Taajuusmuuttajien tukilaitteiden toimittajat muistuttavat, että taajuusmuuttajia on käytetty nykyään laajalti teollisessa tuotannossa. Taajuusmuuntimilla ohjatut laitteet voivat säästää merkittävästi energiaa tietyssä määrin, mikä on saavuttanut monien teollisuusvalmistajien suosion.
Pehmeän pysäköinnin, pehmeän käynnistyksen, portaattoman nopeudensäädön tai nopeuden lisäämisen tai vähentämisen kaltaisten ominaisuuksien saavuttamiseksi nykyaikaisissa asynkronimoottoreissa tarvitaan taajuusmuuttajaksi kutsuttu nopeudensäätölaite. Laitteen päävirtapiiri käyttää AC-DC-AC-piirejä, joiden toimintataajuus on 0–400 Hz. Matalajännitteisen yleistaajuusmuuttajan lähtöjännite on 380–460 V ja lähtöteho 0,37–400 kW.
Valitse kohtuullinen taajuusmuuttaja
Taajuusmuuttajien käytössä ilmenevät ongelmat, kuten epänormaali toiminta, laiteviat jne., jotka johtavat tuotannon pysähtymiseen ja tarpeettomiin taloudellisiin tappioihin, johtuvat usein taajuusmuuttajien virheellisestä valinnasta ja asennuksesta. Siksi on tarpeen valita taloudellinen ja käytännöllinen taajuusmuuttaja, joka pystyy paremmin täyttämään tuotannon ja prosessin perusedellytykset ja -vaatimukset.
Taajuusmuuttajan pääasiallisena käyttökohteena moottori tulisi valita vastaamaan moottorin työparametreja taajuusmuuttajan tyyppiä valittaessa.
(1) Jännitteen sovitus: Taajuusmuuttajan nimellisjännite vastaa moottorin kuormitusjännitettä.
(2) Virran sovitus: Taajuusmuuttajan kapasiteetti riippuu taajuusmuuttajan jatkuvasti tuottamasta nimellisvirrasta. Valittaessa taajuusmuuttajaa moottoreille, jotka vaativat nopeuden säätöä, on välttämätöntä valita taajuusmuuttaja, jonka jatkuva nimellisvirta on suurempi kuin moottorin nimellisvirta nimellisparametreilla toimittaessa ja jolla on määrällinen marginaali. Yleisten taajuusmuuttajien, joissa on yli 4 napaa, valinta ei voi perustua moottorin kapasiteettiin, vaan moottorin virran istuimen tarkastusstandardiin. Vaikka moottorin kuormitus olisi suhteellisen pieni ja virta pienempi kuin taajuusmuuttajan nimellisvirta, valitun taajuusmuuttajan kapasiteetti ei saa olla liian pieni moottoriin verrattuna.
(3) Kapasiteetin sovitus: Moottorin erilaisista kuormitusominaisuuksista riippuen taajuusmuuttajan kapasiteetin valinnalle on erilaisia vaatimuksia.
Taajuusmuuttajan ohjausmenetelmä
Taajuusmuuttajien tärkeimmät ohjausmenetelmät ovat tällä hetkellä seuraavat.
(1) Ensimmäisessä sukupolvessa käytettiin U/f=C-säätöä, joka tunnetaan myös sinipulssinleveysmodulaationa (SPWM). Sen ominaisuuksiin kuuluvat yksinkertainen ohjauspiirin rakenne, alhaiset kustannukset, hyvät mekaaniset ominaisuudet ja kestävyys, jotka täyttävät yleisen vaihteiston tasaisen nopeuden säätövaatimukset. Tämä ohjausmenetelmä kuitenkin pienentää maksimilähtömomenttia matalilla taajuuksilla alhaisemman lähtöjännitteen vuoksi, mikä johtaa heikompaan vakauteen matalilla nopeuksilla. Sen ominaispiirteenä on, että ilman takaisinkytkentälaitetta nopeussuhde ni on alle 1/40 ja takaisinkytkennän kanssa ni = 1/60. Sopii yleiskäyttöisiin tuulettimiin ja pumppuihin.
(2) Toinen sukupolvi käyttää jänniteavaruusvektoriohjausta (magneettivuon trajektoriamenetelmä), joka tunnetaan myös nimellä SVPWM-ohjausmenetelmä. Se perustuu kolmivaiheisten aaltomuotojen kokonaisgenerointivaikutukseen, jossa kolmivaiheisia modulaatioaaltomuotoja generoidaan samanaikaisesti ja niitä ohjataan leikkaamalla monikulmioita suunnilleen ympyröiksi. Staattorin resistanssin vaikutuksen poistamiseksi pienillä nopeuksilla lähtöjännite ja -virta on suljetun silmukan muodossa dynaamisen tarkkuuden ja vakauden parantamiseksi. Sen ominaisuudet: ei takaisinkytkentälaitetta, nopeussuhde ni = 1/100, soveltuu nopeuden säätöön yleisessä teollisuudessa.
