някои съвременни инвертори имат зададени предварително някои от параметрите за настройка (макроси), което облекчава настройката на инвертора. При скаларният инвертор също има добро качество за регулиране на на оборотите на двигателя, дори когато просто се използват заводските настройки. Честотните инвертори могат да се използват както за трифазни така и за еднофазни асинхронни двигатели. Наред с безспорните ползи от съвместната работа на честотните инвертори с асинхронни двигатели, се наблюдават и някои проблеми, които трябва да се имат предвид при използването им. - наличие на висши хармоници на изхода на честотния инвертор. Хармоничните изкривявания повишават загубите в стоманата и електрическите загуби в намотките на двигателя. Наличната радиочестотна интерференция може да се разпространи както по кабелите, така и по въздуха. Поради това, че кабелите между честотния преобразувател и двигателя са изключително мощен източник на потенциална интерференция, силовите и сигналните кабели могат да работят като трансмисионни антени, което е недопустимо от директивите за електромагнитна съвместимост приети от Европейския съюз. Стандартът IEC 61800-3:2004 определя изискванията, на които трябва да отговарят задвижванията по отношение на хармоничните изкривявания, за да бъдат сертифицирани в Европейския съюз. За да се избегнат тези проблеми могат да се вземат следните мерки: да се монтира оборудването в затворено и правилно заземено метално електроразпределително табло; поставя се филтър за подтискане на радиочестотната интерференция на захранването; ползват се екранирани кабели, по възможност с метална оплетка на всяко жило; трябва да се монтират далеч едни от други, кабели склонни към интерференция и захранващите кабели. - пикови удари на напрежението върху клемите на електродвигателя. На изхода на инверторите с широчинно-импулсна-модулация се получава напрежение с висока носеща честота (до 20kHz). Когато разстоянието между честотния инвертор и двигателя е по-дълго от 20 метра, в кабела протича вълна със стръмен фронт, чиято импулсна форма може да създаде амплитуда на първия хармоник, превишаваща значително номиналното напрежение, за което клемите на двигателя са проектирани. Този пик уврежда изолацията на кабела, води до преждевременно стареене на клемите, повишава вибрациите на вала на двигателя, увеличава нагряването на намотките и намалява въртящия момент на двигателя с до 5%. Лабораторни изследвания показват, че първите няколко навивки на намотката поемат напрежение достигащо до 1.4kV, като градиентът на увеличение du/dt e е толкова голям, че надвишава диелектричната якост на изолацията и има опасност от пробив. За да се избегне този проблем трябва да се осигури сравнително малко разстояние между честотния преобразувател и управлявания от него двигател. - прегряване на асинхронния двигател при ниски скорости на въртене. Както знаем честотният инвертор ни позволява да въртим АД с практически всяка скорост. Стандартния асинхронен двигател е проектиран така, че въртенето на ротора, върти охлаждащите лопатки, аксиално разположени на него. Когато обаче чрез ЧИ намалим скоростта на двигателя под 50% за продължителен период от време, трябва да имаме предвид, че това води до влошено охлаждане и съответно прегряване на АД. - електроерозия на лагерите. ЧИ с бързодействащи биполярни транзистори с изолиран гейт (insulated gate bi-polar transistor IGBT) води до много висока скорост на нарастване на напрежението на импулсите от порядъка на du/dt > 10kV/s, това води до силно несиметрична магнитна система, водеща до възникване на напрежение на вала на АД, вследствие на това протичат високочестотни пулсиращи токове през лагерите на двигателя и затварят веригата през заземения корпус, като по този начин влошават качеството на маслото, водят до искрене в лагерите, което от своя страна образува каверни и води до повишено ниво на вибрации. Този проблем е най-ясно изразен при достигане чрез ЧИ до честоти, превишаващи синхронната. Ако все пак се налага такъв режим на работа, трябва да се предвидят по-износоустойчиви и бързоходни лагери, които е добре да бъдат изолирани електрически от АД и да имат автономно охлаждане. - вибрации на двигателя. Високочестотните хармоници създават магнитострикция в шихтования магнитопровод, предизвикват индукция на висши хармоници на електродвижещото напрежение в роторната намотка, които си взаимодействат с основния магнитен поток и създават паразитен допълнителен механичен момент на вала. Това създава повишен шум и вибрации на ротора. За да се избегне този проблем се поставят специални филтриращи устройства, за които ще стане дума по-долу в статията. Допълнителни защитни средства за преодоляване на проблемите при регулируемите асинхронни задвижвания с използване на честотен инвертор. - Монтиране на външни филтри, дросели, които ограничават високочестотните съставки до стандартни величини, което увеличава живота на двигателя. - Използване на асинхронен двигател с по-висок клас изолация. - Използване на лагери с диелектрично покритие и изолиран външен и вътрешен пръстен и керамични търкалящи се части. - Използване на независимо охлаждане при задвижвания с ниски скорости на въртене на вала. - Поставяне на термисторни защити, против прегряване на статорната намотка. - Използване на екраниран кабел с минимална дължина. Така се избягва ефектът на вълнови пренапрежения на клемите на двигателя. Най добре е, когато инверторът и двигателят са с общ корпус. - Монтиране на вала на енкодери за обратна връзка, носещи информация за фазовия ъгъл на ротора и скоростта на въртене. Енкодерите управляват двигателя по скорост, положение на вала, въртящ момент и др. От казаното дотук става ясно колко полезни могат да бъдат честотните инвертори, когато се използват компетентно от професионалисти в регулируемите електрозадвижвания.
