Secondo le ultime statistiche, circa il 70% di tutta l'elettricità generata nel mondo consuma un azionamento elettrico. E questa percentuale cresce ogni anno.

Con un metodo di controllo del motore elettrico opportunamente selezionato, è possibile ottenere la massima efficienza, la massima coppia sull'albero della macchina elettrica e allo stesso tempo aumenteranno le prestazioni complessive del meccanismo. I motori elettrici funzionanti in modo efficiente consumano un minimo di elettricità e forniscono la massima efficienza.

Per i motori alimentati da un convertitore di frequenza, l'efficienza dipenderà in gran parte dal metodo di controllo scelto. macchina elettrica. È solo comprendendo i meriti di ogni metodo che ingegneri e progettisti possono ottenere le migliori prestazioni da ogni metodo di controllo.
Contenuto:

Metodi di controllo

Molte persone che operano nel campo dell'automazione, ma non strettamente coinvolte nello sviluppo e nell'implementazione di sistemi di azionamento elettrico, ritengono che il controllo di un motore elettrico sia costituito da una sequenza di comandi immessi tramite un'interfaccia da un pannello di controllo o da un PC. Sì, in termini di gerarchia di gestione complessiva sistema automatizzato questo è corretto, ma ci sono ancora modi per controllare il motore elettrico stesso. Sono questi metodi che avranno il massimo impatto sulle prestazioni dell'intero sistema.

Per i motori asincroni collegati a un convertitore di frequenza, sono disponibili quattro metodi di controllo di base:

• U / f - volt per hertz;
• U/f con encoder;
• Controllo vettoriale ad anello aperto;
• Controllo vettoriale ad anello chiuso;

Tutti e quattro i metodi utilizzano la modulazione dell'ampiezza dell'impulso PWM, che modifica l'ampiezza di un segnale fisso modificando l'ampiezza dell'impulso per creare un segnale analogico.

La modulazione dell'ampiezza dell'impulso viene applicata al convertitore di frequenza utilizzando una tensione bus fissa corrente continua. aprendo e chiudendo rapidamente (più correttamente, commutando) generano impulsi in uscita. Variando l'ampiezza di questi impulsi si ottiene in uscita un'"onda sinusoidale" della frequenza desiderata. Anche se la forma della tensione di uscita dei transistor è pulsata, la corrente si ottiene comunque sotto forma di una sinusoide, poiché il motore elettrico ha un'induttanza che influisce sulla forma della corrente. Tutti i metodi di controllo sono basati sulla modulazione PWM. La differenza tra i metodi di controllo è solo nel metodo di calcolo della tensione applicata al motore.

In questo caso, la frequenza portante (mostrata in rosso) rappresenta la massima frequenza di commutazione dei transistor. La frequenza portante per gli inverter è generalmente compresa tra 2 kHz e 15 kHz. La frequenza di riferimento (mostrata in blu) è il segnale di frequenza di riferimento in uscita. Per gli inverter applicabili nei sistemi di azionamento convenzionali, di norma, si trova nell'intervallo 0 Hz - 60 Hz. Quando i segnali di due frequenze si sovrappongono, verrà emesso un segnale di apertura del transistor (indicato in nero), che alimenta il motore elettrico.

Metodo di controllo V/F

Il controllo Volt per Hertz, più comunemente indicato come V/F, è forse il modo più semplice per regolare. Viene spesso utilizzato in semplici sistemi di azionamento elettrico per la sua semplicità e quantità minima parametri necessari per il funzionamento. Questo tipo di controllo non richiede installazione obbligatoria encoder e impostazioni obbligatorie per il convertitore di frequenza (ma consigliato). Ciò si traduce in minori costi per equipaggiamento ausiliario(sensori, cavi di feedback, relè e così via). Il controllo U/F viene spesso utilizzato nelle apparecchiature ad alta frequenza, ad esempio viene spesso utilizzato nelle macchine CNC per azionare la rotazione del mandrino.

Il modello a coppia costante ha una coppia costante sull'intera gamma di velocità con lo stesso rapporto U/F. Il modello con rapporto di coppia variabile ha una tensione di alimentazione inferiore alle basse velocità. Ciò è necessario per evitare la saturazione della macchina elettrica.

U/F è l'unico modo controllo della velocità di un motore elettrico asincrono, che consente la regolazione di più azionamenti elettrici da un convertitore di frequenza. Di conseguenza, tutte le macchine si avviano e si arrestano contemporaneamente e funzionano alla stessa frequenza.

Ma Da questa parte la gestione ha diversi limiti. Ad esempio, quando si utilizza il metodo di controllo V/F senza encoder, non c'è assolutamente alcuna certezza che l'albero di una macchina a induzione stia ruotando. Oltretutto, Coppia di spunto macchina elettrica ad una frequenza di 3 Hz è limitata al 150%. Sì, la coppia limitata è più che sufficiente per la maggior parte delle apparecchiature esistenti. Ad esempio, quasi tutti i ventilatori e le pompe utilizzano un metodo di controllo V/F.

