Měnič s proměnnou frekvencí (VFD) je typ frekvenčního měniče, který řídí elektrický motor změnou frekvence a napětí dodávaného do motoru. Zkratka VFD také zahrnuje následující synonyma: pohon s proměnnou rychlostí, pohon s proměnnou frekvencí, frekvenční měnič, střídavý pohon, mikropohon a invertor.
Frekvence (Hertz) přímo souvisí s otáčkami motoru (RPM nebo RPM). Jinými slovy, čím vyšší je frekvence, tím rychleji se otáčí rotor motoru. Pokud systém nevyžaduje, aby motor běžel na plné otáčky, lze použít VFD ke snížení frekvence a napětí tak, aby vyhovovaly procesním požadavkům systému a požadavkům na zatížení motoru. Frekvenční měnič VFD může snížit nebo zvýšit otáčky motoru pro zajištění požadovaných parametrů rychlosti.
Jak funguje frekvenční měnič?
Primární součástí frekvenčního měniče neboli VFD je proudový měnič. Proudový měnič se skládá ze šesti diod, které jsou obdobou zpětných ventilů používaných ve vodovodních systémech. Umožňují proudění pouze jedním směrem; Směr proudu je znázorněn na symbolu diody ve formě šipky. Například, když je napětí fáze A (analogicky s vodovodním systémem, napětí může být reprezentováno jako tlak) vyšší než napětí fáze B nebo C, otevře se příslušná dioda. Když se napětí fáze B stane vyšším než napětí fáze A, dioda fáze B se otevře a dioda fáze A se zavře. Totéž platí pro 3 diody na záporné straně sběrnice. Dostaneme tedy šest proudových „pulzů“, když se každá dioda otevírá a zavírá. Toto se nazývá „šestipulzní VFD“, což je standardní konfigurace pro současné frekvenční měniče.
Předpokládejme, že měnič pracuje se síťovým napětím 480 V. Hodnota 480 V je efektivní. Linka 480 V rms vrcholí na 679 V. Jak můžete vidět, sběrnice měniče má stejnosměrné napětí se střídavým zvlněním. Napětí se pohybuje od přibližně 580 V do 680 V.
Střídavého zvlnění na stejnosměrné sběrnici se můžeme zbavit přidáním kondenzátoru.Kondenzátor funguje podobně jako zásobník nebo baterie v napájecím systému. Tento kondenzátor absorbuje zvlnění střídavého proudu a poskytuje hladké stejnosměrné napětí. Střídavé zvlnění na stejnosměrné sběrnici je obvykle menší než 3 volty. Napětí stejnosměrné sběrnice se tak stane přibližně “650 VDC”. Skutečné napětí bude záviset na napájecím napětí střídavého proudu k motoru, úrovni nevyváženosti napětí v elektrickém systému, zatížení motoru, impedanci systému a případných dalších tlumivkách nebo harmonických filtrech měniče.
Převodník diodového můstku, který převádí střídavé napětí na stejnosměrné, se někdy jednoduše nazývá „převodník“. Článkem, který převádí stejnosměrný proud zpět na střídavý, je také převodník, ale pro odlišení od převodníku diodového se obvykle nazývá „střídač“.
Vezměte prosím na vědomí, že ve skutečném střídavém měniči budou zobrazené přepínače ve skutečnosti tranzistory
Když sepneme jeden z horních spínačů ve střídači, příslušná fáze motoru se připojí ke kladné stejnosměrné sběrnici a napětí na této fázi se stane kladným. Když sepneme jeden ze spodních spínačů ve střídači, fáze se připojí k záporné stejnosměrné sběrnici a stane se zápornou. Můžeme tedy nastavit libovolnou fázi na motoru jako kladnou nebo zápornou a podle toho generovat jakoukoli požadovanou frekvenci. Takže můžeme udělat jakoukoli fázi pozitivní, negativní nebo nulovou.
Modrá sinusovka je zobrazena pouze pro srovnání. Pohon ve skutečnosti tuto sinusovku negeneruje
Všimněte si, že výstupní signál z frekvenčního měniče je „čtvercový“ průběh. Pohon VFD nemůže generovat dokonalou sinusovku. Tento obdélníkový signál přirozeně nebude dobrou volbou pro všeobecné distribuční systémy, ale je docela vhodný pro elektromotor.
Pokud chceme snížit frekvenci motoru na 30 Hz, pak jednoduše spínáme invertorové tranzistory pomaleji. Ale pokud snížíme frekvenci na 30 Hz, musíme také snížit napětí na 240 V, abychom zachovali poměr V/Hz. Jak snížíme napětí, když máme pouze 650 V DC napětí?
Tento princip se nazývá Pulse Width Modulation neboli PWM. Představte si, že můžeme řídit tlak v přívodu vody otáčením ventilu vysokou rychlostí. Ačkoli by to nebylo praktické pro systém zásobování vodou, pro VFD to funguje skvěle. Vezměte prosím na vědomí, že během prvního cyklu bude napětí pouze poloviční a ve druhé polovině cyklu bude nulové. Průměrné napětí je tedy poloviční 480 V nebo 240 V. Pulsním výstupem můžeme dosáhnout libovolného průměrného napěťového výstupu z VFD.
Proč používat frekvenční měnič VFD?
Snížení spotřeby energie a nákladů na elektřinu.
