Frequenzantrieb: Beschreibung und Bewertungen

2024 Autor: Aaron Duncan | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-01 20:05

VFD-Steuerung ermöglicht es, mit einem speziellen Umrichter die Betriebsarten des Elektromotors flexibel zu ändern: starten, stoppen, beschleunigen, bremsen, Drehzahl ändern.

Änderung der Frequenz der Versorgungsspannung führt zu einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit des Statormagnetfeldes. Wenn die Frequenz sinkt, sinkt die Motordrehzahl und der Schlupf steigt.

Das Funktionsprinzip des Frequenzumrichters

Der Hauptnachteil von Asynchronmotoren ist die Komplexität der Drehzahlregelung auf herkömmliche Weise: durch Änderung der Versorgungsspannung und Einführung zusätzlicher Widerstände in den Wicklungskreis. Perfekter ist der Frequenzantrieb des Elektromotors. Bis vor kurzem waren Umrichter teuer, aber das Aufkommen von IGBT-Transistoren und Mikroprozessor-Steuerungssystemen ermöglichte es ausländischen Herstellern, erschwingliche Geräte herzustellen. Die meistenperfekt sind jetzt statische Frequenzumrichter.

Winkelgeschwindigkeit des Statormagnetfeldes ω0 _{ändert sich proportional zur Frequenz ƒ1} nach der Formel:

ω₀=2π׃_{1/p, wobei p die Anzahl der Polpaare ist.}

Die Methode bietet eine reibungslose Geschwindigkeitsregelung. In diesem Fall erhöht sich die Gleitgeschwindigkeit des Motors nicht.

Um eine hohe Energieleistung des Motors zu erh alten - Wirkungsgrad, Leistungsfaktor und Überlastfähigkeit, zusammen mit der Frequenz, ändern Sie die Versorgungsspannung gemäß bestimmten Abhängigkeiten:

• konstantes Lastmoment – U₁/ ƒ_1=const;
• Lüftercharakter des Lastmoments - U₁/ ƒ₁^2=const;
• Lastmoment umgekehrt proportional zur Drehzahl - U₁/√ ƒ_1=const.

Diese Funktionen werden mit einem Umrichter realisiert, der gleichzeitig die Frequenz und die Spannung am Stator des Motors ändert. Strom wird eingespart, da die erforderlichen technologischen Parameter verwendet werden: Pumpendruck, Lüfterleistung, Maschinenvorschubgeschwindigkeit usw. In diesem Fall ändern sich die Parameter sanft.

Verfahren zur Frequenzregelung von asynchronen und synchronen Elektromotoren

In einem frequenzgeregelten Antrieb auf Basis von Asynchronmotoren mit Käfigläufer werden zwei Regelverfahren verwendet - Skalar und Vektor. Im ersten Fall ändern sie sich gleichzeitigAmplitude und Frequenz der Versorgungsspannung.

Dies ist notwendig, um die Leistung des Motors aufrechtzuerh alten, meistens ein konstantes Verhältnis seines maximalen Drehmoments zum Widerstandsmoment an der Welle. Dadurch bleiben Wirkungsgrad und Leistungsfaktor über den gesamten Drehbereich unverändert.

Vektorregelung besteht in der gleichzeitigen Änderung der Amplitude und Phase des Stroms am Stator.

Der Frequenzantrieb des Synchronmotors arbeitet nur bei kleinen Lasten, bei deren Wachstum über die zulässigen Werte hinaus der Gleichlauf unterbrochen werden kann.

Vorteile des Frequenzumrichters

Frequenzregelung hat gegenüber anderen Methoden eine ganze Reihe von Vorteilen.

1. Automatisierung des Motors und der Produktionsprozesse.
2. Sanfter Start, der typische Fehler beseitigt, die während der Motorbeschleunigung auftreten. Verbesserung der Zuverlässigkeit des Frequenzumrichters und der Ausrüstung durch Reduzierung von Überlastungen.
3. Verbesserung der Gesamtökonomie und -leistung des Laufwerks.
4. Schaffung einer konstanten Drehzahl des Elektromotors unabhängig von der Art der Last, was bei Transienten wichtig ist. Die Verwendung von Feedback ermöglicht es, eine konstante Motordrehzahl unter verschiedenen Störeinflüssen aufrechtzuerh alten, insbesondere unter wechselnden Lasten.
5. Umrichter lassen sich problemlos in bestehende technische Systeme integrieren, ohne dass wesentliche Änderungen und Unterbrechungen technologischer Prozesse erforderlich sind. Der Leistungsbereich ist groß, aber mit ihrer Steigerungdie Preise steigen erheblich.
6. Die Fähigkeit, auf Variatoren, Getriebe, Drosseln und andere Steuergeräte zu verzichten oder deren Anwendungsbereich zu erweitern. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen.
7. Beseitigung der schädlichen Auswirkungen von Transienten auf Prozessanlagen, wie z. B. Wasserschläge oder erhöhter Flüssigkeitsdruck in Rohrleitungen, bei gleichzeitiger Reduzierung des nächtlichen Verbrauchs.

