Biến tần cho động cơ điện
Các khía cạnh kỹ thuật của việc sử dụng bộ biến tần
Ngày nay, động cơ cảm ứng đã trở thành thiết bị chính trong hầu hết các ổ điện. Bộ biến tần được sử dụng ngày càng nhiều để điều khiển - bộ biến tần có điều chỉnh PWM. Việc kiểm soát như vậy mang lại nhiều thuận lợi, nhưng cũng tạo ra một số vấn đề khi lựa chọn một số giải pháp kỹ thuật. Hãy cố gắng hiểu chúng chi tiết hơn.
Thiết bị biến tần
Việc phát triển và sản xuất nhiều loại mô-đun IGBT bóng bán dẫn điện áp cao mạnh mẽ giúp thực hiện các công tắc nguồn nhiều pha được điều khiển trực tiếp bằng tín hiệu kỹ thuật số. Các cơ sở tính toán có thể lập trình giúp tạo ra các chuỗi số tại các đầu vào chuyển đổi cung cấp tín hiệu Điều khiển tần số động cơ điện không đồng bộ… Việc phát triển và sản xuất hàng loạt các bộ vi điều khiển đơn chip với tài nguyên điện toán lớn đã tạo điều kiện cho việc chuyển đổi sang truyền động servo với bộ điều khiển kỹ thuật số.
Bộ chuyển đổi tần số nguồn, theo quy định, được triển khai theo sơ đồ chứa bộ chỉnh lưu dựa trên điốt hoặc bóng bán dẫn công suất mạnh và bộ biến tần (công tắc điều khiển) dựa trên bóng bán dẫn IGBT được chuyển hướng bằng điốt (Hình 1).
Cơm. 1. Mạch biến tần
Giai đoạn đầu vào chỉnh lưu điện áp lưới hình sin được cung cấp, sau khi làm mịn bằng bộ lọc điện dung cảm ứng, đóng vai trò là nguồn điện cho biến tần được điều khiển, tạo ra tín hiệu với điều chế xung, tạo ra dòng điện hình sin trong cuộn dây stato với các tham số cung cấp chế độ hoạt động cần thiết của động cơ điện.
Điều khiển kỹ thuật số của bộ chuyển đổi năng lượng được thực hiện bằng phần cứng và phần mềm của bộ vi xử lý tương ứng với các tác vụ hiện có. Đơn vị tính toán tạo tín hiệu điều khiển cho 52 mô-đun trong thời gian thực và cũng xử lý tín hiệu từ các hệ thống đo lường điều khiển hoạt động của biến tần.
Bộ nguồn và máy tính điều khiển được kết hợp trong một sản phẩm công nghiệp có cấu trúc được thiết kế gọi là bộ biến tần.
Có hai loại biến tần chính được sử dụng trong các thiết bị công nghiệp:
-
bộ chuyển đổi độc quyền cho các loại thiết bị cụ thể.
-
bộ chuyển đổi tần số phổ quát được thiết kế để điều khiển đa chức năng hoạt động AM ở các chế độ do người dùng xác định.
Việc cài đặt và quản lý các chế độ vận hành của bộ biến tần có thể được thực hiện bằng cách sử dụng bảng điều khiển được trang bị màn hình để biểu thị thông tin đã nhập.Để điều khiển tần số vô hướng đơn giản, bạn có thể sử dụng một tập hợp các chức năng logic đơn giản có sẵn trong cài đặt gốc của bộ điều khiển và bộ điều khiển PID tích hợp.
Để thực hiện các chế độ điều khiển phức tạp hơn bằng cách sử dụng tín hiệu cảm biến phản hồi, cần phát triển cấu trúc ACS và thuật toán được lập trình bằng máy tính bên ngoài được kết nối.
Hầu hết các nhà sản xuất sản xuất nhiều loại bộ biến tần khác nhau về đặc tính điện đầu vào và đầu ra, công suất, thiết kế và các thông số khác. Các phần tử bên ngoài bổ sung có thể được sử dụng để kết nối với thiết bị bên ngoài (nguồn điện, động cơ): bộ khởi động từ, máy biến áp, cuộn cảm.
