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AFM210 7,5 kW 9900 UAH (l'unico generatore di frequenza sul mercato 220 v 380 con una potenza di 7,5 kW)

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Frequenza moderna azionamento elettrico regolabileè costituito da un motore elettrico asincrono o sincrono e da un convertitore di frequenza (vedere Fig. 1.).

Un motore elettrico converte l'energia elettrica in

energia meccanica e mette in moto l'organo esecutivo del meccanismo tecnologico.

Il convertitore di frequenza controlla il motore elettrico ed è un dispositivo elettronico statico. All'uscita del convertitore viene generata una tensione elettrica con ampiezza e frequenza variabili.

Il nome “azionamento elettrico a frequenza variabile” è dovuto al fatto che la velocità di rotazione del motore viene controllata modificando la frequenza della tensione di alimentazione fornita al motore da un convertitore di frequenza.

Negli ultimi 10-15 anni, il mondo ha assistito a un’introduzione diffusa e di successo di azionamenti elettrici a frequenza variabile per risolvere vari problemi tecnologici in molti settori dell’economia. Ciò è spiegato principalmente dallo sviluppo e dalla creazione di convertitori di frequenza basati su una base di elementi fondamentalmente nuova, basata principalmente su transistor bipolari con IGBT a gate isolato.

Questo articolo descrive brevemente i tipi di convertitori di frequenza oggi conosciuti utilizzati negli azionamenti elettrici a frequenza variabile, i metodi di controllo implementati in essi, le loro caratteristiche e caratteristiche.

Nelle discussioni successive parleremo dell'azionamento elettrico trifase a controllo di frequenza, poiché ha la più grande applicazione industriale.

Informazioni sui metodi di gestione

In un motore elettrico sincrono, la velocità del rotore è

lo stato stazionario è uguale alla velocità di rotazione campo magnetico statore.

In un motore elettrico asincrono, la velocità del rotore è

in stato stazionario differisce dalla velocità di rotazione per l'entità dello scorrimento.

La frequenza di rotazione del campo magnetico dipende dalla frequenza della tensione di alimentazione.

Quando l'avvolgimento dello statore di un motore elettrico viene alimentato con una tensione trifase a frequenza, viene creato un campo magnetico rotante. La velocità di rotazione di questo campo è determinata dalla formula ben nota

dove è il numero di coppie di poli dello statore.

Il passaggio dalla velocità di rotazione del campo, misurata in radianti, alla frequenza di rotazione, espressa in giri al minuto, si effettua mediante la seguente formula

dove 60 è il fattore di conversione della dimensione.

Sostituendo la velocità di rotazione del campo in questa equazione, otteniamo questo

Pertanto, la velocità del rotore dei motori sincroni e asincroni dipende dalla frequenza della tensione di alimentazione.

Il metodo di regolazione della frequenza si basa su questa dipendenza.

Modificando la frequenza all'ingresso del motore utilizzando un convertitore, regoliamo la velocità del rotore.

Il convertitore di frequenza più comune basato su motori asincroni a gabbia di scoiattolo utilizza il controllo della frequenza scalare e vettoriale.

Con il controllo scalare, l'ampiezza e la frequenza della tensione applicata al motore vengono modificate secondo una determinata legge. Una variazione della frequenza della tensione di alimentazione porta ad una deviazione dai valori calcolati della coppia massima e iniziale del motore, dell'efficienza e del fattore di potenza. Pertanto, per mantenere le caratteristiche prestazionali richieste del motore, è necessario modificare contemporaneamente l'ampiezza della tensione con una variazione della frequenza.

Nei convertitori di frequenza esistenti, con controllo scalare, il rapporto tra la coppia massima del motore e il momento resistente sull'albero viene spesso mantenuto costante. Cioè, quando la frequenza cambia, l'ampiezza della tensione cambia in modo tale che il rapporto tra la coppia massima del motore e la coppia di carico attuale rimane invariato. Questo rapporto è chiamato capacità di sovraccarico del motore.

A una capacità di sovraccarico costante, il fattore di potenza nominale e l'efficienza del motore nell'intera gamma di controllo della velocità di rotazione praticamente non cambia.

La coppia massima sviluppata dal motore è determinata dalla seguente relazione

dove è un coefficiente costante.

Pertanto, la dipendenza della tensione di alimentazione dalla frequenza è determinata dalla natura del carico sull'albero del motore elettrico.

Per una coppia di carico costante, il rapporto U/f = cost viene mantenuto e, di fatto, si garantisce che la coppia massima del motore rimanga costante. La natura della dipendenza della tensione di alimentazione dalla frequenza nel caso di coppia di carico costante è mostrata in Fig. 2. L'angolo di inclinazione della retta sul grafico dipende dai valori del momento resistente e della coppia massima del motore.

Allo stesso tempo, alle basse frequenze, a partire da un certo valore di frequenza, la coppia massima del motore inizia a diminuire. Per compensare ciò e aumentare la coppia di spunto viene utilizzato un aumento del livello della tensione di alimentazione.

Nel caso di un carico del ventilatore si realizza la dipendenza U/f2 = const. La natura della dipendenza della tensione di alimentazione dalla frequenza in questo caso è mostrata in Fig. 3. Quando si regola nella gamma delle basse frequenze, anche la coppia massima diminuisce, ma per di questo tipo il carico non è critico.

Utilizzando la dipendenza della coppia massima dalla tensione e dalla frequenza, è possibile tracciare un grafico di U rispetto a f per qualsiasi tipo di carico.

Un vantaggio importante del metodo scalare è la capacità di controllare simultaneamente un gruppo di motori elettrici.

Il controllo scalare è sufficiente per la maggior parte delle applicazioni pratiche degli azionamenti a frequenza variabile con un intervallo di controllo della velocità del motore fino a 1:40.

Il controllo vettoriale consente di aumentare significativamente la gamma di controllo, la precisione del controllo e aumentare la velocità dell'azionamento elettrico. Questo metodo fornisce il controllo diretto della coppia del motore.

La coppia è determinata dalla corrente dello statore, che crea un emozionante campo magnetico. Con controllo diretto della coppia

È necessario modificare, oltre all'ampiezza e alla fase della corrente statorica, cioè il vettore corrente. Da qui deriva il termine “controllo vettoriale”.

Per controllare il vettore corrente e, di conseguenza, la posizione del flusso magnetico dello statore rispetto al rotore rotante, è necessario conoscere in qualsiasi momento l'esatta posizione del rotore. Il problema viene risolto utilizzando un sensore di posizione del rotore esterno oppure determinando la posizione del rotore calcolando altri parametri del motore. Come parametri vengono utilizzate le correnti e le tensioni degli avvolgimenti dello statore.

Meno costoso è un convertitore di frequenza con controllo vettoriale senza sensore. feedback velocità, tuttavia, il controllo vettoriale richiede un volume elevato e un'elevata velocità di calcoli da parte del convertitore di frequenza.

Inoltre, per il controllo diretto della coppia a velocità di rotazione basse, prossime allo zero, è impossibile il funzionamento di un azionamento elettrico a frequenza controllata senza retroazione della velocità.

Il controllo vettoriale con un sensore di feedback della velocità fornisce un intervallo di controllo fino a 1:1000 e superiore, la precisione del controllo della velocità è di qualche centesimo di punto percentuale, la precisione della coppia è di qualche punto percentuale.

Un azionamento sincrono a velocità variabile utilizza gli stessi metodi di controllo di un azionamento asincrono.

Tuttavia, dentro forma pura Il controllo della frequenza della velocità di rotazione dei motori sincroni viene utilizzato solo a basse potenze, quando le coppie di carico sono piccole e l'inerzia del meccanismo di azionamento è bassa. A potenze elevate, solo un azionamento con carico della ventola soddisfa pienamente queste condizioni. In casi con altri tipi di carico, il motore potrebbe perdere il sincronismo.

Per gli azionamenti elettrici sincroni ad alta potenza, viene utilizzato un metodo di controllo della frequenza con autosincronizzazione, che impedisce al motore di perdere il sincronismo. La particolarità del metodo è che il convertitore di frequenza viene controllato in stretta conformità con la posizione del rotore del motore.