Questo metodo è relativamente semplice a causa della sua specifica più ampia. Il controllo della velocità è in genere compreso tra il 2% e il 3% della frequenza di uscita massima. La risposta in velocità viene calcolata per frequenze superiori a 3 Hz. La velocità di risposta del convertitore di frequenza è determinata dalla velocità della sua risposta a una variazione della frequenza di riferimento. Maggiore è la velocità di risposta, maggiore sarà la risposta dell'azionamento a una variazione del riferimento di velocità.

L'intervallo di controllo della velocità quando si utilizza il metodo V/F è 1:40. Moltiplicando questo rapporto per la frequenza massima di funzionamento dell'azionamento elettrico, si ottiene il valore della frequenza minima alla quale la macchina elettrica può funzionare. Ad esempio, se la frequenza massima è 60 Hz e l'intervallo è 1:40, la frequenza minima è 1,5 Hz.

Il modello U/F determina il rapporto tra frequenza e tensione durante il funzionamento di un convertitore di frequenza. Secondo lui, la curva di impostazione della velocità di rotazione (frequenza del motore elettrico) determinerà, oltre al valore della frequenza, il valore della tensione fornita ai terminali della macchina elettrica.

Operatori e tecnici possono selezionare il modello di regolazione V/F desiderato con un singolo parametro in un moderno convertitore di frequenza. I modelli preimpostati sono già ottimizzati per applicazioni specifiche. Ci sono anche opportunità per creare i tuoi modelli che saranno ottimizzati per sistema specifico azionamento elettrico o motore elettrico a frequenza controllata.

Dispositivi come ventilatori o pompe hanno una coppia di carico che dipende dalla loro velocità di rotazione. La coppia variabile (figura sopra) del modello V/F previene errori di regolazione e migliora l'efficienza. Questo modello di regolazione riduce le correnti di magnetizzazione alle basse frequenze riducendo la tensione sulla macchina elettrica.

Le macchine a coppia costante come nastri trasportatori, estrusori e altre apparecchiature utilizzano il metodo di controllo della coppia costante. Con un carico costante, è richiesta la piena corrente di magnetizzazione a tutte le velocità. Di conseguenza, la caratteristica ha una pendenza diretta nell'intera gamma di velocità.

Metodo di controllo U/F con encoder

Se è necessario migliorare la precisione del controllo della velocità, viene aggiunto un encoder al sistema di controllo. introduzione feedback in termini di velocità l'utilizzo di un encoder permette di aumentare la precisione di regolazione fino allo 0,03%. La tensione di uscita sarà comunque determinata dal modello V/F impostato.

Questo metodo di controllo non è stato ampiamente utilizzato, poiché i vantaggi che presenta rispetto alle funzioni V/F standard sono minimi. La coppia di spunto, la velocità di risposta e l'intervallo di controllo della velocità sono tutti identici a V/F standard. Inoltre, con l'aumento delle frequenze operative, possono sorgere problemi con il funzionamento dell'encoder, poiché ha un numero di giri limitato.

Controllo vettoriale ad anello aperto

Il controllo vettoriale ad anello aperto (VU) viene utilizzato per un controllo della velocità più ampio e dinamico di una macchina elettrica. Quando si parte da un convertitore di frequenza, i motori possono sviluppare una coppia di avviamento del 200% della coppia nominale a una frequenza di soli 0,3 Hz. Ciò amplia notevolmente l'elenco dei meccanismi in cui è possibile utilizzare un azionamento elettrico asincrono con controllo vettoriale. Questo metodo consente inoltre di controllare la coppia della macchina in tutti e quattro i quadranti.

La coppia è limitata dal motore. Ciò è necessario per prevenire danni ad apparecchiature, macchine o prodotti. Il valore dei momenti è suddiviso in quattro diversi quadranti, a seconda del senso di rotazione della macchina elettrica (avanti o indietro) ea seconda che il motore elettrico implementi. I limiti possono essere impostati separatamente per ciascun quadrante oppure l'utente può impostare la coppia totale nel convertitore di frequenza.

La modalità motore della macchina asincrona sarà fornita in modo che il campo magnetico del rotore sia in ritardo campo magnetico statore. Se il campo magnetico del rotore inizia a superare il campo magnetico dello statore, la macchina entrerà in modalità di frenata rigenerativa con ritorno di energia, in altre parole, il motore asincrono passerà alla modalità generatore.

Ad esempio, una tappatrice di bottiglie può utilizzare un limite di coppia nel quadrante 1 (avanti con coppia positiva) per evitare un serraggio eccessivo del tappo di bottiglia. Il meccanismo produce un movimento in avanti e utilizza momento positivo per avvitare il tappo della bottiglia. D'altra parte, un dispositivo come un ascensore con un contrappeso più pesante di un'auto vuota utilizzerà il quadrante 2 (rotazione inversa e coppia positiva). Se la cabina è sollevata piano più alto, allora la coppia sarà opposta alla velocità. Ciò è necessario per limitare la velocità di sollevamento ed evitare la caduta libera del contrappeso, in quanto più pesante della cabina.

