Was ist ein Frequenzumrichter, wie funktioniert er und wofür?
Definition
Per Definition ist ein Frequenzumrichter ein elektronischer Stromrichter zum Ändern der Frequenz eines Wechselstroms. Abhängig von der Leistung ändern sich jedoch sowohl der Spannungspegel als auch die Anzahl der Phasen. Es ist Ihnen vielleicht nicht ganz klar, warum ein solches Gerät benötigt wird, aber wir werden versuchen, Ihnen dies in einfachen Worten zu erklären.
Die Wellendrehfrequenz von Synchron- und Asynchronmotoren (HELL) hängt von der Rotationsfrequenz des Statormagnetflusses ab und wird bestimmt durch die Formel:
n = (60 * F / p) * (1-S),
Dabei ist n die Anzahl der Umdrehungen der AD-Welle, p die Anzahl der Polpaare, s der Schlupf und f die Frequenz des Wechselstroms.
In einfachen Worten hängt die Rotordrehzahl von der Frequenz und der Anzahl der Polpaare ab. Die Anzahl der Polpaare wird durch die Auslegung der Statorspulen bestimmt, und die Frequenz des Stroms im Netzwerk ist konstant. Um die Geschwindigkeit zu regulieren, können wir daher die Frequenz nur mit Hilfe von Wandlern steuern.
Gerät
In Anbetracht des Vorstehenden formulieren wir die Antwort auf die Frage, was es ist, neu:
Ein Frequenzumrichter ist ein elektronisches Gerät zum Ändern der Frequenz eines Wechselstroms und damit der Drehzahl des Rotors einer asynchronen (und synchronen) elektrischen Maschine.
Grafiksymbol gemäß GOST 2.737-68 sehen Sie unten:
Es wird als elektronisch bezeichnet, da es auf einer Halbleiterschaltschaltung basiert. Abhängig von den Funktionsmerkmalen und der Art der Steuerung werden sowohl der Schaltplan als auch der Betriebsalgorithmus geändert.
In der folgenden Abbildung sehen Sie, wie der Frequenzumrichter angeordnet ist:
Das Funktionsprinzip des Frequenzumrichters ist wie folgt:
- Die Netzspannung wird dem Gleichrichter 1 zugeführt und wird zu einer gleichgerichteten pulsierenden Spannung.
- In Block 2 werden die Pulsationen geglättet und die reaktive Komponente teilweise kompensiert.
- Block 3 ist eine Gruppe von Leistungsschaltern, die von einem Steuersystem (4) unter Verwendung von Impulsbreitenmodulation (PWM) gesteuert werden. Dieses Design ermöglicht es Ihnen, eine zweistufige PWM-geregelte Spannung am Ausgang zu erhalten, die sich nach dem Glätten einer sinusförmigen Form nähert. Bei teuren Modellen wurde ein dreistufiges Schema verwendet, bei dem mehr Schlüssel verwendet werden. Es ermöglicht Ihnen, näher an die sinusförmige Wellenform heranzukommen. Als Halbleiterschalter können Thyristoren, Feldeffekt- oder IGBT-Transistoren verwendet werden. In letzter Zeit sind die letzten beiden Typen aufgrund ihrer Effizienz, geringen Verluste und einfachen Verwaltung am gefragtesten und beliebtesten.
- Mit PWM wird in einfachen Worten der erforderliche Spannungspegel gebildet - auf diese Weise wird die Sinuswelle moduliert, wobei abwechselnd Schlüsselpaare gebildet werden Netzspannung.
Deshalb haben wir kurz beschrieben, wie der Frequenzumrichter für einen Elektromotor funktioniert und woraus er besteht. Es wird als sekundäre Stromquelle verwendet und steuert nicht nur die Form des Stromversorgungsnetzes, sondern wandelt dessen Wert und Frequenz gemäß den angegebenen Parametern um.
Arten von Chastotniks und Umfang
Verwaltungsmethoden
Die Geschwindigkeitsanpassung kann auf verschiedene Arten erfolgen, sowohl durch die Methode zum Einstellen der erforderlichen Frequenz als auch durch die Methode der Regelung. Chastotniki werden nach der Kontrollmethode in zwei Typen unterteilt:
- Mit Skalarsteuerung.
- Mit Vektorsteuerung.