Un convertitore di frequenza è un dispositivo progettato per convertire la corrente alternata (tensione) di una frequenza in AC(tensione) di una frequenza diversa.

La frequenza di uscita nei moderni convertitori può variare in un ampio intervallo ed essere sia superiore che inferiore alla frequenza della rete di alimentazione.

Il circuito di qualsiasi convertitore di frequenza è costituito da parti di potenza e di controllo. La parte di potenza dei convertitori è solitamente costituita da tiristori o transistor che funzionano in modalità interruttore elettronico. La parte di controllo viene eseguita su microprocessori digitali e fornisce il controllo della potenza
chiavi elettroniche, oltre a risolvere un gran numero di compiti ausiliari (monitoraggio, diagnostica, protezione).

Convertitori di frequenza,

utilizzato in regolamentato

Gli azionamenti elettrici, a seconda della struttura e del principio di funzionamento dell'azionamento, sono suddivisi in due classi:

1. Convertitori di frequenza con un collegamento CC intermedio chiaramente definito.

2. Convertitori di frequenza con accoppiamento diretto (senza collegamento CC intermedio).

Ciascuna delle classi di convertitori esistenti presenta vantaggi e svantaggi, che determinano l'area di applicazione razionale di ciascuno di essi.

Storicamente, i convertitori ad accoppiamento diretto sono stati i primi ad apparire.

(Fig. 4.), in cui la parte di potenza è un raddrizzatore controllato ed è costituita da tiristori non bloccabili. Il sistema di controllo sblocca alternativamente i gruppi di tiristori e collega gli avvolgimenti dello statore del motore all'alimentazione.

Pertanto, la tensione di uscita del convertitore è formata dalle sezioni "tagliate" delle sinusoidi della tensione di ingresso. Nella figura 5. mostra un esempio di generazione della tensione di uscita per una delle fasi di carico. All'ingresso del convertitore è presente una tensione sinusoidale trifase ia, iv, is. La tensione di uscita iv1x ha una forma "a dente di sega" non sinusoidale, che può essere approssimata condizionatamente da una sinusoide (linea ispessita). La figura mostra che la frequenza della tensione di uscita non può essere uguale o superiore alla frequenza della rete di alimentazione. Varia da 0 a 30 Hz. Di conseguenza, l'intervallo di controllo della velocità del motore è ridotto (non più di 1: 10). Questa limitazione non consente l'uso di tali convertitori nei moderni azionamenti a frequenza controllata con un'ampia gamma di controllo dei parametri tecnologici.

L'uso di tiristori non commutabili richiede sistemi di controllo relativamente complessi, che aumentano il costo del convertitore.

La sinusoide "tagliata" all'uscita del convertitore è una fonte di armoniche più elevate, che causano ulteriori perdite nel motore elettrico, surriscaldamento della macchina elettrica, riduzione della coppia e forti interferenze nella rete di alimentazione. L'utilizzo di dispositivi di compensazione comporta un aumento del costo, del peso, delle dimensioni e una diminuzione dell'efficienza. sistemi nel loro complesso.

Oltre agli svantaggi elencati, i convertitori ad accoppiamento diretto presentano alcuni vantaggi. Questi includono:

Quasi il massimo alta efficienza rispetto ad altri convertitori (98,5% e oltre),

La capacità di lavorare con tensioni e correnti elevate, che rende possibile il loro utilizzo in potenti azionamenti ad alta tensione,

Relativamente economico, nonostante l'aumento del costo assoluto dovuto ai circuiti di controllo e alle apparecchiature aggiuntive.

Circuiti convertitori simili vengono utilizzati nei vecchi azionamenti e i nuovi progetti non sono praticamente sviluppati.

I più utilizzati nei moderni azionamenti a frequenza controllata sono i convertitori con un collegamento CC chiaramente definito (Fig. 6.).

I convertitori di questa classe utilizzano la doppia conversione dell'energia elettrica: una tensione sinusoidale in ingresso con ampiezza e frequenza costanti viene raddrizzata in un raddrizzatore (V), filtrata da un filtro (F), livellata e quindi riconvertita da un inverter (I) in una tensione alternata di frequenza e ampiezza variabili. La doppia conversione energetica porta ad una diminuzione dell’efficienza. e ad un certo peggioramento degli indicatori di peso e dimensioni rispetto ai convertitori con accoppiamento diretto.

Per generare tensione alternata sinusoidale vengono utilizzati inverter di tensione autonomi e inverter di corrente autonomi.

I tiristori bloccabili GTO e le loro modifiche migliorate GCT, IGCT, SGCT e i transistor bipolari a gate isolato IGBT sono utilizzati come interruttori elettronici negli inverter.

Il vantaggio principale dei convertitori di frequenza a tiristori, come in un circuito ad accoppiamento diretto, è la capacità di lavorare con correnti e tensioni elevate, resistendo al carico continuo e agli effetti degli impulsi.

Hanno un'efficienza maggiore (fino al 98%) rispetto ai convertitori basati su transistor IGBT (95 - 98%).

I convertitori di frequenza basati su tiristori occupano attualmente una posizione dominante negli azionamenti ad alta tensione nella gamma di potenza da centinaia di kilowatt a decine di megawatt con una tensione di uscita di 3 - 10 kV e superiore. Tuttavia, il loro prezzo per kW di potenza in uscita è il più alto nella classe dei convertitori ad alta tensione.

Fino a poco tempo fa, i convertitori di frequenza GTO rappresentavano una quota importante nel settore degli azionamenti a frequenza variabile a bassa tensione. Ma con l'avvento dei transistor IGBT, si è verificata una "selezione naturale" e oggi i convertitori basati su di essi sono generalmente leader riconosciuti nel campo degli azionamenti a frequenza variabile a bassa tensione.

Il tiristore è un dispositivo semi-controllato: per accenderlo è sufficiente applicare un breve impulso al terminale di controllo, ma per spegnerlo è necessario applicargli una tensione inversa o ridurre a zero la corrente commutata. Per
Ciò richiede un sistema di controllo complesso e ingombrante in un convertitore di frequenza a tiristori.

I transistor bipolari IGBT si distinguono dai tiristori per la completa controllabilità, un sistema di controllo semplice a basso consumo energetico e la frequenza operativa più elevata.

Di conseguenza, i convertitori di frequenza IGBT consentono di espandere la gamma di controllo della velocità di rotazione del motore e di aumentare la velocità dell'azionamento nel suo complesso.

Per un azionamento elettrico asincrono con controllo vettoriale, i convertitori IGBT consentono il funzionamento a basse velocità senza sensore di retroazione.

L'uso di IGBT con una frequenza di commutazione più elevata in combinazione con un sistema di controllo a microprocessore nei convertitori di frequenza riduce il livello di armoniche più elevate caratteristiche dei convertitori a tiristori. Di conseguenza si hanno minori perdite aggiuntive negli avvolgimenti e nel circuito magnetico del motore elettrico, un ridotto riscaldamento della macchina elettrica, ridotte pulsazioni di coppia e l'eliminazione del cosiddetto "cammino" del rotore nella gamma delle basse frequenze . Le perdite nei trasformatori e nei banchi di condensatori vengono ridotte, la loro durata e l'isolamento dei cavi aumentano, il numero di falsi positivi dispositivi di protezione ed errori degli strumenti di misura ad induzione.

I convertitori basati su transistor IGBT, rispetto ai convertitori a tiristori con la stessa potenza di uscita, si distinguono per dimensioni ridotte, peso, maggiore affidabilità grazie al design modulare degli interruttori elettronici, migliore rimozione del calore dalla superficie del modulo e un minor numero di strutturali elementi.

Consentono una protezione più completa contro picchi di corrente e sovratensione, riducendo significativamente la probabilità di guasti e danni all'azionamento elettrico.