Các loại tín hiệu điều khiển
Cần phân biệt giữa các loại tín hiệu khác nhau và sử dụng cáp riêng cho từng loại. Các loại tín hiệu khác nhau có thể ảnh hưởng lẫn nhau. Trong thực tế, sự tách biệt này là phổ biến, ví dụ cáp từ cảm biến áp suất có thể được kết nối trực tiếp với bộ biến tần.
Trong bộ lễ phục. Hình 2 chỉ ra cách được khuyến nghị để kết nối bộ biến tần khi có nhiều mạch và tín hiệu điều khiển khác nhau.
Cơm. 2. Một ví dụ về kết nối mạch nguồn và mạch điều khiển của bộ biến tần
Các loại tín hiệu sau đây có thể được phân biệt:
-
tương tự - tín hiệu điện áp hoặc dòng điện (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), giá trị thay đổi chậm hoặc hiếm khi thay đổi, thường đây là các tín hiệu điều khiển hoặc đo lường;
-
tín hiệu điện áp hoặc dòng điện rời rạc (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), chỉ có thể nhận hai giá trị hiếm khi thay đổi (cao hoặc thấp);
-
kỹ thuật số (dữ liệu) — tín hiệu điện áp (0 … 5 V, 0 … 10 V) thay đổi nhanh và có tần số cao, thường đây là các tín hiệu từ các cổng RS232, RS485, v.v.;
-
rơle — tiếp điểm rơle (0 … 220 V AC) có thể bao gồm dòng điện cảm ứng tùy thuộc vào tải được kết nối (rơle ngoài, đèn, van, phanh, v.v.).
Lựa chọn công suất chuyển đổi tần số
Các thiết bị thực có nhiều khía cạnh có thể khiến tải hiện tại trên thiết bị tăng lên, chẳng hạn như trong quá trình khởi động. Về nguyên tắc, sử dụng biến tần cho phép bạn giảm tải dòng điện và cơ học do khởi động mềm. Ví dụ, dòng khởi động giảm từ 600% xuống 100-150% dòng định mức.
Lái xe với tốc độ giảm
Cần nhớ rằng mặc dù bộ biến tần dễ dàng cung cấp điều chỉnh tốc độ 10: 1 khi động cơ chạy ở tốc độ thấp, nhưng sức mạnh của quạt của chính nó có thể không đủ. Theo dõi nhiệt độ động cơ và cung cấp thông gió cưỡng bức.
tương thích điện từ
Nó được cung cấp bởi một máy phát điện khẩn cấp
Khởi động mềm được cung cấp bởi bộ biến tần cho phép giảm công suất yêu cầu của máy phát. Vì khi bắt đầu như vậy, dòng điện giảm 4-6 lần, nên công suất của máy phát điện có thể giảm đi một số lần tương tự. Nhưng một công tắc tơ vẫn phải được lắp đặt giữa máy phát điện và biến tần, được điều khiển bởi đầu ra rơ le của biến tần. Điều này bảo vệ bộ biến tần khỏi quá điện áp nguy hiểm.
Cung cấp bộ chuyển đổi ba pha từ mạng một pha
Bộ biến tần ba pha có thể được cấp nguồn từ mạng một pha, nhưng dòng điện đầu ra của chúng không được vượt quá 50% dòng định mức.
Tiết kiệm năng lượng và tiền bạc
Tiết kiệm đến từ nhiều lý do. Thứ nhất, vì tăng trưởng cosin phi đến các giá trị 0,98, tức là năng lượng tối đa được sử dụng để làm công việc hữu ích, tối thiểu là lãng phí. Thứ hai, một hệ số gần với giá trị này đạt được trong tất cả các chế độ vận hành của động cơ.
Không có bộ biến tần, động cơ không đồng bộ ở mức tải thấp có cosin phi là 0,3-0,4. Thứ ba, không cần điều chỉnh cơ học bổ sung (giảm chấn, van tiết lưu, van, phanh, v.v.), mọi thứ đều được thực hiện bằng điện tử. Với một thiết bị điều khiển như vậy, mức tiết kiệm có thể lên tới 50%.