Die Geräte des ersten Typs regeln die Frequenz gemäß einer gegebenen U / F-Funktion, dh die Spannung ändert sich zusammen mit der Frequenz. Ein Beispiel für eine solche Abhängigkeit der Spannung von der Frequenz kann nachstehend beobachtet werden.
Es kann unterschiedlich sein und für eine bestimmte Last programmiert werden. Beispielsweise ist es bei Lüftern nicht linear, sondern ähnelt einem Parabelzweig. Dieses Funktionsprinzip hält den Magnetfluss im Spalt zwischen Rotor und Stator nahezu konstant.
Ein Merkmal der Skalarsteuerung ist ihre Verbreitung und ihre relativ einfache Implementierung. Es wird am häufigsten für Pumpen, Lüfter und Kompressoren verwendet. Solche Chastotniks werden oft verwendet, wenn es notwendig ist, einen stabilen Druck (oder einen anderen Parameter) aufrechtzuerhalten. Es können Tauchpumpen für Brunnen sein, wenn wir den häuslichen Gebrauch in Betracht ziehen.
In der Produktion ist der Anwendungsbereich groß, beispielsweise die Druckregelung in denselben Rohrleitungen und die Leistung automatischer Lüftungssysteme. Der Regelbereich beträgt normalerweise 1:10, in einfachen Worten kann die maximale Geschwindigkeit von der minimalen um das 10-fache abweichen. Aufgrund der Besonderheiten der Implementierung von Algorithmen und Schaltungen sind solche Geräte normalerweise billiger, was der Hauptvorteil ist.
Nachteile:
- Nicht zu präzise Drehzahlunterstützung.
- Langsamere Reaktion auf Regimewechsel.
- Meistens gibt es keine Möglichkeit, das Moment auf der Welle zu steuern.
- Mit einer Drehzahlerhöhung über den Nennwert fällt das Moment auf der Motorwelle ab (dh wenn wir die Frequenz über den Nennwert von 50 Hz erhöhen).
Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass die Spannung am Ausgang von der Frequenz abhängt, bei der Nennfrequenz die Spannung gleich der Netzspannung ist und der Chastotnik nicht weiß, wie er sie höher anheben soll. In der Grafik ist ein gleichmäßiger Teil des Diagramms nach 50 Hz zu sehen. Es ist zu beachten, dass die Abhängigkeit des Moments von der Frequenz, die gemäß dem Gesetz 1 / f fällt, in der folgenden Grafik rot dargestellt ist und die Abhängigkeit der Leistung von der Frequenz blau ist.
Vektorgesteuerte Frequenzumrichter haben ein anderes Funktionsprinzip. Hier entspricht nicht nur die Spannung der U / f-Kurve. Die Eigenschaften der Ausgangsspannung variieren entsprechend den Signalen von den Sensoren, so dass ein bestimmtes Moment auf der Welle erhalten bleibt. Aber warum brauchen wir eine solche Kontrollmethode? Eine präzisere und schnellere Einstellung zeichnet einen vektorgesteuerten Frequenzumrichter aus. Dies ist wichtig bei solchen Mechanismen, bei denen das Wirkprinzip mit einer starken Änderung der Last und des Drehmoments auf das Exekutivorgan verbunden ist.
Eine solche Last ist typisch für das Drehen und andere Maschinentypen, einschließlich CNC. Die Genauigkeit der Regelung beträgt bis zu 1,5%, der Einstellbereich beträgt 1: 100, für eine höhere Genauigkeit bei Geschwindigkeitssensoren usw. - 0,2% bzw. 1: 10000.
In den Foren wird die Meinung vertreten, dass der Preisunterschied zwischen vektoriellen und skalaren Chastotniks heute geringer ist als zuvor (15-35% je nach Hersteller), und der Hauptunterschied ist mehr Firmware als Schaltung. Beachten Sie auch, dass die meisten Vektormodelle auch die Skalarsteuerung unterstützen.
Vorteile:
- größere Stabilität und Genauigkeit;
- schnellere Reaktion auf Lastwechsel und hohes Drehmoment bei niedriger Geschwindigkeit;
- breiteres Regelungsspektrum.
Der Hauptnachteil ist, dass es mehr kostet als skalare.
In beiden Fällen kann die Frequenz manuell oder über Sensoren eingestellt werden, z. B. einen Drucksensor oder einen Durchflussmesser (wenn es sich um Pumpen handelt), ein Potentiometer oder einen Encoder.