Attualmente, i convertitori IGBT a bassa tensione hanno un prezzo più elevato per unità di potenza in uscita a causa della relativa complessità della produzione dei moduli a transistor. Tuttavia, in termini di rapporto qualità/prezzo, sulla base dei vantaggi elencati, superano nettamente i convertitori a tiristori, inoltre negli ultimi anni si è verificato un costante calo dei prezzi dei moduli IGBT;

Attualmente l'ostacolo principale al loro utilizzo negli azionamenti ad alta tensione con conversione diretta di frequenza e con potenze superiori a 1 - 2 MW sono le limitazioni tecnologiche. Un aumento della tensione di commutazione e della corrente operativa porta ad un aumento delle dimensioni del modulo transistor e richiede anche una rimozione del calore più efficiente dal cristallo di silicio.

Le nuove tecnologie dei transistor bipolari mirano a superare queste limitazioni e anche le prospettive per le applicazioni IGBT negli azionamenti ad alta tensione sono molto elevate. Attualmente, i transistor IGBT vengono utilizzati nei convertitori ad alta tensione sotto forma di più collegamenti in serie

Struttura e principio di funzionamento di un convertitore di frequenza a bassa tensione basato su transistor GBT

Un tipico circuito di un convertitore di frequenza a bassa tensione è mostrato in Fig. 7. La parte inferiore della figura mostra i grafici delle tensioni e delle correnti all'uscita di ciascun elemento del convertitore.

La tensione alternata della rete di alimentazione (IV) con ampiezza e frequenza costanti (UEx = const, f^ = const) viene fornita ad un raddrizzatore controllato o non controllato (1).

Per attenuare le increspature della tensione raddrizzata (e raddrizzata), viene utilizzato un filtro (2). Il raddrizzatore e il filtro capacitivo (2) costituiscono il collegamento CC.

Dall'uscita del filtro viene fornita una tensione costante ud all'ingresso di un inverter autonomo (3).

L'inverter autonomo dei moderni convertitori a bassa tensione, come notato, si basa su transistor bipolari di potenza con IGBT a gate isolato. La figura in questione mostra un circuito convertitore di frequenza con inverter di tensione autonomo come quello più utilizzato.

ZVE MO PS xr<)A\U IQTOTOKAj

L'inverter converte la tensione continua ud in tensione impulsiva trifase (o monofase) di ampiezza e frequenza variabili. Sulla base dei segnali provenienti dal sistema di controllo, ciascun avvolgimento del motore elettrico è collegato tramite i corrispondenti transistor di potenza dell'inverter ai poli positivo e negativo del collegamento CC.

La durata di connessione di ciascun avvolgimento all'interno del periodo di ripetizione dell'impulso è modulata secondo una legge sinusoidale. La massima ampiezza dell'impulso viene fornita a metà del semiciclo e diminuisce verso l'inizio e la fine del semiciclo. Pertanto, il sistema di controllo fornisce la modulazione della larghezza di impulso (PWM) della tensione applicata agli avvolgimenti del motore. L'ampiezza e la frequenza della tensione sono determinate dai parametri della funzione sinusoidale modulante.

Ad elevate frequenze portanti PWM (2 ... 15 kHz), gli avvolgimenti del motore agiscono come un filtro grazie alla loro elevata induttanza. Pertanto, in essi scorrono correnti quasi sinusoidali.

Nei circuiti convertitori con raddrizzatore controllato (1), una variazione dell'ampiezza della tensione uH può essere ottenuta regolando il valore della tensione costante ud e una variazione della frequenza può essere ottenuta regolando la modalità operativa dell'inverter.

Se necessario, all'uscita dell'inverter autonomo viene installato un filtro (4) per attenuare le ondulazioni di corrente. (Nei circuiti convertitori IGBT, a causa del basso livello di armoniche superiori nella tensione di uscita, non è praticamente necessario un filtro.)

Pertanto, all'uscita del convertitore di frequenza, si forma una tensione alternata trifase (o monofase) di frequenza e ampiezza variabili (uout = var, ^out = var).

Negli ultimi anni molte aziende, dettate dalle esigenze del mercato, hanno prestato grande attenzione allo sviluppo e alla realizzazione di convertitori di frequenza ad alta tensione. La tensione di uscita richiesta di un convertitore di frequenza per un azionamento elettrico ad alta tensione raggiunge 10 kV e oltre con una potenza fino a diverse decine di megawatt.

Per tali tensioni e potenze, la conversione diretta della frequenza utilizza interruttori elettronici di potenza a tiristori molto costosi con circuiti di controllo complessi. Il convertitore è collegato alla rete tramite un reattore limitatore di corrente in ingresso o tramite un trasformatore di adattamento.

La tensione e la corrente massime di un singolo interruttore elettronico sono limitate, pertanto vengono utilizzate soluzioni circuitali speciali per aumentare la tensione di uscita del convertitore. Inoltre, ciò consente di ridurre il costo complessivo dei convertitori di frequenza ad alta tensione attraverso l'uso di interruttori elettronici a bassa tensione.

Le seguenti soluzioni circuitali vengono utilizzate nei convertitori di frequenza di diversi produttori.

Nel circuito del convertitore (Fig. 8.), la doppia trasformazione della tensione viene eseguita utilizzando trasformatori ad alta tensione step-down (T1) e step-up (T2).

La doppia trasformazione consente di utilizzare la Fig. 9 per la regolazione della frequenza Relativamente economico

convertitore di frequenza a bassa tensione, la cui struttura è mostrata in Fig. 7.

I convertitori si distinguono per il loro costo relativamente basso e la facilità di implementazione pratica. Di conseguenza, vengono spesso utilizzati per controllare motori elettrici ad alta tensione nella gamma di potenza fino a 1 - 1,5 MW. Con una maggiore potenza dell'azionamento elettrico, il trasformatore T2 introduce distorsioni significative nel processo di controllo del motore elettrico. I principali svantaggi dei convertitori a due trasformatori sono le caratteristiche di peso e dimensioni elevate, efficienza inferiore rispetto ad altri schemi (93 - 96%) e affidabilità.

I convertitori realizzati secondo questo schema hanno un intervallo limitato di controllo della velocità del motore sia al di sopra che al di sotto della frequenza nominale.

Quando la frequenza all'uscita del convertitore diminuisce, la saturazione del nucleo aumenta e la modalità operativa di progettazione del trasformatore di uscita T2 viene interrotta. Pertanto, come dimostra la pratica, il campo di regolazione è limitato a Pnom>P>0,5Pnom. Per espandere la gamma di controllo vengono utilizzati trasformatori con una sezione maggiore del nucleo magnetico, ma ciò aumenta il costo, il peso e le dimensioni.

All'aumentare della frequenza di uscita, aumentano le perdite nel nucleo del trasformatore T2 dovute all'inversione della magnetizzazione e alle correnti parassite.

Negli azionamenti con una potenza superiore a 1 MW e una tensione a bassa tensione di 0,4 - 0,6 kV, la sezione del cavo tra il convertitore di frequenza e l'avvolgimento a bassa tensione dei trasformatori deve essere progettata per correnti fino a kiloampere, che aumenta il peso del convertitore.

Per aumentare la tensione operativa del convertitore di frequenza, gli interruttori elettronici sono collegati in serie (vedere Fig. 9.).

Il numero di elementi in ciascun braccio è determinato dalla tensione operativa e dal tipo di elemento.

Il problema principale di questo schema è lo stretto coordinamento del funzionamento delle chiavi elettroniche.

Gli elementi semiconduttori, fabbricati anche nello stesso lotto, hanno una serie di parametri, quindi il compito di coordinare il loro funzionamento nel tempo è molto impegnativo. Se uno degli elementi si apre tardi o si chiude prima degli altri, gli verrà applicata la piena tensione del braccio e si guasterà.

Per ridurre il livello di armoniche più elevate e migliorare la compatibilità elettromagnetica, vengono utilizzati circuiti convertitori multiimpulso. Il coordinamento del convertitore con la rete di alimentazione viene effettuato utilizzando trasformatori di adattamento multi-avvolgimento T.

Nella figura 9. mostra un circuito a 6 impulsi con un trasformatore di adattamento a due avvolgimenti. In pratica ci sono 12, 18, 24 schemi di impulsi

convertitori. Il numero di avvolgimenti secondari dei trasformatori in questi circuiti è rispettivamente 2, 3, 4.