Đồng bộ nhiều thiết bị
Bảo vệ mạng chống lại sóng hài cao hơn
Để bảo vệ bổ sung, ngoài các cáp được bảo vệ ngắn, cuộn cảm đường dây và tụ điện rẽ nhánh được sử dụng. gaNgoài ra, nó giới hạn dòng khởi động khi bật.
Lựa chọn lớp bảo vệ phù hợp
Tản nhiệt đáng tin cậy là điều cần thiết để ổ đĩa tần số hoạt động trơn tru. Nếu sử dụng các lớp bảo vệ cao, chẳng hạn như IP 54 trở lên, thì rất khó hoặc tốn kém để đạt được mức tản nhiệt như vậy. Do đó, có thể sử dụng một tủ riêng biệt với mức độ bảo vệ cao, nơi có thể lắp đặt các mô-đun thuộc loại thấp hơn và có thể thực hiện thông gió và làm mát chung.
Kết nối song song các động cơ điện với một bộ biến tần
Để giảm chi phí, có thể sử dụng một bộ biến tần để điều khiển nhiều động cơ điện. Công suất của nó nên được chọn với biên độ 10-15% tổng công suất của tất cả các động cơ điện. Để làm như vậy, cần phải giảm thiểu chiều dài của dây cáp động cơ và rất nên lắp đặt cuộn cảm động cơ.
Hầu hết các bộ biến tần không cho phép tắt động cơ hoặc kết nối thông qua công tắc tơ trong khi biến tần đang chạy. Điều này chỉ được thực hiện thông qua lệnh dừng trên thiết bị.
Cài đặt chức năng điều khiển
Để bộ truyền động điện đạt hiệu suất tối đa như: hệ số công suất, hiệu suất, khả năng chịu quá tải, độ êm điều tiết, độ bền, cần phải chọn đúng tỷ số giữa sự thay đổi tần số làm việc và điện áp ra của tần số đó. bộ chuyển đổi.
Chức năng thay đổi điện áp phụ thuộc vào đặc tính mô-men xoắn của tải. Ở mô-men xoắn không đổi, điện áp stato động cơ phải được điều khiển tỷ lệ thuận với tần số (điều khiển vô hướng U / F = const). Ví dụ, đối với một người hâm mộ, một tỷ lệ khác là U / F * F = const. Nếu chúng ta tăng tần số lên 2 lần thì điện áp sẽ tăng 4 lần (điều khiển véc tơ). Có những thiết bị có chức năng điều khiển phức tạp hơn.
Ưu điểm của việc sử dụng ổ đĩa tốc độ thay đổi với bộ biến tần
Ngoài việc tăng hiệu quả và tiết kiệm năng lượng, hệ dẫn động điện như vậy cho phép bạn có được những phẩm chất lái xe mới. Điều này được phản ánh trong việc loại bỏ các thiết bị cơ khí bổ sung tạo ra tổn thất và giảm độ tin cậy của hệ thống: phanh, giảm xóc, van tiết lưu, van, van điều khiển, v.v. Ví dụ, phanh có thể được thực hiện bằng cách đảo ngược trường điện từ trong stato của động cơ. Bằng cách chỉ thay đổi mối quan hệ chức năng giữa tần số và điện áp, chúng tôi có được một ổ đĩa khác mà không thay đổi bất cứ điều gì trong cơ học.
Đọc tài liệu
Cần lưu ý rằng mặc dù các bộ biến tần tương tự nhau và khi đã thành thạo một bộ thì sẽ dễ dàng xử lý bộ kia, tuy nhiên, cần phải đọc kỹ tài liệu. Một số nhà sản xuất áp đặt các hạn chế đối với việc sử dụng sản phẩm của họ và nếu những điều này bị vi phạm, họ sẽ loại bỏ sản phẩm khỏi bảo hành.
Có thể bạn quan tâm: Truyền động điện biến đổi như một phương tiện tiết kiệm năng lượng