Fehler

Chastotniki sind wie alle Wechselrichter Störquellen. Sie müssen Filter installieren.

Die Kosten für Marken sind hoch. Sie steigt mit zunehmender Leistung der Geräte deutlich an.

Frequenzanpassung für den Transport von Flüssigkeiten

In Anlagen, in denen Wasser und andere Flüssigkeiten gepumpt werden, erfolgt die Durchflussregelung meist mit Hilfe von Absperrschiebern und Ventilen. Eine vielversprechende Richtung ist derzeit die Verwendung eines Frequenzantriebs einer Pumpe oder eines Lüfters, der ihre Flügel in Bewegung setzt.

Der Einsatz eines Frequenzumrichters als Alternative zur Drosselklappe ergibt einen Energiespareffekt von bis zu 75%. Das Ventil, das den Flüssigkeitsstrom zurückhält, leistet keine nützliche Arbeit. Gleichzeitig steigt der Energie- und Stoffverlust für den Transport.

Der Frequenzumrichter ermöglicht es, den Druck am Verbraucher konstant zu h alten, wenn sich der Flüssigkeitsstrom ändert. Vom Drucksensor wird ein Signal an den Antrieb gesendet, der die Motordrehzahl verändert und dadurch regeltUmdrehungen unter Beibeh altung der eingestellten Durchflussmenge.

Pumpeinheiten werden durch Veränderung ihrer Leistung gesteuert. Die Leistungsaufnahme der Pumpe ist in kubischer Abhängigkeit von der Leistung bzw. Drehzahl des Rades. Wenn die Drehzahl um das 2-fache reduziert wird, sinkt die Pumpenleistung um das 8-fache. Das Vorhandensein eines Tagesplans für den Wasserverbrauch ermöglicht es Ihnen, die Energieeinsparungen für diesen Zeitraum zu bestimmen, wenn Sie den Frequenzumrichter steuern. Dadurch ist es möglich, die Pumpstation zu automatisieren und dadurch den Wasserdruck in den Netzen zu optimieren.

Betrieb von Lüftungs- und Klimaanlagen

Maximaler Luftstrom in Lüftungsanlagen ist nicht immer erforderlich. Die Betriebsbedingungen können eine Leistungsreduzierung erfordern. Traditionell wird dafür Drosselung verwendet, wenn die Raddrehzahl konstant bleibt. Durch den frequenzgesteuerten Antrieb ist es bequemer, die Luftmenge zu ändern, wenn sich die jahreszeitlichen und klimatischen Bedingungen ändern, die Freisetzung von Wärme, Feuchtigkeit, Dämpfen und schädlichen Gasen.

Energieeinsparungen in Lüftungs- und Klimaanlagen werden nicht geringer erreicht als in Pumpstationen, da die Leistungsaufnahme der Wellendrehung in kubischer Abhängigkeit von der Umdrehung liegt.

Frequenzumrichtergerät

Moderne Frequenzumrichter sind nach dem Doppelwandlerschema angeordnet. Es besteht aus einem Gleichrichter und einem Pulswechselrichter mit Steuerung.

NachGleichrichtung der Netzspannung, das Signal wird durch einen Filter geglättet und einem Wechselrichter mit sechs Transistorsch altern zugeführt, von denen jeder mit den Statorwicklungen eines asynchronen Elektromotors verbunden ist. Das Gerät wandelt das gleichgerichtete Signal in ein dreiphasiges Signal mit der erforderlichen Frequenz und Amplitude um. Die Leistungs-IGBTs in den Endstufen haben eine hohe Sch altfrequenz und liefern ein knackiges, verzerrungsfreies Rechtecksignal. Aufgrund der Filtereigenschaften der Motorwicklungen bleibt die Form der Stromkurve an deren Ausgang sinusförmig.

Methoden der Signalamplitudenkontrolle

Die Ausgangsspannung wird auf zwei Arten geregelt:

1. Amplitude - Änderung des Spannungswertes.
2. Pulsweitenmodulation ist ein Verfahren zur Umwandlung eines gepulsten Signals, bei dem sich dessen Dauer ändert, die Frequenz jedoch unverändert bleibt. Hier hängt die Leistung von der Impulsbreite ab.