Il circuito è più comune per i convertitori ad alta tensione e alta potenza. I convertitori hanno alcuni dei migliori indicatori di peso specifico e dimensioni, la gamma di variazioni della frequenza di uscita va da 0 a 250-300 Hz, l'efficienza dei convertitori raggiunge il 97,5%.

3. Circuito convertitore con trasformatore multiavvolgimento

Il circuito di potenza del convertitore (Fig. 10.) è costituito da un trasformatore multi-avvolgimento e da celle elettroniche dell'invertitore. Il numero di avvolgimenti secondari dei trasformatori nei circuiti noti raggiunge 18. Gli avvolgimenti secondari sono spostati elettricamente l'uno rispetto all'altro.

Ciò consente l'utilizzo di celle inverter a bassa tensione. La cella è realizzata secondo il seguente schema: un raddrizzatore trifase non controllato, un filtro capacitivo, un inverter monofase che utilizza transistor IGBT.

Le uscite delle celle sono collegate in serie. Nell'esempio mostrato, ciascuna fase di potenza del motore contiene tre celle.

In termini di caratteristiche, i convertitori sono più vicini ad un circuito con collegamento sequenziale di chiavi elettroniche.

Attualmente sul mercato russo sono presenti dozzine di marche di convertitori di frequenza a bassa tensione di produttori stranieri e russi. Tra questi ci sono aziende europee leader: Siemens, ABB, SEW Eurodrive, Control Techniques (Emerson Corporation), Schneider Electric, Danfoss, K.E.B., Lenze, Allen-Breadly (Rockwell Automation Corporation), Bosch Rexroth. I prodotti di questi produttori sono ampiamente rappresentati ed esiste una vasta rete di rivenditori. Finora, i prodotti di aziende europee come Emotron, Vacon, SSD Drives (Parker Corporation), Elettronica Santerno sono meno conosciuti. Ci sono anche prodotti di produttori americani: General Electric Corporation, AC Technology International (parte del gruppo Lenze) e WEG (Brasile).

Le aziende asiatiche rappresentano una seria concorrenza per i produttori europei e americani. Prima di tutto, si tratta di aziende giapponesi: Mitsubishi Electric, Omron-Yaskawa, Panasonic, Hitachi, Toshiba, Fuji Electric. I marchi coreani e taiwanesi sono ampiamente rappresentati: LG Industrial Systems, HYUNDAI Electronics, Delta Electronics, Tecorp, Long Shenq Electronic, Mecapion.

Tra i produttori nazionali, la più famosa è l'azienda Vesper. Puoi anche notare convertitori specializzati dei marchi ACh, EPV (JSC Elektroapparat), REN2K o REMS (MKE).

La maggior parte dei produttori offre convertitori di frequenza che possono funzionare ad anello aperto e ciclo chiuso controllo (controllo vettoriale), con set di ingressi e uscite programmabili, con un controller PID integrato. Anche nei convertitori di frequenza coreani o taiwanesi più economici si possono trovare i cosiddetti sensorless, cioè senza sensore di posizione del rotore, modalità operativa vettoriale. L'intervallo di controllo può essere 1:50.

Tuttavia, i principali produttori offrono una modalità di controllo vettoriale più avanzata senza sensore di feedback, basata su algoritmi di controllo avanzati. Uno dei pionieri in questo settore è stato ABB, che ha proposto DTR (controllo diretto della coppia), un metodo per controllare la velocità e la coppia senza sensore di feedback. L'azienda inglese Control Techniques ha implementato una modalità di controllo del collegamento del flusso del rotore (RFC) senza utilizzare un sensore di feedback, che consente di controllare la coppia con una precisione sufficiente per la maggior parte delle attività, espandere l'intervallo di controllo a 100, garantire un'elevata precisione nel mantenimento della velocità a basse velocità e raggiungono la stessa corrente di sovraccarico delle modalità ad anello chiuso.

I grandi produttori offrono dispositivi multifunzionali con un'intera gamma di opzioni (moduli di espansione, resistenze di frenatura, controller integrati, filtri, induttanze, ecc.) o li equipaggiano con sistemi CNC o controller di movimento.

Sempre più spesso è possibile vedere l'uso di un'unità in modalità rigenerativa, ad es. con la capacità di restituire l'energia rilasciata durante la frenata alla rete (ascensori, scale mobili, gru). Tipicamente, a questo scopo viene utilizzato un azionamento specializzato con un raddrizzatore controllato. Aziende leader, come Control Techniques, offrono la rigenerazione come una delle modalità operative del convertitore di frequenza Unidrive SP, ottenendo così un notevole risparmio energetico e un'elevata efficienza del sistema.

La gamma descritta consente al tecnico di scegliere un convertitore di frequenza adatto con un'ampia gamma di funzioni e programmi integrati. Allo stesso tempo, i principali marchi europei, ad esempio del Regno Unito e della Germania, competono con successo sul prezzo con maggiore funzionalità e qualità

Portiamo alla vostra attenzione una descrizione di alcuni prodotti disponibili sul mercato russo. Le informazioni sui fornitori possono essere trovate sul nostro sito web:

Società di automazione Rockwell leader permanente nel mercato dell'energia elettrica, ha lanciato una nuova serie di convertitori di frequenza Allen-Bradley® PowerFlex® nella gamma di potenza da 0,25 kW a 6770 kW. La nuova serie altamente efficiente combina un design compatto con un ampio funzionalità ed eccellente caratteristiche prestazionali. Viene utilizzato nell'industria alimentare, cartaria, tessile, nella lavorazione dei metalli, nella lavorazione del legno, nelle apparecchiature di pompaggio e ventilazione, ecc. La tavolozza contiene due classi di unità: Component e Architectural. I modelli della classe Component sono progettati per risolvere compiti di controllo standard e gli azionamenti della classe Architectural, grazie a modifiche flessibili della configurazione, possono essere facilmente adattati e integrati nei sistemi di controllo di varie apparecchiature di potenza. Tutti i modelli offrono eccezionali capacità di comunicazione, un'ampia gamma di pannelli operatore e strumenti di programmazione, che facilitano notevolmente il funzionamento e accelerano l'avvio delle apparecchiature.

PowerFlex®4

L'azionamento Powerflex 4 è il rappresentante più compatto ed economico di questa famiglia. Dispositivo di controllo della velocità ideale, questo modello offre versatilità soddisfacendo al tempo stesso i requisiti di flessibilità, compattezza e facilità d'uso dei produttori e degli utenti finali.

L'azionamento implementa una legge di controllo tensione-frequenza con possibilità di compensazione dello scorrimento. Un'eccellente aggiunta a questo modello è la versione ultracompatta dell'azionamento Power@Flex4M, con un range di potenza operativa esteso fino a 2,2 kW per la versione monofase e fino a 11 kW per tensione trifase 400VAC. La scala di prezzo proposta per questo modello ci permette di sperare, se non in un successo della stagione, nella sua popolarità abbastanza ampia.

PowerFlex®7000

I convertitori di frequenza PowerFlex serie 7000 rappresentano la terza generazione di convertitori di frequenza in media tensione di Rockwell Automation. Progettato per regolare la velocità, la coppia, il senso di rotazione dei motori CA asincroni e sincroni. Design unico La serie PowerFlex 7000 è un design brevettato PowerCage di gabbie di alimentazione contenenti componenti chiave della trasmissione. Il nuovo design modulare è semplice e ha pochi componenti, fornendo alta affidabilità e ne facilita l'utilizzo. I principali vantaggi degli azionamenti in media tensione includono: costi operativi ridotti, capacità di avviare motori di grandi dimensioni da piccole alimentazioni e caratteristiche di qualità migliorate del processo controllato e delle apparecchiature utilizzate.