La retroazione di corrente in questi convertitori di frequenza consente di impostare limiti sulla coppia e sulla corrente del motore, poiché all'aumentare della corrente, aumenta anche la coppia. La tensione di uscita dell'inverter può aumentare se il meccanismo richiede più coppia o diminuire se raggiunge il suo limite. valore consentito. Ciò rende il principio di controllo vettoriale di una macchina asincrona più flessibile e dinamico rispetto al principio U/F.

Inoltre, i convertitori di frequenza con controllo vettoriale ad anello aperto hanno una risposta in velocità più rapida - 10 Hz, che ne consente l'utilizzo in meccanismi con carichi d'urto. Ad esempio, frantoi roccia il carico è in continua evoluzione e dipende dal volume e dalle dimensioni della roccia lavorata.

A differenza del modello di controllo V/F, il controllo vettoriale utilizza un algoritmo vettoriale per determinare la massima tensione operativa effettiva del motore.

Il controllo vettoriale VU risolve questo problema dovuto alla presenza di feedback sulla corrente del motore. Di norma, la retroazione di corrente è generata dai trasformatori di corrente interni del convertitore di frequenza stesso. Sulla base del valore di corrente ottenuto, il convertitore di frequenza calcola la coppia e il flusso della macchina elettrica. Il vettore di base della corrente del motore è matematicamente suddiviso in un vettore di corrente magnetizzante (I d) e un vettore di coppia (I q).

Utilizzando i dati ei parametri della macchina elettrica, l'inverter calcola i vettori della corrente magnetizzante (I d) e della coppia (I q). Per ottenere le massime prestazioni, il convertitore di frequenza deve mantenere I d e I q separati di 90 0 . Questo è significativo perché sin 90 0 = 1 e il valore 1 rappresenta il valore massimo della coppia.

In generale il controllo vettoriale motore elettrico asincrono esercita un controllo più stretto. Il controllo della velocità è di circa ±0,2% della frequenza massima e il campo di controllo raggiunge 1:200, il che consente di mantenere la coppia a basse velocità.

Controllo del feedback vettoriale

Il controllo vettoriale ad anello chiuso utilizza lo stesso algoritmo di controllo della VU ad anello aperto. La principale differenza è la presenza di un encoder, che consente al convertitore di frequenza di sviluppare il 200% della coppia di spunto a 0 giri/min. Questo elemento è semplicemente necessario per creare momento iniziale all'avviamento di ascensori, gru e altre macchine di sollevamento, al fine di prevenire il cedimento del carico.

La presenza di un sensore di retroazione della velocità consente di aumentare il tempo di risposta del sistema a oltre 50 Hz, nonché di espandere il campo di controllo della velocità fino a 1:1500. Inoltre, la presenza del feedback consente di controllare non la velocità della macchina elettrica, ma il momento. In alcuni meccanismi, è il valore del momento che è di grande importanza. Ad esempio, avvolgitore, meccanismi di blocco e altri. In tali dispositivi è necessario regolare il momento della macchina.

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

Un convertitore di frequenza (convertitore di frequenza) è un dispositivo costituito da un raddrizzatore (ponte CC) che converte corrente alternata frequenza industriale in diretta e inverter (convertitore) (a volte con PWM), che converte la corrente continua in corrente alternata della frequenza e dell'ampiezza richieste. Uscita a tiristori (GTO) o induttanza e per ridurre le interferenze elettromagnetiche - un filtro EMC.

Applicazione

I VFD sono utilizzati nei sistemi di trasporto, nelle macchine da taglio, nel controllo dell'azionamento di agitatori, pompe, ventilatori, compressori, ecc. CHRP ha trovato un posto in condizionatori domestici. VFD sta diventando sempre più popolare nel trasporto elettrico urbano, in particolare nei filobus. L'applicazione consente:

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

L'uso di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio

Metodo classico di controllo dell'alimentazione unità di pompaggio prevede la strozzatura delle linee di pressione e la regolazione del numero di unità operative, per eventuali parametro tecnico(ad es. pressione della condotta). In questo caso, le unità di pompaggio vengono selezionate in base a determinate caratteristiche progettuali (di norma, verso l'alto) e funzionano costantemente in una determinata modalità a velocità costante, senza tenere conto delle fluttuazioni di portate e pressioni causate dal consumo d'acqua variabile. Quelli. in parole semplici, anche quando non è richiesto uno sforzo significativo, le pompe continuano a funzionare a un determinato ritmo di funzionamento, consumando una notevole quantità di elettricità. Quindi, ad esempio, succede di notte, quando il consumo di acqua diminuisce drasticamente.