Die zweite Methode wird am häufigsten im Zusammenhang mit der Entwicklung der Mikroprozessortechnologie verwendet. Moderne Wechselrichter werden entweder mit GTO- oder IGBT-Absch alttransistoren hergestellt.

Fähigkeit und Anwendung von Konvertern

Der Frequenzumrichter hat viele Möglichkeiten.

1. Frequenz der dreiphasigen Versorgungsspannung von null bis 400 Hz regeln.
2. Beschleunigung oder Verzögerung des Elektromotors von 0,01 sek. bis zu 50 min. nach einem vorgegebenen Zeitgesetz (meist linear). Beim Beschleunigen ist nicht nur eine Reduzierung, sondern auch eine Erhöhung des dynamischen und Anfahrmoments um bis zu 150 % möglich.
3. Reversieren des Motors mit den vorgegebenen Brems- und Beschleunigungsmodi auf den gewünschten WertGeschwindigkeit in die andere Richtung.
4. Wechselrichter verfügen über einen konfigurierbaren elektronischen Schutz gegen Kurzschlüsse, Überlastungen, Erdschlüsse und offene Motorstromleitungen.
5. Die Digitalanzeigen der Umrichter zeigen Daten zu ihren Parametern an: Frequenz, Versorgungsspannung, Drehzahl, Strom usw.
6. U/f-Kennlinien werden in den Umrichtern abgestimmt, je nachdem, welche Motorlasten erforderlich sind. Die Funktionen der darauf basierenden Steuerungssysteme werden durch eingebaute Controller bereitgestellt.
7. Für niedrige Frequenzen ist es wichtig, die Vektorregelung zu verwenden, die es Ihnen ermöglicht, mit dem vollen Drehmoment des Motors zu arbeiten, eine konstante Drehzahl bei wechselnden Lasten beizubeh alten und das Drehmoment an der Welle zu steuern. Bei korrekter Eingabe der Motorpassdaten und nach erfolgreicher Prüfung funktioniert der Frequenzumrichter einwandfrei. Bekannte Produkte von HYUNDAI, Sanyu etc.

Die Einsatzgebiete von Konvertern sind wie folgt:

• Pumpen in Warm- und K altwasser- und Wärmeversorgungssystemen;
• Schlamm-, Sand- und Schlammpumpen von Konzentratoren;
• Transportsysteme: Förderer, Rollgänge und andere Mittel;
• Mischer, Mühlen, Brecher, Extruder, Dispenser, Feeder;
• Zentrifugen;
• Aufzüge;
• metallurgische Ausrüstung;
• Bohrausrüstung;
• elektrische Antriebe von Werkzeugmaschinen;
• Bagger- und Kranausrüstung, Manipulatormechanismen.

Frequenzumrichterhersteller, Testberichte

Der inländische Hersteller hat bereits damit begonnen, Produkte herzustellen, die in Bezug auf Qualität und Preis für Benutzer geeignet sind. Der Vorteil ist die Möglichkeit, schnell das passende Gerät zu bekommen, sowie eine ausführliche Beratung zur Einrichtung.

Firma "Effective Systems" produziert Serienprodukte und Pilotchargen von Geräten. Die Produkte werden im Haush alt, im Kleingewerbe und in der Industrie eingesetzt. Der Hersteller Vesper produziert sieben Serien von Konvertern, darunter multifunktionale Konverter, die für die meisten industriellen Mechanismen geeignet sind.

Das dänische Unternehmen Danfoss ist führend in der Herstellung von Chastotnikov. Seine Produkte werden in Lüftungs-, Klima-, Wasserversorgungs- und Heizungsanlagen eingesetzt. Das finnische Unternehmen Vacon, das Teil des dänischen Unternehmens ist, produziert modulare Konstruktionen, aus denen Sie die erforderlichen Geräte ohne unnötige Teile zusammenbauen können, wodurch Komponenten eingespart werden. Bekannt sind auch Umrichter des internationalen Konzerns ABB, die in Industrie und Alltag eingesetzt werden.

Nach den Bewertungen zu urteilen, können billige Haush altskonverter verwendet werden, um einfache typische Probleme zu lösen, während komplexe Probleme eine Marke mit viel mehr Einstellungen erfordern.

Schlussfolgerung

Der Frequenzumrichter steuert den Elektromotor, indem er die Frequenz und Amplitude der Versorgungsspannung ändert, und schützt ihn gleichzeitig vor Fehlfunktionen: Überlastung, Kurzschluss, Unterbrechung des Versorgungsnetzes. Solche elektrischen Aktuatoren erfüllen drei Hauptfunktionen,bezogen auf Beschleunigung, Verzögerung und Motordrehzahl. Dies verbessert die Effizienz von Geräten in vielen Bereichen der Technik.