A seconda della potenza in uscita, gli azionamenti sono disponibili in tre dimensioni:

Custodia A – Gamma di potenza 150-900 kW con tensione di alimentazione 2400-6600 V

Alloggiamento B – Gamma di potenza 150-4100 kW con tensione di alimentazione 2400-6600 V

Alloggiamento C – Gamma di potenza 2240-6770 kW con tensione di alimentazione 4160-6600 V

I convertitori di frequenza PowerFlex 7000 sono disponibili con opzioni a 6 impulsi, 18 impulsi o PWM, offrendo all'utente una notevole flessibilità nel ridurre l'impatto delle armoniche della linea di servizio. Inoltre, fornisce un controllo vettoriale diretto senza sensore per un migliore controllo della zona basse velocità, rispetto agli azionamenti che utilizzano il metodo di controllo U/f, nonché la capacità di regolare la coppia del motore, come avviene negli azionamenti CC. Come pannello operatore viene offerto un modulo con display a cristalli liquidi da 16 righe e 40 caratteri.

Momento d'inerzia più elevato senza riduttore aggiuntivo

I servomotori a bassa inerzia della serie Beckhoff AM3000, realizzati con nuovi materiali e tecnologie, vengono utilizzati principalmente in applicazioni dinamiche con carichi elevati, ad esempio, per azionare gli assi di macchine per la lavorazione dei metalli o dispositivi senza riduttori. Abbinati all'elevata inerzia del rotore, offrono gli stessi vantaggi dei motori della serie AM3xxx, come l'avvolgimento statorico polare, che consente di ridurre notevolmente l'ingombro del motore. Le flange, i connettori e gli alberi dei nuovi motori della serie AM3500 sono compatibili con i collaudati motori AM3000. I nuovi modelli AM3500 sono disponibili con flange di dimensioni 3 – 6 e hanno coppie da 1,9 a 15 Nm. Le velocità di rotazione del motore vanno da 3000 a 6000 giri/min. Per i sistemi di retroazione sono disponibili convertitori di coordinate o sensori di posizione assoluta (mono o multigiro). L'alloggiamento è classificato IP 64; Sono possibili opzioni con classe di protezione IP 65/67. Questa serie di motori soddisfa gli standard di sicurezza CE, UL e CSA.

Nuova generazione di azionamenti

La linea Emotron è stata ampliata con gli azionamenti NGD: FDU2.0, VFX2.0 (potenza da 0,75 kW a 1,6 MW) e VSC/VSA (0,18–7,5 kW). Gli azionamenti a velocità variabile FDU2.0 (per meccanismi centrifughi) e VFX2.0 (per meccanismi a pistone) consentono all'utente di impostare i parametri operativi nelle unità richieste, hanno un pannello di controllo rimovibile con una funzione per copiare le impostazioni, i modelli fino a 132 kW hanno un design standard economico IP54 (i modelli da 160 a 800 kW possono essere installati anche in speciali custodie compatte IP54). Lo scambio di dati durante il processo avviene utilizzando Fieldbus (Profibus-DP, DeviceNet, Ethernet), tramite porte (RS-232, RS-485, Modbus RTU), nonché uscite analogiche e digitali.

Gli azionamenti vettoriali VSA e VSC di piccola taglia sono specificatamente progettati per il controllo della velocità di motori asincroni trifase di piccola potenza: sono disponibili modelli con ingresso a 220 V da 0,18 a 2,2 kW, e modelli a 380 V da 0,75 a 7,5 kW.

Famiglia ATV61-ATV71

Il mercato dei convertitori di frequenza in Russia si sta sviluppando rapidamente. Non sorprende che attiri numerosi produttori, sia grandi che poco conosciuti. Attualmente Mercato russo molto segmentato. Ma ecco un paradosso: nonostante ci siano attualmente più di 30 marchi sul mercato, una quota di mercato significativa appartiene a 7-8 aziende e non più di due leader indiscussi. Tuttavia, le eccellenti caratteristiche tecniche dell'attrezzatura non sono una garanzia di successo. Le posizioni di leader in Russia sono state prese dalle aziende che investono fondi consistenti nello sviluppo del business e nelle infrastrutture aziendali.

L'azienda Schneider Electric, i cui interessi in Russia sono rappresentati dalla JSC Schneider Electric, nel 2007 ha notevolmente ampliato la propria offerta di prodotti. Ora la famiglia ATV61-ATV71 è stata ampliata con una modifica a 690 V e sono apparse molte versioni con protezione IP54. Esiste anche un modello speciale per l'azionamento di ascensori e gru ATV71*383 con tecnologia unica controllo di un motore sincrono. Entro la fine del 2008, nella linea Altivar apparirà un apparecchio con una potenza di 2400 kW a 690 V. Altivar 61 può ora funzionare in applicazioni con trasformatori step-up.

La nuova serie economica Altivar 21 è progettata specificatamente per impianti di riscaldamento, condizionamento e ventilazione in ambito residenziale e edifici pubblici. Altivar 21 controlla motori da 0,75 a 75 kW con tensioni di 380 V e 200 ... 240 V.

Altivar 21 dispone di numerose funzioni applicative:

– regolatore PI integrato;

– “ritiro al volo”;

– funzione sonno/veglia;

– protezione e gestione allarmi;

– resistenza ai disturbi di rete, funzionamento a temperature fino a +50°C e caduta di tensione del -50%.

Grazie alla nuova tecnologia senza condensatori, Altivar 21 non necessita di dispositivi di mitigazione delle armoniche. Coefficiente totale– THDI 30%. L'abbandono dei condensatori e l'utilizzo di semiconduttori più potenti hanno aumentato il tempo di funzionamento.

La leadership di Schneider Electric nel mercato dei convertitori è il risultato di un serio lavoro volto a migliorare la tolleranza ai guasti dei convertitori. L'MTTF per alcuni modelli arriva fino a 640.000 ore. Altivar funziona con cadute di tensione fino a -50%, temperature fino a +50%, in ambienti chimicamente aggressivi e con rumore impulsivo nella rete. Questo è un argomento serio per ripetere l'acquisto. La fiducia dell'acquirente nell'attrezzatura e la reputazione dell'azienda non possono essere sopravvalutate.

Guida da SICK

La produzione moderna richiede l'automazione di molte operazioni manuali per l'impostazione di vari parametri su varie macchine e macchine confezionatrici. Spesso l'operatore ha la necessità di modificare i parametri geometrici di un manufatto o altre attività simili. In questo caso gli azionamenti di posizionamento di SICK-Stegmann sono il dispositivo conveniente ideale per questo tipo di operazione.

HIPERDRIVE® – gli azionamenti di posizionamento sono il risultato dell'integrazione di un motore DC brushless, un riduttore, un encoder assoluto multigiro, un'elettronica di potenza e di controllo in un unico dispositivo. Gli azionamenti dispongono tra l'altro di un'interfaccia di rete Profibus o DeviceNet. Questo dispositivo ha lo scopo di eseguire attività di posizionamento punto a punto ed è un dispositivo a scatola nera facile da utilizzare.

Attualmente per tali compiti vengono utilizzati i servoazionamenti. Ma l'uso di tali sistemi presenta una serie di svantaggi. Innanzitutto questo non è economicamente giustificato. I sistemi basati su servo solitamente richiedono anche un inverter, un freno e un encoder assoluto.

I principali vantaggi di queste unità:

– Dispositivo altamente integrato

Ridurre le dimensioni dell'unità

Facile assemblaggio e configurazione

Azionamento a frequenza variabile

Azionamento a frequenza variabile (VFD)- sistema di controllo della velocità di rotazione di un motore elettrico asincrono (sincrono). È costituito dal motore elettrico stesso e da un convertitore di frequenza.

Un convertitore di frequenza (convertitore di frequenza) è un dispositivo costituito da un raddrizzatore (ponte CC) che converte la corrente alternata di frequenza industriale in corrente continua e un inverter (convertitore) (a volte con PWM) che converte la corrente continua in corrente alternata della frequenza richiesta e ampiezza. Tiristori di uscita (GTO) o induttori e, per ridurre le interferenze elettromagnetiche, un filtro EMC.

Applicazione

I VFD vengono utilizzati nei sistemi di trasporto, nelle macchine da taglio, nel controllo degli azionamenti di miscelatori, pompe, ventilatori, compressori, ecc. VFD ha trovato un posto in condizionatori domestici. I VFD stanno diventando sempre più popolari nel trasporto elettrico urbano, soprattutto nei filobus. L'applicazione consente:

• migliorare la precisione del controllo
• ridurre il consumo energetico in caso di carico variabile.