La nascita di un azionamento elettrico regolabile ha permesso di andare dall'opposto nella tecnologia del sistema di alimentazione: ora non è il gruppo pompante a dettare le condizioni, ma le caratteristiche delle tubazioni stesse. Un azionamento elettrico a frequenza controllata con un motore elettrico asincrono per uso industriale generale ha ricevuto un'ampia applicazione nella pratica mondiale. Regolazione della frequenza velocità dell'albero motore a induzione, effettuato utilizzando dispositivo elettronico, comunemente chiamato convertitore di frequenza. L'effetto di cui sopra si ottiene modificando la frequenza e l'ampiezza tensione trifase in dotazione al motore elettrico. Pertanto, modificando i parametri della tensione di alimentazione ( controllo di frequenza), è possibile rendere il regime del motore sia inferiore che superiore a quello nominale.

Il metodo di conversione della frequenza si basa sul seguente principio. Tipicamente la frequenza rete industrialeè 50 Hz. Prendiamo ad esempio una pompa con motore elettrico a due poli. Con tale frequenza di rete, la velocità di rotazione del motore è di 3000 (50 Hz x 60 sec) giri/min e fornisce potenza gruppo pompa pressione e prestazioni nominali (perché questi sono i suoi parametri nominali, secondo il passaporto). Se, con l'aiuto di un convertitore di frequenza, la frequenza della tensione alternata fornitagli viene ridotta, la velocità di rotazione del motore diminuirà di conseguenza e, di conseguenza, la pressione e le prestazioni dell'unità di pompaggio cambieranno. Le informazioni sulla pressione nella rete entrano nell'unità 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.

Un moderno convertitore di frequenza ha design compatto, custodia a prova di polvere e umidità, interfaccia user-friendly, che ti consente di utilizzarla al meglio condizioni difficili e ambienti problematici. La gamma di potenza è molto ampia e va da 0,4 a 500 kW o più con un'alimentazione standard di 220/380 V e 50-60 Hz. La pratica mostra che l'uso di convertitori di frequenza su stazioni di pompaggio consente:

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

Ridurre il consumo di acqua riducendo le perdite al superamento della pressione in linea, quando il consumo di acqua è effettivamente ridotto (in media del 5%);

Ridurre il costo della prevenzione e revisione strutture e attrezzature (l'intera infrastruttura di approvvigionamento idrico), a seguito della soppressione emergenze causato in particolare dal colpo d'ariete, che spesso si verifica quando si utilizza un azionamento elettrico non regolato (è dimostrato che la vita utile dell'apparecchiatura aumenta di almeno 1,5 volte);

Raggiungere un certo risparmio di calore nei sistemi di approvvigionamento di acqua calda riducendo la perdita di acqua termoportante;

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 escludono l'influenza di " fattore umano sul funzionamento del sistema, anch'esso importante. Secondo le stime dei progetti già realizzati, il periodo di ammortamento del progetto per l'introduzione dei convertitori di frequenza è di 1-2 anni.

Perdita di energia durante il freno motore

In molte installazioni, all'azionamento elettrico regolabile sono assegnati non solo i compiti di controllo regolare della coppia e della velocità di rotazione del motore elettrico, ma anche i compiti 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 del freno con una resistenza del freno.

Allo stesso tempo, nella modalità di decelerazione/frenatura, il motore elettrico funziona come un generatore, convertendo energia meccanica in elettrico, che viene eventualmente dissipato dalla resistenza di frenatura. Installazioni tipiche in cui si alternano cicli di accelerazione a cicli di decelerazione sono argani, ascensori, centrifughe, avvolgitori, ecc.

Tuttavia, nel questo momento esistono già convertitori di frequenza con recuperatore incorporato che consentono di restituire alla rete l'energia ricevuta dal motore in frenata. È anche interessante notare che per una determinata gamma di potenza 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 uno scambiatore di calore integrato, anche senza tenere conto dell'elettricità risparmiata.

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

In asincrono motori elettriciè necessario regolare la velocità del rotore. A tale scopo viene utilizzato un convertitore di frequenza il cui elemento principale è un convertitore di frequenza. Il suo design include un ponte CC, che è anche un raddrizzatore che converte la corrente alternata industriale in corrente continua. Altro dettaglio importante- un inverter che esegue la conversione inversa della corrente continua in corrente alternata con la frequenza e l'ampiezza richieste.

Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza

I motori asincroni sono ampiamente utilizzati nell'industria e nei trasporti, essendo i principali forza motrice nodi, macchine e meccanismi. Sono altamente affidabili e relativamente facili da riparare.

Tuttavia, questi dispositivi possono ruotare solo a una frequenza, che ha un'alimentazione CA. Per lavorare varie bande sono usati dispositivi speciali- convertitori di frequenza che effettuano l'adeguamento della frequenza ai parametri richiesti.

Il funzionamento dei convertitori è strettamente correlato al principio di funzionamento di un motore asincrono. Il suo statore è costituito da tre avvolgimenti, ciascuno dei quali è collegato elettricità, che crea un campo magnetico alternato. Sotto l'azione di questo campo, nel rotore viene indotta una corrente, che porta anche alla comparsa di un campo magnetico. Come risultato dell'interazione dei campi dello statore e del rotore, inizia la rotazione del rotore.

