Lieferanten von Frequenzumrichter-Komponenten weisen darauf hin, dass mit der Weiterentwicklung der Frequenzumrichtertechnologie der Einsatz von Wechselstrommotoren immer weiter zunimmt. Die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter verbessert die Regelgenauigkeit, die Produktionseffizienz und die Produktqualität von Produktionsmaschinen und trägt somit zur Automatisierung des Produktionsprozesses bei. Wechselstromantriebe zeichnen sich in vielen Produktionsbereichen durch hervorragende Regeleigenschaften und signifikante Energieeinsparungen aus.
Anwendung des Frequenzumrichters
Der Stromverbrauch von Elektromotoren in unserem Land macht 60 bis 70 % der nationalen Stromerzeugung aus, und der jährliche Stromverbrauch von Ventilatoren und Wasserpumpen beträgt ein Drittel des nationalen Stromverbrauchs. Der Hauptgrund hierfür liegt in der herkömmlichen Drehzahlregelung von Ventilatoren, Wasserpumpen und anderen Geräten: Die Luft- und Wasserzufuhr wird durch die Öffnung von Ein- und Auslassklappen und Ventilen reguliert. Der Leistungsbedarf ist hoch, und ein großer Teil der Energie wird für die Steuerung der Luftzufuhr durch die Klappen und Ventile benötigt.
Da die meisten Ventilatoren und Wasserpumpen als Lasten mit konstantem Drehmoment arbeiten, besteht ein kubischer Zusammenhang zwischen Wellenleistung und Drehzahl. Daher sinkt der Stromverbrauch deutlich, wenn die Drehzahl von Ventilatoren und Wasserpumpen abnimmt. Aus diesem Grund besteht ein großes Energiesparpotenzial. Die effektivste Energiesparmaßnahme ist der Einsatz eines Frequenzumrichters zur Durchflussregelung. Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern lassen sich 20 % bis 50 % Energie einsparen, was erhebliche Vorteile bietet.
Viele Maschinen benötigen drehzahlvariable Elektromotoren, um den jeweiligen Prozessanforderungen gerecht zu werden. Früher wurde aufgrund der Schwierigkeiten bei der Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren und der hohen Anforderungen an die Regelgenauigkeit die Gleichstromregelung eingesetzt. Gleichstrommotoren weisen jedoch komplexe Strukturen, große Abmessungen und im Winter einen hohen Wartungsaufwand auf. Daher wird die Gleichstromregelung mit zunehmender Reife der Frequenzumrichtertechnologie immer mehr durch die Wechselstromregelung ersetzt, die häufig eine quantitative und direkte Drehmomentregelung erfordert, um den vielfältigen Prozessanforderungen gerecht zu werden.
Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters zum Antrieb eines Elektromotors wird der Anlaufstrom reduziert, was einen sanften Anlauf und eine stufenlose Drehzahlregelung ermöglicht. Dies erleichtert die Steuerung von Beschleunigung und Verzögerung, wodurch der Motor eine hohe Leistung erzielt und gleichzeitig deutlich Energie spart. Aus diesem Grund finden Frequenzumrichter zunehmend breite Anwendung in der industriellen Produktion und im Alltag.
Bestehende Probleme und Gegenmaßnahmen
Mit der Erweiterung des Anwendungsbereichs von Frequenzumrichtern treten vermehrt Betriebsprobleme auf, die sich hauptsächlich in Form von Oberschwingungen, Geräuschen und Vibrationen, Lastanpassungsproblemen, Erwärmung und anderen Aspekten äußern. Dieser Artikel analysiert die genannten Probleme und schlägt entsprechende Maßnahmen vor.
Der Hauptschaltkreis eines Universal-Frequenzumrichters besteht im Allgemeinen aus drei Teilen: Gleichrichtung, Wechselrichter und Filterung. Der Gleichrichter ist ein dreiphasiger, ungesteuerter Brückengleichrichter. Der mittlere Filterteil verwendet einen großen Kondensator als Filter, und der Wechselrichter ist ein IGBT-Brückenwechselrichter mit PWM-Eingangssignal. Die Ausgangsspannung enthält neben der Grundwelle Oberschwingungen. Niedrige Oberschwingungen haben üblicherweise einen größeren Einfluss auf die Motorlast und verursachen Drehmomentwelligkeit. Höhere Oberschwingungen hingegen erhöhen den Leckstrom im Ausgangskabel des Frequenzumrichters, was zu einer unzureichenden Motorleistung führt. Daher müssen sowohl hohe als auch niedrige Oberschwingungen des Frequenzumrichters unterdrückt werden. Folgende Methoden können zur Oberschwingungsunterdrückung eingesetzt werden.
1. Erhöhen Sie die Stromversorgung des Frequenzumrichters.
Die Innenimpedanz des Netzteils dient üblicherweise als Puffer für die Blindleistung des Gleichstromfilterkondensators des Frequenzumrichters. Je höher die Innenimpedanz, desto geringer der Oberwellengehalt. Diese Innenimpedanz entspricht der Kurzschlussimpedanz des Transformators. Daher ist es bei der Auswahl eines Netzteils für einen Frequenzumrichter ratsam, einen Transformator mit hoher Kurzschlussimpedanz zu wählen.
2. Installieren Sie den Reaktor.
Schließen Sie geeignete Drosselspulen an oder installieren Sie Oberwellenfilter in Reihe zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Frequenzumrichters. Der Filter ist vom Typ LC, der Oberwellen absorbiert und die Impedanz der Stromversorgung oder Last erhöht, um die Oberwellen zu unterdrücken.
3. Mehrere Operationen mit Transformatoren
Der universelle Frequenzumrichter ist ein Sechs-Puls-Gleichrichter, der hohe Oberschwingungen erzeugt. Durch den Mehrphasenbetrieb von Transformatoren mit einer Phasenwinkeldifferenz von 30° kann in Kombination mit Y- und △-△-Transformatoren ein Zwölf-Puls-Effekt erzielt werden, der niederfrequente Oberschwingungsströme reduziert und Oberschwingungen effektiv unterdrückt.
4. Spezielle Obertöne einrichten
Richten Sie einen speziellen Filter ein, um den Frequenzumrichter und die Phase zu erkennen, und erzeugen Sie einen Strom mit der gleichen Amplitude und entgegengesetzter Phase wie der Oberwellenstrom, der an den Frequenzumrichter weitergeleitet wird, um den Oberwellenstrom effektiv zu absorbieren.