Applicazione di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio

Il metodo classico per controllare l'alimentazione delle unità di pompaggio prevede, secondo alcuni, la strozzatura delle linee di pressione e la regolazione del numero delle unità operative parametro tecnico(ad esempio, pressione nella tubazione). In questo caso, le unità di pompaggio vengono selezionate in base a determinate caratteristiche di progettazione (solitamente verso l'alto) e funzionano costantemente in una determinata modalità con una velocità di rotazione costante, senza tener conto delle fluttuazioni di portata e pressione causate dal consumo di acqua variabile. Quelli. in parole povere, anche quando non è richiesto uno sforzo significativo, le pompe continuano a funzionare al ritmo operativo specificato, consumando una notevole quantità di energia elettrica. Ciò, ad esempio, accade di notte, quando il consumo di acqua diminuisce drasticamente.

La nascita dell'azionamento elettrico regolabile ha permesso di andare nella direzione opposta nella tecnologia dei sistemi di alimentazione: ora non è l'unità di pompaggio a dettare le condizioni, ma le caratteristiche delle tubazioni stesse. Ampia applicazione nella pratica mondiale ha ricevuto un azionamento elettrico a frequenza controllata con un motore elettrico asincrono per uso industriale generale. Il controllo della frequenza della velocità di rotazione dell'albero di un motore asincrono viene effettuato utilizzando dispositivo elettronico, che è comunemente chiamato convertitore di frequenza. L'effetto sopra descritto si ottiene modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione trifase fornita al motore elettrico. Pertanto, modificando i parametri della tensione di alimentazione (controllo della frequenza), è possibile rendere la velocità di rotazione del motore sia inferiore che superiore a quella nominale.

Il metodo di conversione della frequenza si basa su seguente principio. Tipicamente, la frequenza della rete industriale è 50 Hz. Prendiamo ad esempio una pompa con un motore elettrico bipolare. A questa frequenza di rete, la velocità di rotazione del motore è di 3000 (50 Hz x 60 sec) giri al minuto e fornisce all'uscita dell'unità di pompaggio la pressione e le prestazioni nominali (poiché questi sono i suoi parametri nominali, secondo il passaporto). Se, utilizzando un convertitore di frequenza, si riduce la frequenza della tensione alternata fornita ad esso, la velocità di rotazione del motore diminuirà di conseguenza e, di conseguenza, cambieranno la pressione e le prestazioni dell'unità di pompaggio. Le informazioni sulla pressione nella rete vengono fornite al convertitore di frequenza utilizzando uno speciale sensore di pressione installato nella tubazione, sulla base di questi dati il ​​convertitore modifica di conseguenza la frequenza fornita al motore;

Il moderno convertitore di frequenza ha un design compatto, un alloggiamento resistente alla polvere e all'umidità e un'interfaccia intuitiva che ne consente l'utilizzo nelle condizioni più difficili e negli ambienti problematici. Il range di potenza è molto ampio e va da 0,4 a 500 kW o più con un'alimentazione standard di 220/380 V e 50-60 Hz. La pratica dimostra che l'uso di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio consente:

Risparmia energia regolando il funzionamento dell'azionamento elettrico in base al consumo effettivo di acqua (effetto di risparmio del 20-50%);

Ridurre il consumo di acqua riducendo le perdite quando viene superata la pressione nella linea principale, quando il consumo di acqua è effettivamente ridotto (in media del 5%);

Ridurre i costi per la prevenzione e importante ristrutturazione strutture e attrezzature (l'intera infrastruttura dell'approvvigionamento idrico), in seguito alla soppressione delle situazioni di emergenza causate in particolare dai colpi d'ariete, che spesso si verificano quando si utilizza un azionamento elettrico non regolato (è stato dimostrato che la durata delle apparecchiature aumenta di almeno almeno 1,5 volte);

Ottenere determinati risparmi di calore nei sistemi di fornitura di acqua calda riducendo le perdite di acqua che trasporta il calore;

Aumentare la pressione al di sopra del normale, se necessario;

Automatizzare completamente il sistema di approvvigionamento idrico, riducendo così il fondo salari personale di servizio e di servizio ed eliminare l'influenza del "fattore umano" sul funzionamento del sistema, che è anche importante. Secondo le stime dei progetti già implementati, il periodo di recupero dell'investimento per il progetto di introduzione dei convertitori di frequenza è di 1-2 anni.

Perdite di energia durante il freno motore

In molte installazioni, un azionamento elettrico regolabile ha il compito non solo di regolare dolcemente la coppia e la velocità di rotazione del motore elettrico, ma anche di rallentare e frenare gli elementi dell'installazione. Soluzione classica Tale compito è un sistema di azionamento con un motore asincrono con un convertitore di frequenza dotato di un interruttore di frenatura con resistenza di frenatura.

Allo stesso tempo, nella modalità di decelerazione/frenatura, il motore elettrico funziona come un generatore, convertendo l'energia meccanica in energia elettrica, che viene infine dissipata dalla resistenza di frenatura. Tipiche installazioni in cui cicli di accelerazione si alternano a cicli di decelerazione sono montacarichi, ascensori, centrifughe, avvolgitrici, ecc.

Tuttavia, al momento esistono già convertitori di frequenza con recuperatore incorporato, che consentono di restituire alla rete l'energia ricevuta dal motore funzionante in modalità frenata. È anche interessante notare che per un certo intervallo di potenze, il costo di installazione di un convertitore di frequenza con resistenze di frenatura è spesso paragonabile al costo di installazione di un convertitore di frequenza con recuperatore integrato, anche senza tenere conto dell'elettricità risparmiata.

In questo caso, l'installazione inizia a “guadagnare denaro” quasi immediatamente dopo la messa in servizio.

Produttori

• STC "Drive Technology", marchio "Momentum" (Chelyabinsk)

Vedi anche

Collegamenti esterni

Fondazione Wikimedia.

2010.

Il convertitore di frequenza (azionamento a frequenza variabile, VFD) è un sistema per controllare la velocità di rotazione di un motore elettrico asincrono (sincrono). È costituito dal motore elettrico stesso e da un convertitore di frequenza... Wikipedia

Azionamento: in meccanica, un azionamento (identico anche a un azionamento di potenza) è un insieme di dispositivi progettati per azionare le macchine. È costituito da un motore, una trasmissione e un sistema di controllo. Esistono unità di gruppo (per diverse macchine) e... ... Wikipedia - (abbreviato in azionamento elettrico) è un sistema elettromeccanico per la guida attuatori

2010.

macchine funzionanti e controllare questo movimento per implementare il processo tecnologico. Azionamento elettrico moderno... ...Wikipedia

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Il controllo della frequenza della velocità angolare di rotazione di un azionamento elettrico con motore asincrono è attualmente ampiamente utilizzato, poiché consente di modificare dolcemente la velocità del rotore su un ampio intervallo, sia al di sopra che al di sotto dei valori nominali.

I convertitori di frequenza sono dispositivi moderni e high-tech con un ampio campo di controllo e un'ampia gamma di funzioni per il controllo dei motori asincroni. Massima qualità e l'affidabilità ne consentono l'utilizzo in vari settori per controllare gli azionamenti di pompe, ventilatori, trasportatori, ecc.

In base alla tensione di alimentazione, i convertitori di frequenza sono suddivisi in monofase e trifase e, in base alla loro progettazione, in macchine elettriche rotanti e statiche. Nei convertitori di macchine elettriche la frequenza variabile è ottenuta mediante l'utilizzo di macchine elettriche convenzionali o speciali. La modifica della frequenza della corrente di alimentazione si ottiene attraverso l'uso di elementi elettrici che non si muovono.

I convertitori di frequenza per reti monofase consentono di fornire azionamento elettrico per apparecchiature di produzione con una potenza fino a 7,5 kW. Una caratteristica progettuale dei moderni convertitori monofase è che all'ingresso è presente una fase con una tensione di 220 V e all'uscita tre fasi con lo stesso valore di tensione, che consente di collegare motori elettrici trifase al dispositivo senza l'uso di condensatori.