Quando un motore a induzione si avvia, c'è un assorbimento di corrente significativo dalla rete. Per questo motivo, l'azionamento del meccanismo subisce un sovraccarico significativo. C'è un brusco desiderio del motore di raggiungere la velocità nominale. Di conseguenza, si riduce la durata non solo dell'unità stessa, ma anche dei dispositivi che guida.

Questo problema viene risolto con successo utilizzando un convertitore di frequenza che consente di modificare la frequenza della tensione di alimentazione del motore. L'uso di moderni componenti elettronici rende questi dispositivi piccoli e altamente efficienti.

Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza è abbastanza semplice. Innanzitutto, la tensione di rete viene fornita al raddrizzatore, dove viene trasformata in corrente continua. Quindi viene livellato dai condensatori e alimentato al convertitore di transistor. I suoi transistor allo stato aperto hanno una resistenza estremamente bassa. Si aprono e si chiudono certo tempo con aiuto controllo elettronico. Si forma una tensione, simile a quella trifase, quando le fasi sono spostate l'una rispetto all'altra. I legumi hanno forma rettangolare, ma ciò non pregiudica affatto il funzionamento del motore.

I convertitori di frequenza hanno Grande importanza al lavoro. Con questo schema di connessione, è necessario utilizzare un condensatore di sfasamento per creare una coppia. L'efficienza dell'unità diminuisce notevolmente, tuttavia, il convertitore di frequenza ne aumenterà le prestazioni.

Pertanto, l'uso di un convertitore di frequenza rende il controllo motori trifase AC più efficiente. Di conseguenza, una migliore produzione processi tecnologici e le risorse energetiche sono utilizzate in modo più razionale.

Vantaggi e svantaggi dei dispositivi di controllo della frequenza

Questi dispositivi di regolazione presentano indubbi vantaggi e forniscono un elevato effetto economico. Si distinguono per l'elevata precisione delle regolazioni, forniscono una coppia di spunto pari al massimo. Se necessario, il motore elettrico può funzionare a carico parziale, il che consente un notevole risparmio energetico. I regolatori di frequenza prolungano notevolmente la vita dell'apparecchiatura. Con un avvio graduale del motore, la sua usura diventa molto inferiore.

Il VFD può essere diagnosticato a distanza tramite bus di campo. Ciò consente di tenere un registro delle ore lavorate, di riconoscere le fasi di interruzione nei circuiti di ingresso e di uscita, nonché di identificare altri difetti e malfunzionamenti.

Al dispositivo di regolazione possono essere collegati vari sensori, che consentono di regolare qualsiasi valore, ad esempio la pressione. Se la tensione di rete scompare improvvisamente, si attiva il sistema di frenatura controllata e riavvio automatico. La velocità di rotazione si stabilizza sotto carico variabile. Il convertitore di frequenza diventa un sostituto alternativo per l'interruttore.

Lo svantaggio principale è la creazione di interferenze da parte della maggior parte dei modelli di tali dispositivi. Fornire operazione normale I filtri RFI devono essere installati. Inoltre, la maggiore potenza degli azionamenti a frequenza variabile ne aumenta notevolmente i costi, quindi il periodo di ammortamento minimo è di 1-2 anni.

Applicazione dei dispositivi di regolazione

I dispositivi di regolazione della frequenza sono utilizzati in molti settori: nell'industria e nella vita di tutti i giorni. Sono dotate di laminatoi, nastri trasportatori, macchine da taglio, ventilatori, compressori, miscelatori, casalinghi lavatrici e condizionatori d'aria. Gli azionamenti si sono affermati nel trasporto urbano con filobus. L'utilizzo di azionamenti a frequenza variabile nelle macchine utensili a controllo numerico consente di sincronizzare i movimenti nella direzione di più assi contemporaneamente.

Questi sistemi danno il massimo effetto economico quando vengono utilizzati in varie apparecchiature di pompaggio. Lo standard di qualsiasi tipo è quello di regolare le farfalle installate nelle linee di pressione e determinare il numero di unità operative. Per questo motivo, è possibile ottenere determinati parametri tecnici, come la pressione nella tubazione e altri.

Le pompe hanno una velocità costante e non tengono conto della variazione della portata in conseguenza della richiesta d'acqua variabile. Anche in caso di portata minima, le pompe manterranno una velocità costante, portando alla creazione di sovrapressione nella rete e causando situazioni di emergenza. Il tutto è accompagnato da un notevole consumo inutile di energia elettrica. Ciò si verifica principalmente di notte con un forte calo del consumo di acqua.

Con l'avvento del convertitore di frequenza, è diventato possibile mantenere una pressione costante direttamente sui consumatori. Questi sistemi si sono dimostrati validi in combinazione con motori asincroni. scopo generale. Il controllo della frequenza consente di modificare la velocità di rotazione dell'albero, rendendola superiore o inferiore a quella nominale. Il sensore di pressione installato presso il consumatore trasmette informazioni al convertitore di frequenza, che, a sua volta, modifica la frequenza fornita al motore.