Pokud máte aplikaci, která nevyžaduje konstantní provoz při maximální rychlosti, můžete snížit náklady na energii řízením motoru pomocí frekvenčního měniče, což je jedna z výhod frekvenčních měničů. Střídavý měnič VFD umožňuje přizpůsobit otáčky motoru požadované zátěži. V současné době neexistuje žádný jiný, efektivnější způsob ovládání střídavého motoru, který by toho dosáhl.
V současné době spotřebovávají elektromotory více než 65 % celosvětové spotřeby energie. Optimalizace řídicích systémů motoru pomocí frekvenčních měničů může snížit spotřebu energie v některých případech až o 70 %. Kromě toho použití frekvenčního měniče zlepšuje kvalitu produktu a snižuje výrobní náklady.
Zvýšená výroba díky přísnější kontrole technologických procesů.
Provozováním motorů s maximální účinností bude méně chyb a méně prostojů v procesním cyklu, což zase poskytne vyšší úrovně příjmů. Například na dopravnících a pásech pomocí řízení frekvence eliminujete trhnutí během spouštění, což vám umožňuje používat průběžné spouštění.
Zvyšte životnost zařízení a omezte údržbu.
Vaše zařízení poběží déle a bude mít méně prostojů kvůli údržbě díky optimálnímu řízení frekvence a napětí. Frekvenční měnič také zajistí optimální ochranu elektromotoru před elektrotepelným přetížením, ztrátou fáze, přepětím atd. Frekvenční měnič rovněž zajistí hladký rozběh motoru eliminací možného rázového zatížení.
Zdroj: © Chastotnik.Pro
Přihlaste se k odběru Elec.ru. Jsme v Telegramu, VKontakte a Odnoklassniki
Frekvenční měniče (neboli frekvenční měniče) jsou elektronické zařízení pro regulaci frekvence střídavého napětí. Hlavním úkolem střídače je měnit otáčky a točivý moment asynchronních elektrických strojů. Princip činnosti řízení a regulace je založen na závislosti rychlosti rotace magnetického pole na frekvenci napájecího napětí.
Frekvenční měnič pro asynchronní motor
Asynchronní elektromotory jsou široce používány jako pohony pro průmyslová zařízení, čerpací jednotky, regulační ventily a další zařízení. Hlavní nevýhodou těchto elektrických strojů je konstantní rychlost otáčení, vysoké startovací proudy. Pomocí frekvenčních měničů je možné tyto nedostatky odstranit a výrazně rozšířit pole působnosti střídavých motorů.
Samotný princip frekvenční regulace asynchronního motoru byl nastíněn již ve 30. letech. Ale vzhledem ke složitosti technické realizace a slabé materiálové základně existující v té době v oblasti výkonových spínačů byl odladěn na pozdější dobu. A s rychlým rozvojem výkonových tranzistorů a tyristorů IGBT se vývojář mohl vrátit k tématu regulace frekvence.
V závislosti na typu použitého motoru a vlastnostech elektrické sítě mohou být frekvenční měniče navrženy pro jednofázové nebo třífázové napájení. Jednofázový režim odpovídá jmenovitému síťovému napětí – 220 V a třífázový – 380 V.
Princip činnosti frekvenčních měničů
Obecný princip činnosti všech frekvenčních měničů, bez ohledu na jejich modifikace, se scvrkává na následující:
- usměrnění napájecího proudu (přes skupinu diod)
- vybudování signálu o požadované frekvenci (přes skupinu tranzistorů s podporou mikrokontroléru)
- charakteristika filtru při převodu signálu
- konečné vytvoření výstupního signálu požadovaných parametrů (pomocí indukčnosti)
Různé modely umožňují implementovat následující typy připojení:
- jednofázový vstup – jednofázový výstup
- jednofázový vstup – třífázový výstup
- třífázový vstup – třífázový výstup
Vlastnosti provozu frekvenčního měniče 220V
Použití frekvenčního generátoru 220 V je opodstatněné při použití jednofázové (domácí) elektrické sítě. V tomto případě je možné na výstupu získat signál, který umožňuje řídit třífázový asynchronní motor.
Pro optimalizaci provozu tohoto typu zařízení je motor zapojen do trojúhelníkové konfigurace. Tím se zabrání výrazné ztrátě energie v systému.
Frekvenční měniče 220V určené pro jednofázové elektromotory lze snadno a jednoduše implementovat do stávajících instalací. Frekvenční generátory fungují jako mezičlánek mezi elektromotorem a napájecí sítí. Po správném propojení „fáze“ a „nuly“ zbývá pouze nakonfigurovat provozní parametry, které optimalizují provoz měniče.
Vlastnosti provozu frekvenčního měniče 380V
Důležitou vlastností třífázového měniče je nejen klasické připojení přímo z rozvodné desky třífázové napájecí sítě, ale také schopnost frekvenčního měniče tohoto typu pracovat z jedné fáze. V tomto případě bude výstupní signál reprezentovat každou ze tří fází 220 V, nikoli 380 V. Zapojení v tomto případě probíhá následovně: elektromotory určené pro napětí 380 V / 220 V jsou vypnuty trojúhelníkem , a elektromotory napájené ze sítě 127 V/220 V – „hvězda“.
Pro získání hodnoty výstupního napětí 380V je při připojení třífázového frekvenčního generátoru do jednofázové sítě nutné použít jednofázový transformátor 220/380V. Světoznámé značky elektrotechnických výrobků vyrábějí specializované frekvenční měniče se zabudovaným zvyšovacím transformátorem. Na výstupu takové jednotky z jednofázové sítě 220V je vydáváno třífázové napětí 380V.