I convertitori di frequenza alimentati da rete trifase 380V sono disponibili in una gamma di potenza da 0,75 a 630 kW. A seconda del livello di potenza, i dispositivi sono realizzati in custodie combinate di polimero e metallo.

La strategia di controllo più popolare per i motori elettrici asincroni è il controllo vettoriale. Attualmente, la maggior parte dei convertitori di frequenza implementa il controllo vettoriale o anche il controllo vettoriale senza sensore (questa tendenza si riscontra nei convertitori di frequenza che inizialmente implementano il controllo scalare e non dispongono di terminali per il collegamento di un sensore di velocità).

In base al tipo di carico in uscita, i convertitori di frequenza sono suddivisi per tipologia costruttiva:

per azionamenti di pompe e ventilatori;

per azionamento elettrico industriale generale;

utilizzato come parte di motori elettrici funzionanti con sovraccarico.

I moderni convertitori di frequenza hanno una serie diversificata di caratteristiche funzionali, ad esempio hanno il controllo manuale e automatico della velocità e del senso di rotazione del motore, nonché sul pannello di controllo. Dotato della possibilità di regolare il range di frequenza di uscita da 0 a 800 Hz.

I convertitori sono in grado di controllare automaticamente un motore asincrono utilizzando segnali provenienti da sensori periferici e di azionare l'azionamento elettrico secondo un algoritmo di temporizzazione specificato. Funzioni di supporto per il ripristino automatico della modalità operativa in caso di interruzione di corrente a breve termine. Controlla i processi transitori da un telecomando e proteggi i motori elettrici dai sovraccarichi.

Dall'equazione segue la relazione tra la velocità angolare di rotazione e la frequenza della corrente di alimentazione

ω o = 2πf 1 /p

Quando la tensione dell'alimentazione U1 rimane costante e la frequenza cambia, cambia il flusso magnetico del motore asincrono. Allo stesso tempo, per un migliore utilizzo del sistema magnetico, quando la frequenza di alimentazione viene ridotta, è necessario ridurre proporzionalmente la tensione, altrimenti la corrente magnetizzante e le perdite nell'acciaio aumenteranno in modo significativo.

Allo stesso modo, quando la frequenza di alimentazione aumenta, la tensione dovrebbe essere aumentata proporzionalmente per mantenere costante il flusso magnetico, poiché altrimenti (a coppia costante sull'albero) ciò comporterà un aumento della corrente del rotore, sovraccaricando di corrente i suoi avvolgimenti e una diminuzione della coppia massima.

La legge razionale della regolazione della tensione dipendeva dalla natura del momento di resistenza.

Con una coppia di carico statica costante (Mc = cost), la tensione deve essere regolata in proporzione alla sua frequenza U1/f1 = cost. Per la natura del carico, il rapporto assume la forma U1/f 2 1 = cost.

Con una coppia di carico inversamente proporzionale alla velocità U1/ √ f1= cost.

Le figure seguenti mostrano uno schema di collegamento semplificato e le caratteristiche meccaniche di un motore asincrono con controllo in frequenza della velocità angolare.

Il motore asincrono a valle della rete principale viene portato quasi a zero.

Quando cambia la frequenza della rete di alimentazione, il limite superiore della velocità di rotazione di un motore asincrono dipende dalle sue proprietà meccaniche, soprattutto perché a frequenze superiori alla frequenza nominale il motore asincrono funziona con prestazioni energetiche migliori rispetto a frequenze più basse. Pertanto, se nel sistema di azionamento viene utilizzato un riduttore, questo controllo della frequenza del motore deve essere effettuato non solo verso il basso, ma anche verso l'alto dal punto nominale, fino alla velocità di rotazione massima consentita nelle condizioni di resistenza meccanica del rotore.

Quando la velocità del motore aumenta al di sopra del valore specificato nel passaporto, la frequenza della fonte di alimentazione non deve superare la frequenza nominale di non più di 1,5 - 2 volte.

Il metodo della frequenza è il più promettente per la regolazione di un motore asincrono con rotore a gabbia di scoiattolo. Le perdite di potenza in questo modo di regolazione sono piccole, poiché non sono accompagnate da un aumento. Le caratteristiche meccaniche risultanti sono altamente rigide.

La regolazione tramite convertitore di frequenza consente, utilizzando un convertitore speciale, di modificare in modo flessibile le modalità operative del motore elettrico: avvio, arresto, accelerazione, frenata, modifica della velocità di rotazione.

Una variazione della frequenza della tensione di alimentazione porta ad una variazione della velocità angolare del campo magnetico dello statore. Quando la frequenza diminuisce, il motore diminuisce e lo scorrimento aumenta.

Principio di funzionamento del convertitore di frequenza

Lo svantaggio principale dei motori asincroni è la difficoltà di regolare la velocità utilizzando metodi tradizionali: modificando la tensione di alimentazione e introducendo resistenze aggiuntive nel circuito di avvolgimento. Più perfetto è convertitore di frequenza motore elettrico. Fino a poco tempo fa, i convertitori erano costosi, ma l’avvento dei transistor IGBT e dei sistemi di controllo a microprocessore lo ha reso possibile produttori stranieri creare dispositivi a prezzi accessibili. I più avanzati ora sono statici

La velocità angolare del campo magnetico dello statore ω 0 cambia in proporzione alla frequenza ƒ 1 secondo la formula:

ω 0 = 2π׃ 1 /p,

dove p è il numero di coppie polari.

Il metodo fornisce un controllo regolare della velocità. In questo caso la velocità di scorrimento del motore non aumenta.

Per ottenere elevate prestazioni energetiche del motore - efficienza, fattore di potenza e capacità di sovraccarico, insieme alla frequenza, la tensione di alimentazione viene modificata in base ad alcune dipendenze:

• coppia di carico costante - U 1 / ƒ 1 = cost;
• carattere del ventilatore della coppia di carico - U 1 / ƒ 1 2 = cost;
• coppia di carico, inversamente proporzionale alla velocità - U 1 /√ ƒ 1 = cost.

Queste funzioni sono implementate utilizzando un convertitore che modifica contemporaneamente la frequenza e la tensione sullo statore del motore. L'elettricità viene risparmiata attraverso la regolazione utilizzando il parametro tecnologico richiesto: pressione della pompa, prestazioni del ventilatore, velocità di avanzamento della macchina, ecc. In questo caso, i parametri cambiano gradualmente.

Metodi di controllo della frequenza dei motori elettrici asincroni e sincroni

In un azionamento a frequenza controllata basato su motori asincroni con rotore a gabbia di scoiattolo, vengono utilizzati due metodi di controllo: scalare e vettoriale. Nel primo caso, l'ampiezza e la frequenza della tensione di alimentazione cambiano contemporaneamente.

Ciò è necessario per mantenere le caratteristiche operative del motore, molto spesso un rapporto costante tra la sua coppia massima e il momento di resistenza sull'albero. Di conseguenza, efficienza e fattore di potenza rimangono invariati nell'intero intervallo di rotazione.

Il controllo vettoriale consiste nel modificare simultaneamente l'ampiezza e la fase della corrente sullo statore.

Questo tipo di convertitore di frequenza funziona solo con carichi ridotti e, se superano i valori consentiti, il sincronismo potrebbe essere interrotto.

Vantaggi del convertitore di frequenza

La regolazione della frequenza presenta tutta una serie di vantaggi rispetto ad altri metodi.

1. Automazione del funzionamento del motore e dei processi produttivi.
2. Avvio fluido, eliminando gli errori tipici che si verificano durante l'accelerazione del motore. Aumentare l'affidabilità dei convertitori di frequenza e delle apparecchiature riducendo i sovraccarichi.
3. Maggiore efficienza operativa e prestazioni complessive della trasmissione.
4. Creazione di una velocità costante del motore elettrico indipendentemente dalla natura del carico, che è importante durante i processi transitori. L'uso del feedback rende possibile il supporto velocità costante motore sottoposto a vari influssi disturbanti, in particolare sotto carichi variabili.
5. I convertitori si integrano facilmente nei sistemi tecnici esistenti senza modifiche significative o interruzione dei processi tecnologici. La gamma di capacità è ampia, ma man mano che aumentano, i prezzi aumentano in modo significativo.
6. La capacità di abbandonare variatori, riduttori, induttanze e altre apparecchiature di controllo o di espandere la gamma della loro applicazione. Ciò si traduce in un notevole risparmio energetico.
7. Eliminazione degli effetti dannosi dei processi transitori sulle apparecchiature tecnologiche, come colpi d'ariete o aumento della pressione del fluido nelle tubazioni, riducendone al contempo il consumo notturno.