Alle oder fast alle Frequenzumrichter verfügen über eine Sanftanlauffunktion, die das Starten von Motoren mit Notstromaggregaten erleichtert, ohne dass die Gefahr einer Überlastung besteht.
Anzahl der Phasen
Zusätzlich zu den Antwortmethoden unterscheiden sich die Chastotniks in der Anzahl der Phasen am Ein- und Ausgang. Unterscheiden Sie also Frequenzumrichter mit einphasigem und dreiphasigem Eingang.
Gleichzeitig können die meisten dreiphasigen Modelle einphasig betrieben werden. Bei dieser Anwendung verringert sich ihre Leistung jedoch auf 30-50%. Dies ist auf die zulässige Strombelastung von Dioden und anderen Leistungsschaltungselementen zurückzuführen. Einphasenmodelle sind im Leistungsbereich bis 3 kW erhältlich.
Wichtig! Beachten Sie, dass bei einer einphasigen Verbindung mit einer Spannung von 220 V Eingang ein Ausgang von 3 Phasen von 220 V und nicht von 380 V vorhanden ist. Das heißt, der lineare Ausgang beträgt kurz gesagt genau 220 V. In diesem Zusammenhang müssen gängige Motoren mit Wicklungen für eine Spannung von 380 / 220V in einem Dreieck und Motoren mit 127 / 220V in einem Stern angeschlossen werden.
Im Netzwerk finden Sie viele Angebote wie "220 zu 380 Frequenzumrichter" - dies ist in den meisten Fällen Marketing, Verkäufer nennen drei Phasen "380V".
Um echte 380 V aus einer Phase zu erhalten, müssen Sie entweder einen 220/380-Einphasentransformator verwenden (wenn der Eingang des Frequenzumrichters für eine solche Spannung ausgelegt ist) oder einen speziellen Frequenzumrichter mit einem Einphaseneingang und einem 380-V-Dreiphasenausgang verwenden.
Ein separater und seltener Typ von Frequenzumrichtern sind einphasige Wechselrichter mit einem einphasigen Ausgang 220. Sie dienen zur Regelung von einphasigen Motoren mit Kondensatorstart. Ein Beispiel für solche Geräte sind:
- ERMAN ER-G-220-01
- INNOVERT IDD
Schaltplan
In der Realität müssen Sie einen dreiphasigen 380-V-Eingang anschließen, um einen 3-Phasen-Ausgang von einem 380-V-Frequenzumrichter zu erhalten:
Das Anschließen eines Chastotnik an eine Phase ist ähnlich, mit Ausnahme des Anschlusses der Versorgungskabel:
Ein einphasiger Frequenzumrichter für einen Motor mit Kondensator (Pumpe oder Lüfter mit geringer Leistung) ist wie folgt angeschlossen:
Wie Sie in den Diagrammen sehen können, sind neben den Versorgungskabeln und Kabeln zum Motor auch andere Anschlüsse, Sensoren, Tasten der Fernbedienung, Busse zum Anschließen an einen Computer (normalerweise der RS-485-Standard) usw. an den Frequenzumrichter angeschlossen. Auf diese Weise kann der Motor über dünne Signalkabel gesteuert werden, sodass Sie den Frequenzumrichter in eine Schalttafel einbauen können.
Frequenzmesser sind universelle Geräte, deren Zweck nicht nur die Geschwindigkeitseinstellung ist, sondern auch der Schutz des Elektromotors vor falschen Betriebsarten und Stromversorgung sowie vor Überlastung. Zusätzlich zur Hauptfunktion realisieren die Geräte einen reibungslosen Start der Antriebe, wodurch der Verschleiß der Geräte und die Leistungsbelastung verringert werden. Das Funktionsprinzip und die Tiefe der Parametereinstellungen der meisten Frequenzumrichter ermöglichen es Ihnen, bei der Steuerung von Pumpen (zuvor wurde die Steuerung nicht aufgrund der Pumpenleistung, sondern mithilfe von Ventilen) und anderer Geräte Strom zu sparen.
Hier beenden wir die Betrachtung des Problems. Wir hoffen, dass Sie nach dem Lesen des Artikels verstehen, was ein Frequenzumrichter ist und warum er benötigt wird. Schließlich empfehlen wir, ein nützliches Video zum Thema anzusehen:
Sicher wissen Sie nicht:
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