I moderni dispositivi di controllo sono di dimensioni compatte. Sono alloggiati in un alloggiamento protetto da polvere e umidità. Grazie a un'interfaccia intuitiva, i dispositivi possono essere utilizzati anche nelle condizioni più difficili, con un'ampia gamma di potenze - da 0,18 a 630 kilowatt e una tensione di 220/380 volt.

L'azionamento a frequenza variabile (VFD, Variable requency Drive, VFD) è un sistema per il controllo della velocità del rotore di un motore elettrico asincrono (sincrono). È costituito dal motore elettrico effettivo e dal convertitore di frequenza.

Un convertitore di frequenza (convertitore di frequenza) è un dispositivo costituito da un raddrizzatore (ponte CC) che converte la corrente alternata a 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. I tiristori di uscita (GTO) o IGBT forniscono la corrente necessaria per alimentare il motore. Le induttanze sono posizionate tra il convertitore e l'alimentatore per evitare di sovraccaricare il convertitore con una lunga lunghezza dell'alimentatore e viene utilizzato un filtro EMC per ridurre le interferenze elettromagnetiche. Con il controllo scalare si formano le correnti armoniche delle fasi del motore. Il controllo vettoriale è un metodo per controllare i motori sincroni e asincroni, che non solo genera correnti di fase armoniche (tensioni), ma fornisce anche il controllo del flusso magnetico del rotore (coppia sull'albero del motore).

Applicazione del convertitore di frequenza

I convertitori di frequenza sono utilizzati in:

• azionamento elettrico marino ad alta potenza
• laminatoi (funzionamento sincrono delle gabbie)
• azionamento ad alta velocità di pompe turbomolecolari per vuoto (fino a 100.000 giri/min)
• sistemi di trasporto
• macchine da taglio
• Macchine CNC: sincronizzazione del movimento di più assi contemporaneamente (fino a 32, ad esempio in apparecchiature per la stampa o l'imballaggio) (servoazionamenti)
• apertura automatica delle porte
• agitatori, pompe, ventilatori, compressori
• condizionatori domestici
• lavatrici
• trasporto elettrico urbano, soprattutto in filobus.

Il maggiore effetto economico è fornito dall'uso del VFD nei sistemi di ventilazione, condizionamento e approvvigionamento idrico, dove l'uso del VFD è diventato lo standard de facto.

Vantaggi dell'utilizzo di VFD

• Elevata precisione di controllo
• Risparmio energetico in caso di carico variabile (ovvero il funzionamento del motore elettrico a carico parziale).
• Uguale alla coppia massima di spunto.
• Possibilità di diagnostica remota del drive tramite rete industriale
  • rilevamento della mancanza di fase per i circuiti di ingresso e di uscita
  • contabilizzazione delle ore di moto
  • invecchiamento del condensatore del circuito principale
  • guasto alla ventola
• Aumento delle risorse di equipaggiamento
• Riducendo la resistenza idraulica della tubazione a causa dell'assenza di una valvola di controllo
• Avviamento regolare del motore, che ne riduce notevolmente l'usura
• Il VFD di solito contiene un controller PID e può essere collegato direttamente a un sensore di valore controllato (ad esempio pressione).
• Frenata controllata e riavvio automatico in caso di interruzione di corrente
• Prendere un motore che gira
• Stabilizzazione della velocità di rotazione al variare del carico
• Significativa riduzione del rumore acustico del motore elettrico, (quando si utilizza la funzione "Soft PWM")
• Ulteriore risparmio energetico dall'ottimizzazione dell'eccitazione di el. motore
• Consente di sostituire un interruttore automatico

Svantaggi dell'utilizzo di un convertitore di frequenza

• La maggior parte dei modelli VFD sono una fonte di rumore (richiede l'installazione di filtri RFI)
• Costo relativamente alto per un VFD ad alta potenza (ammortamento di almeno 1-2 anni)

L'uso di convertitori di frequenza nelle stazioni di pompaggio

Il metodo classico per controllare l'alimentazione delle unità di pompaggio prevede la strozzatura delle linee di pressione e la regolazione del numero di unità operative in base ad alcuni parametri tecnici (ad esempio la pressione nella tubazione). In questo caso, le unità di pompaggio vengono selezionate in base a determinate caratteristiche progettuali (solitamente con un margine di prestazione) e funzionano costantemente a velocità costante, senza tener conto dei costi variabili causati dal consumo d'acqua variabile. Alla portata minima, le pompe continuano a funzionare a velocità costante, creando sovrapressione nella rete (causa degli incidenti), mentre una notevole quantità di energia elettrica viene sprecata. Quindi, ad esempio, succede di notte, quando il consumo di acqua diminuisce drasticamente. L'effetto principale non si ottiene risparmiando elettricità, ma riducendo significativamente i costi di riparazione delle reti di approvvigionamento idrico.