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 3.1 4.1 5.1 6.1 7.1 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 9.1 10.1 10.2 10.3 10.4 11.1 12.1 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 14.1 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 15.6 16.1 16.2 16.3 16.4 17.1 17.2 17.3 17.4 18.1 18.2 18.3 18.4 19.1 20.1 21.1 22.1 23.1 24.1 25.1 25.2 25.3 26.1 27.1
Induction three-phase motors are widely used in industry because of their simple structure, extremely high reliability and low cost. The speed of the induction three-phase motor is determined by two factors: the frequency of the current and the number of poles. With conventional electric drives the frequency is constant – about 50 Hz, and once selected, the construction of the electric motor is unaltered, which leads to invariant speed of the motor. There are also motors with two sets of windings, where the velocities may be four, but they remain unaltered and do not allow smooth adjustment. In industry, however, we often need to smoothly adjust the speed of motors. Areas, where this is required, are extremely large: in metal-cutting and metal-processing machines, hoisting and hauling devices, compressors, pumps, fans, conveyor belts, etc. To implement smooth speed control of induction motors a frequency inverter is required. This is a device that converts the constant applied voltage and frequency of the mains supply into varying voltage and frequency. It is mounted between the power supply and the motor and allows a simple standard motor to become a flexible, mouldable system with speed-variable drive. There are also additional benefits from the usage of a frequency inverter in the system, which are also important. They are many and diverse – starting from the fact that the motor can be run smoothly, without increasing the inrush current; implementation of highly-efficient dynamic braking; raising the cosφ, without using capacitors; essentially reducing energy costs for motors with variable loading mode (for example, in pumps and fans, the mode of controlling the fluid which they propel, is through various types of valves and shutters, where the power and respectively the energy consumption of the motor stays unaltered, whereas much of the efficient power is lost to overcome the barrier in the path of the fluid, however if using a frequency inverter to control the speed of the electric motor, the power consumption is reduced in proportion to the pressure of the propeller, resulting in significant energy savings); we have full control over the operation of the motor – voltage, current, shaft speed, torque, acceleration time, deceleration time, etc.; thanks to the smooth operation mode, the service life of each component of the electrical equipment increases and finally we come to the possibility of overload protection. A frequency inverter consists of three basic parts: - Rectifier – converts the feed AC voltage into pulsating DC voltage through diode modules. - DC filters – consist of filter inductors, capacitors and other filters. - Transistor Inverter – converts the DC voltage into PWM (pulse-width-modulated) AC voltage. Besides the above-listed power components, the frequency inverter also has a control system implemented by a programmable microprocessor controller that also provides the sinusoidal waveform. Frequency inverters are divided into scalar and vector, depending on how the electric motor is controlled. The method of calculating the value of the voltage determines the inverter type. In scalar frequency inverters, the voltage is a function of frequency, which is calculated as a linear interpolation on several pillars. The user of the inverter is able to determine the value of those points. The scalar is a quantity whose value can be expressed with a single number. Since we change a single value, we call these inverters scalar. In vector frequency inverters, the user must preset the electrical parameters of the controlled motor. The value of the voltage is determined by modeling the transients in the induction motor. The vector inverter demands that the user has in-depth knowledge of the theory of electric drives. In some modern inverters some of the setup parameters (macros) are preset, which facilitates the setting of the inverter. The scalar inverter also has a good quality of controlling the motor speed, even when you just use the default settings. Frequency Inverters can be used for both three-phase and single-phase induction motors. Along with the undoubted benefits from the collaboration between frequency inverters and induction motors, there are some problems that need to be considered when using them. presence of high harmonics at the output of the frequency inverter. Harmonic distortionincreasesthe