Screpolatura

Come tutti gli inverter, i convertitori di frequenza sono fonti di interferenze. Devono installare filtri.

I valori del marchio sono alti. Aumenta in modo significativo con l'aumentare della potenza dei dispositivi.

Controllo della frequenza durante il trasporto di liquidi

Negli impianti in cui vengono pompati acqua e altri liquidi, il controllo del flusso viene effettuato principalmente utilizzando valvole a saracinesca. Attualmente, una direzione promettente è l'uso di un convertitore di frequenza di una pompa o di un ventilatore che aziona le loro pale.

L'utilizzo di un convertitore di frequenza in alternativa alla valvola a farfalla garantisce un risparmio energetico fino al 75%. La valvola, pur trattenendo il flusso del liquido, non funziona lavoro utile. Allo stesso tempo aumenta la perdita di energia e materia durante il trasporto.

Il convertitore di frequenza consente di mantenere una pressione costante per l'utenza quando cambia la portata del fluido. Un segnale viene inviato dal sensore di pressione all'azionamento, che modifica la velocità del motore e quindi ne regola la velocità, mantenendo una determinata portata.

Le unità di pompaggio vengono controllate modificandone le prestazioni. Il consumo energetico della pompa è una funzione cubica della prestazione o della velocità di rotazione della ruota. Se la velocità viene ridotta di 2 volte, le prestazioni della pompa diminuiranno di 8 volte. Avere un programma giornaliero del consumo di acqua consente di determinare il risparmio energetico per questo periodo se si controlla un convertitore di frequenza. Grazie a ciò è possibile automatizzare la stazione di pompaggio e quindi ottimizzare la pressione dell'acqua nelle reti.

Funzionamento degli impianti di ventilazione e condizionamento dell'aria

Massimo flusso d'aria in entrata sistemi di ventilazione non sempre necessario. Le condizioni operative potrebbero richiedere prestazioni ridotte. Tradizionalmente, a questo scopo viene utilizzata la limitazione, quando la velocità della ruota rimane costante. È più conveniente modificare il flusso d'aria grazie a un azionamento a frequenza controllata quando cambiano le condizioni stagionali e climatiche, il rilascio di calore, umidità, vapori e gas nocivi.

Il risparmio energetico nei sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria non è inferiore a quello di stazioni di pompaggio, poiché la potenza assorbita dalla rotazione dell'albero è una funzione cubica dei giri.

Dispositivo convertitore di frequenza

Un moderno convertitore di frequenza è progettato utilizzando un circuito a doppio convertitore. È costituito da un raddrizzatore e un inverter a impulsi con un sistema di controllo.

Dopo aver raddrizzato la tensione di rete, il segnale viene livellato da un filtro e inviato a un inverter con sei interruttori a transistor, dove ciascuno di essi è collegato agli avvolgimenti dello statore di un motore elettrico asincrono. Il blocco converte il segnale raddrizzato in un segnale trifase della frequenza e ampiezza richieste. I transistor di potenza IGBT negli stadi di uscita hanno un'elevata frequenza di commutazione e forniscono un segnale ad onda quadra chiaro e privo di distorsioni. A causa delle proprietà di filtraggio degli avvolgimenti del motore, la forma della curva di corrente alla loro uscita rimane sinusoidale.

Metodi per regolare l'ampiezza del segnale

Il valore della tensione di uscita è regolato con due metodi:

1. Ampiezza: variazione del valore della tensione.
2. La modulazione dell'ampiezza dell'impulso è un metodo per convertire un segnale di impulso in cui la sua durata cambia, ma la frequenza rimane invariata. Qui la potenza dipende dall'ampiezza dell'impulso.

Il secondo metodo viene utilizzato più spesso in connessione con lo sviluppo della tecnologia dei microprocessori. Gli inverter moderni sono realizzati sulla base di tiristori GTO di spegnimento o transistor IGBT.

Capacità e applicazioni dei convertitori

Il convertitore di frequenza ha molte funzionalità.

1. Regolazione della frequenza della tensione di alimentazione trifase da zero a 400 Hz.
2. Accelerazione o frenatura del motore elettrico da 0,01 sec. fino a 50 minuti secondo una determinata legge del tempo (solitamente lineare). Durante l'accelerazione è possibile non solo ridurre, ma anche aumentare la coppia dinamica e di spunto fino al 150%.
3. Inversione del motore con modalità specificate di frenata e accelerazione alla velocità desiderata nell'altra direzione.
4. I convertitori sono dotati di protezione elettronica configurabile contro cortocircuiti, sovraccarichi, dispersioni verso terra e linee di alimentazione del motore aperte.
5. I display digitali dei convertitori mostrano i dati relativi ai loro parametri: frequenza, tensione di alimentazione, velocità, corrente, ecc.
6. I convertitori adattano le caratteristiche tensione-frequenza in base al carico richiesto sui motori. Le funzioni dei sistemi di controllo basati su di essi sono fornite da controller integrati.
7. Per le basse frequenze, è importante utilizzare il controllo vettoriale, che consente di lavorare con l'intera coppia del motore, mantenere una velocità costante quando i carichi cambiano e controllare la coppia sull'albero. Il convertitore di frequenza funziona bene quando i dati della targa del motore vengono immessi correttamente e successivamente implementazione di successo testandolo. Prodotti rinomati delle aziende HYUNDAI, Sanyu, ecc.

I campi di applicazione dei convertitori sono i seguenti:

• pompe in sistemi di fornitura di acqua calda e fredda e di riscaldamento;
• pompe per liquami, sabbia e polpa di impianti di lavorazione;
• sistemi di trasporto: trasportatori, rulliere e altri mezzi;
• miscelatori, mulini, frantoi, estrusori, dosatori, alimentatori;
• centrifughe;
• ascensori;
• attrezzature metallurgiche;
• attrezzature di perforazione;
• Azionamenti elettrici di macchine utensili;
• attrezzature per escavatori e gru, meccanismi di manipolazione.

Produttori di convertitori di frequenza, recensioni

Il produttore nazionale ha già iniziato a produrre prodotti adatti agli utenti in termini di qualità e prezzo. Il vantaggio è la possibilità di ottenere rapidamente il dispositivo desiderato, oltre a consigli dettagliati sulla configurazione.

Azienda " Sistemi efficienti"produce prodotti di serie e lotti pilota di apparecchiature. I prodotti vengono utilizzati per uso domestico, nelle piccole imprese e nell'industria. Il produttore "Vesper" produce sette serie di convertitori, tra cui quelli multifunzionali adatti alla maggior parte dei meccanismi industriali.

Il leader nella produzione di frequenze è il danese Azienda Danfoss. I suoi prodotti sono utilizzati nei sistemi di ventilazione, condizionamento dell'aria, approvvigionamento idrico e riscaldamento. Azienda finlandese Vacon, parte dell'azienda danese, produce progetti modulari da cui è possibile assemblare i dispositivi necessari senza parti inutili, il che consente di risparmiare sui componenti. Sono noti anche i convertitori del gruppo internazionale ABB, utilizzati nell'industria e nella vita di tutti i giorni.

A giudicare dalle recensioni, per risolvere semplici problemi tipici è possibile utilizzare convertitori domestici economici, ma per quelli complessi è necessario un marchio con molte più impostazioni.

Conclusione

Il convertitore di frequenza controlla il motore elettrico modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione di alimentazione, proteggendolo dai guasti: sovraccarichi, cortocircuito, interruzioni nella rete di fornitura. Questi svolgono tre funzioni principali legate all'accelerazione, alla frenata e alla velocità del motore. Ciò consente di aumentare l'efficienza delle apparecchiature in molti settori della tecnologia.