L'avvento di un azionamento elettrico regolabile ha permesso di mantenere pressione costante direttamente dal consumatore. Un azionamento elettrico a frequenza controllata con un motore elettrico asincrono per scopi industriali generali ha ricevuto un'ampia applicazione nella pratica mondiale. Come risultato dell'adattamento dei motori asincroni industriali generali alle loro condizioni di funzionamento negli azionamenti elettrici controllati, vengono creati motori asincroni speciali controllati con energia e peso e indicatori di dimensioni e costo superiori rispetto a quelli non adattati. La regolazione della frequenza della velocità di rotazione dell'albero di un motore asincrono viene eseguita utilizzando un dispositivo elettronico, comunemente chiamato convertitore di frequenza. L'effetto di cui sopra si ottiene modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione trifase fornita al motore elettrico. Pertanto, modificando i parametri della tensione di alimentazione (controllo di frequenza), è possibile rendere la velocità di rotazione del motore sia inferiore che superiore a quella nominale. Nella seconda zona (frequenza superiore a quella nominale) la coppia massima sull'albero è inversamente proporzionale alla velocità di rotazione.

Il metodo di conversione della frequenza si basa sul seguente principio. Di norma, la frequenza della rete industriale è di 50 Hz. Prendiamo ad esempio una pompa con motore elettrico a due poli. Tenendo conto dello slittamento, la velocità di rotazione del motore è di circa 2800 (a seconda della potenza) giri al minuto e fornisce all'uscita del gruppo pompa la pressione e le prestazioni nominali (poiché questi sono i suoi parametri nominali, secondo il passaporto). Se, con l'aiuto di un convertitore di frequenza, la frequenza e l'ampiezza della tensione alternata fornitagli vengono abbassate, la velocità di rotazione del motore diminuirà di conseguenza e, di conseguenza, le prestazioni dell'unità di pompaggio cambieranno. Le informazioni sulla pressione nella rete entrano nell'unità convertitore di frequenza da uno speciale sensore di pressione installato presso il consumatore, 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 a prova di polvere e umidità, un'interfaccia intuitiva, che ne consente l'utilizzo nelle condizioni più difficili e negli ambienti problematici. La gamma di potenza è molto ampia e va da 0,18 a 630 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:

• risparmiare energia elettrica (con variazioni significative della portata) regolando la potenza dell'azionamento elettrico in base all'effettivo consumo di acqua (effetto risparmio del 20-50%);
• ridurre il consumo di acqua riducendo le perdite al superamento della pressione in linea, quando il consumo di acqua è effettivamente contenuto (in media del 5%);
• ridurre i costi (il principale effetto economico) per le riparazioni urgenti delle apparecchiature (dell'intera infrastruttura di approvvigionamento idrico a causa di una forte diminuzione del numero di emergenze causate, in particolare, dal colpo d'ariete, che spesso si verifica quando si utilizza un azionamento elettrico non regolato (è stato dimostrato che la durata delle apparecchiature aumenta di almeno 1, 5 volte);
• ottenere un certo risparmio di calore nei sistemi di approvvigionamento di acqua calda riducendo la perdita di acqua termoportante;
• aumentare la pressione al di sopra del normale se necessario;
• automatizzare in modo completo il sistema di approvvigionamento idrico, riducendo così il personale addetto alla manutenzione e al servizio, ed eliminare l'influenza del "fattore umano" sul funzionamento del sistema, che è anche importante.

Secondo i dati disponibili, il periodo di ammortamento per un progetto di introduzione di convertitori di frequenza varia da 3 mesi a 2 anni.

Perdita di potenza durante la frenatura del motore elettrico

In molte installazioni, all'azionamento elettrico regolabile sono assegnati non solo i compiti di controllo regolare della coppia e della velocità di rotazione del motore elettrico, ma anche i compiti di rallentare e frenare gli elementi dell'installazione. La classica soluzione a questo problema è il sistema di azionamento con motore asincrono con convertitore di frequenza dotato di interruttore del freno con resistenza di frenatura.

Allo stesso tempo, nella modalità di decelerazione/frenatura, il motore elettrico funziona da generatore, convertendo l'energia meccanica in energia elettrica, che viene eventualmente dissipata nella resistenza di frenatura. Installazioni tipiche in cui i cicli di accelerazione si alternano a cicli di decelerazione sono la trazione di veicoli elettrici, argani, ascensori, centrifughe, avvolgitori, ecc. La funzione di frenatura elettrica è apparsa per la prima volta su un azionamento a corrente continua (ad esempio un filobus). Alla fine del 20 ° secolo sono comparsi i convertitori di frequenza con un recuperatore integrato, che consentono di restituire alla rete l'energia ricevuta dal motore in funzione in modalità frenante. In questo caso, l'installazione inizia a "guadagnare" quasi immediatamente dopo la messa in servizio.

Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza

L'azionamento elettrico regolabile è progettato per controllare il motore controllando i parametri. La velocità è direttamente proporzionale alla frequenza. Pertanto, variando la frequenza, è possibile mantenere la velocità di rotazione dell'albero motore, impostata secondo la tecnologia. Descrizione passo passo Il flusso di lavoro per un convertitore di frequenza (VFD) è simile a questo.