(3) Kolmannen sukupolven menetelmässä käytetään vektorisäätöä (VC). Vektorisäätöisessä muuttuvan taajuuden nopeuden säädössä vaihtovirtamoottori on käytännössä sama kuin tasavirtamoottori, ja nopeus- ja magneettikenttäkomponentteja säädetään toisistaan riippumatta. Roottorin magneettivuon säätö ja staattorivirran jakaminen kahteen komponenttiin, vääntömomenttiin ja magneettikenttään, mahdollistaa koordinaattimuunnoksen avulla ortogonaalisen tai irrotetun säädön. Sen ominaisuudet: nopeussuhde ni = 1/100 ilman takaisinkytkentää, ni = 1/1000 takaisinkytkennän kanssa ja käynnistysmomentti 150 % nollanopeudella. Voidaan nähdä, että tätä menetelmää voidaan soveltaa kaikkeen nopeuden säätöön, ja takaisinkytkennällä varustettuna se soveltuu erittäin tarkkaan vaihteiston säätöön.
(4) Suora vääntömomentin säätö (DTC). Suora vääntömomentin säätö (DTC) on toinen tehokas muuttuvan taajuuden nopeuden säätötila, joka eroaa vektorisäädöstä (VC). Magneettivuon ja vääntömomentin tiedot hankitaan magneettivuon simulointimallien ja sähkömagneettisten vääntömomenttimallien avulla, niitä verrataan annettuihin arvoihin hystereesivertailutilasignaalien luomiseksi ja sitten kytkimen tila kytketään logiikkaohjauksen avulla, jotta saavutetaan vakiomagneettivuon säätö ja sähkömagneettinen vääntömomentin säätö. Se ei vaadi tasavirtamoottorin ohjauksen jäljitelmää, ja tätä tekniikkaa on sovellettu onnistuneesti sähkövetureiden vaihtovirtakäyttöön. Sen ominaisuudet: ilman takaisinkytkentälaitetta nopeussuhde ni = 1/100, takaisinkytkennällä ni = 1/1000, ja käynnistysmomentti voi olla 150–200 % nollanopeudella. Sopii raskaaseen käynnistykseen ja suuriin kuormiin, joissa vääntömomentti vaihtelee jatkuvasti.
Asennusympäristön vaatimukset
(1) Ympäristön lämpötila: Taajuusmuuttajan ympäristön lämpötilalla tarkoitetaan lämpötilaa taajuusmuuttajan poikkileikkauksen lähellä. Koska taajuusmuuttajat koostuvat pääasiassa suuritehoisista tehoelektroniikkalaitteista, jotka ovat erittäin herkkiä lämpötilalle, taajuusmuuttajien käyttöikä ja luotettavuus riippuvat suurelta osin lämpötilasta, joka yleensä vaihtelee -10 ℃:sta +40 ℃:een. Lisäksi on otettava huomioon itse taajuusmuuttajan lämmönhukka ja ympäröivässä ympäristössä mahdollisesti esiintyvät ääritilanteet, ja lämpötilalle vaaditaan yleensä tietty marginaali.
(2) Ympäristön kosteus: Taajuusmuuttajan ympäristön suhteellisen kosteuden on oltava enintään 90 % (ilman kondensaatiota pinnalla).
(3) Tärinä ja iskut: Taajuusmuuttajan asennuksen ja käytön aikana on vältettävä tärinää ja iskuja. Taajuusmuuttajan sisäisten komponenttien juotosliitosten ja irtonaisten osien vaurioiden välttämiseksi, jotka voivat aiheuttaa huonon sähköisen kosketuksen tai jopa vakavia vikoja, kuten oikosulkuja, on yleensä vaadittava, että asennuspaikan tärinänkiihtyvyys rajoitetaan alle 0,6 g:n, ja erityisiin paikkoihin voidaan lisätä maanjäristyksiä kestäviä toimenpiteitä, kuten iskunvaimennusta kumia.
(4) Asennuspaikka: Taajuusmuuttajan sallittuun suurimpaan lähtövirtaan ja -jännitteeseen vaikuttaa sen lämmönpoistokapasiteetti. Yli 1000 metrin korkeudessa taajuusmuuttajan lämmönpoistokapasiteetti heikkenee, joten taajuusmuuttaja on yleensä asennettava alle 1000 metrin korkeudelle.
(5) Taajuusmuuttajan asennuspaikan yleiset vaatimukset ovat: ei korroosiota, ei syttyviä tai räjähtäviä kaasuja tai nesteitä; pölytön, leijuva kuiduista ja metallihiukkasista vapaa; välttää suoraa auringonvaloa; ei sähkömagneettisia häiriöitä.
Muuttuvan taajuuden nopeussäätöön liittyvä tutkimus on tällä hetkellä aktiivisinta ja käytännössä arvokkainta sähkönsiirtotutkimuksen alaa. Taajuusmuuttajateollisuuden potentiaali on valtava, sillä sitä käytetään laajalti esimerkiksi ilmastointi-, hissi-, metallurgia- ja konepajateollisuudessa. Muuttuvan taajuuden nopeussäätömoottorit ja niitä vastaavat taajuusmuuttajat kehittyvät nopeasti.