lossesin the steeland the electricallossesin the motor windings. The availableradio-frequencyinterferencecan spreadboth over cablesandover the air. Due to the fact that thecablesbetweenthe frequency inverter and the motorare an extremelypowerfulsource of potentialinterference, powerandsignal cablescan act astransmission antennas, which is unacceptable according to theEMCdirectivesadopted by the EuropeanUnion. StandardIEC 61800-3:2004definesthe requirements that drives mustmeet in terms ofharmonic distortion in order tobe certifiedin the EuropeanUnion. To avoid these problems the following measures can be taken: install the equipment in a closed and properly earthed metal control panel; place a filter for suppressing radio frequency interference of the power supply; use shielded cables, possibly with metal braid of each wire; cables prone to interference and supply cables must be installed away from each other. voltage rush on the terminals of the motor. At the output of the inverters with width- pulse modulation, voltage with a high carrier frequency (up to 20kHz) is produced. When the distance between the frequency inverter and the motor is longer than 20 meters, a wave with a steep front runs in the cable, and its pulse form can create amplitude of the first harmonic, significantly exceeding the rated voltage for which the motor terminals are designed. This rush causes damages to the cable insulation, leading to premature aging of the terminals, increases the vibrations of the motor shaft, increases the heating of the coils and reduces the engine torque up to 5%. Laboratory studies have shown that the first few turns of the coil take voltage of up to 1.4kV, such as the gradient of the increase du / dt is so large that it exceeds the dielectric strength of the insulation and there is a risk of breakthrough. To avoid this problem we should provide a relatively small distance between the frequency inverter and the IM controlled by it. overheating of the induction motor at low speeds of rotation. As we know the frequency inverter allows us to rotate the induction motor at any speed. The standard induction motor is designed in such a way that the rotation of the rotor rotates the cooling blades, located axially on it. However, when by using a frequency inverter we reduce the motor speed below 50% for an extended period of time, we must consider that this leads to poor cooling and respectively to overheating of the IM. Bearing electroerosion. Insulated gate bi-polar transistor IGBT leads to a very high rate of increase of voltage pulses, on the order of du / dt> 10kV / s, which leads to highly asymmetric magnetic system, leading to the emergence of voltage of the shaft of the induction motor, consequently leading to the flow of high pulsating currents through the bearings of the motor which close the circuit through the grounded housing, thereby deteriorating the quality of the oil, cause arcing in the bearings, which in turn forms caverns and leads to an increased vibration level. This problem is most pronounced when through the frequency inverter frequencies exceeding the synchronous one are reached. If, however, this operation mode is necessary, you must provide wear-resistant and high-speed bearings, which is good to be electrically isolated from the IM and have independent cooling. vibration of the motor. The high-frequency harmonics create magnetostriction in the magnetic core, cause induction of higher harmonics of the electromotive force in the rotor winding, which interact with the main magnetic flux and create additional parasitic mechanical shaft torque. This creates increased noise and vibrations of the rotor. In order to avoid this problem special filtering devices are placed, which we will further discuss. Additional protective equipment to overcome the problems of adjustable AC drives using a frequency inverter. Installation of external filters, throttles, limiting the high-frequency components to standard values, which increases the life of the motor. Using an induction motor with high-quality insulation. Using the bearings with dielectric coating and insulated outer and inner ring as well as ceramic rolling parts. Using independent cooling with drives with low speed rotation of the shaft. Placing thermistor protection against overheating of the stator winding. Using a shielded cable with a minimum length. This avoids the effect of wave voltage of the terminals of the motor. Most preferably, the inverter and the motor have common housing. Mounting feedback encoders on the shaft, which carry information about the phase angle of the rotor and the rotation speed. From all that we’ve discussed so far, it has become clear how useful frequency inverters can be when they are used competently by professionals.