1. Primo passo. Il raddrizzatore di potenza a diodi converte la corrente di ingresso monofase o trifase in corrente continua.
2. Passo due. Controllo con convertitore di frequenza della coppia e della velocità di rotazione dell'albero motore.
3. Fase tre. Controllo della tensione di uscita, mantenendo un rapporto U/f costante.

Il dispositivo che esegue l'output del sistema funzione inversa la generazione di corrente continua in corrente alternata è chiamata inverter. L'eliminazione dell'ondulazione del bus si ottiene aggiungendo un'induttanza e un condensatore di filtro.

Come scegliere un convertitore di frequenza

Il numero prevalente di convertitori di frequenza è prodotto con un filtro di compatibilità elettromagnetica (EMC) integrato.

Esistono diversi tipi di controllo, come sensorless e sensor vector, ecc. In base alle priorità date nell'adozione decisioni di gestione, le unità sono selezionate in base a:

• tipo di carico;
• tensione e potenza del motore;
• modalità di controllo;
• adeguamenti;
• EMC, ecc.

Se il VFD è destinato a un motore asincrono con una lunga durata, si consiglia di scegliere un convertitore di frequenza con una corrente di uscita sovrastimata.Utilizzando i moderni convertitori di frequenza, è possibile controllare da un telecomando, tramite un'interfaccia o con un metodo combinato.

Caratteristiche tecniche dell'uso di un azionamento elettrico a frequenza

1. Per garantire prestazioni elevate, puoi passare liberamente a qualsiasi modalità nelle impostazioni.
2. Quasi tutti i dispositivi hanno funzioni diagnostiche, che consentono di risolvere rapidamente il problema. Tuttavia, si consiglia di verificare prima di tutto le impostazioni, per escludere la possibilità di azioni involontarie dei dipendenti.
3. Un azionamento regolabile può sincronizzare i processi di trasporto o impostare un determinato rapporto di valori interdipendenti. La riduzione delle apparecchiature porta all'ottimizzazione della tecnologia.
4. Nello stato di autotuning, i parametri del motore vengono automaticamente memorizzati nella memoria del convertitore di frequenza. A causa di ciò, la precisione del calcolo della coppia è aumentata e la compensazione dello scorrimento è migliorata.

Area di applicazione

I produttori sono offerti una vasta gamma di attuatori utilizzati nelle aree in cui sono coinvolti motori elettrici. Soluzione ideale per tutti i tipi di carico e ventilatori. I sistemi di fascia media sono utilizzati in centrali elettriche a carbone, miniere, mulini, servizi pubblici, ecc. La gamma di rating è la seguente: 3 kV, 3,3 kV, 4,16 kV, 6 kV, 6,6 kV, 10 kV e 11 kV.

Con l'avvento di un azionamento elettrico regolabile, il controllo della pressione dell'acqua non crea problemi all'utente finale. L'interfaccia utente con una struttura di scripting ben congegnata è ottima per la gestione apparecchiature di pompaggio. Grazie a design compatto, l'azionamento può essere installato in un armadio vari disegni. I prodotti di nuova generazione hanno le proprietà della tecnologia avanzata:

• alta velocità e precisione di controllo in modalità vettoriale;
• notevole risparmio energetico;
• caratteristiche dinamiche veloci;
• grande coppia a bassa frequenza;
• doppia frenata, ecc.

Scopo e indicatori tecnici

I VFD completi con tensione fino e oltre 1 kV (progettati per ricevere e convertire energia, proteggere le apparecchiature elettriche da correnti di cortocircuito, sovraccarico) consentono:

• avviare senza problemi il motore e, di conseguenza, ridurne l'usura;
• fermarsi, mantenere il regime del motore.

I VFD completi di tipo armadio fino a 1kV svolgono le stesse funzioni in relazione ai motori con una potenza di 0,55 - 800 kW. L'azionamento funziona normalmente quando la tensione di rete è compresa tra -15% e +10%. Durante il funzionamento continuo, si verifica una diminuzione della potenza se la tensione è dell'85% -65%. Fattore di potenza totale cosj = 0,99. La tensione di uscita viene regolata automaticamente da accensione automatica riserva (AVR).

Vantaggi dell'utilizzo

In termini di ottimizzazione e potenziali benefici offrono l'opportunità di:

• controllare il processo con alta precisione;
• diagnosticare in remoto l'unità;
• tenere conto delle ore del motore;
• monitorare il malfunzionamento e l'invecchiamento dei meccanismi;
• aumentare la risorsa delle macchine;
• ridurre notevolmente il rumore acustico del motore elettrico.

Conclusione

Che cos'è un CHRP? Questo è un controller del motore che controlla il motore elettrico regolando la frequenza della rete di ingresso e allo stesso tempo protegge l'unità da vari difetti(sovraccarico di corrente, correnti di cortocircuito).

Gli attuatori elettrici (che svolgono tre funzioni relative a velocità, controllo e frenatura) sono dispositivo indispensabile per il funzionamento di motori elettrici e altre macchine rotanti. I sistemi sono utilizzati attivamente in molte aree di produzione: in industria petrolifera e del gas, energia nucleare, lavorazione del legno, ecc.