Taajuusmuuntimia tukevien laitteiden toimittajat muistuttavat, että taajuusmuunnostekniikan parantuessa vaihtovirtamoottoreiden käyttö yleistyy. Taajuusmuunnoksen nopeuden säädön käyttö voi parantaa tuotantokoneiden ohjaustarkkuutta, tuotantotehokkuutta ja tuotteen laatua, mikä edistää tuotantoprosessin automatisointia. Vaihtovirtakäyttöjärjestelmillä on erinomainen ohjausteho ja merkittävät energiansäästövaikutukset monissa tuotantotilanteissa.
Taajuusmuuttajan käyttö
Sähkömoottoreiden sähkönkulutus maassamme on 60–70 % maan sähköntuotannosta, ja puhaltimien ja vesipumppujen vuotuinen sähkönkulutus on 1/3 maan sähkönkulutuksesta. Tärkein syy tähän on se, että puhaltimien, vesipumppujen ja muiden laitteiden perinteinen nopeudensäätömenetelmä on säätää ilman ja veden syöttöä säätämällä tulo- tai poistoilmanohjainten ja venttiilien aukkoa. Syöttöteho on suuri, ja ohjauslevyjen ja venttiilien sieppausprosessiin kuluu paljon energiaa.
Koska useimmat puhaltimet ja vesipumput ovat tasaisen vääntömomentin kuormia, akselin teholla ja nopeudella on kuutiollinen suhde. Siksi, kun puhaltimien ja vesipumppujen nopeus hidastuu, myös virrankulutus pienenee huomattavasti. Siksi energiansäästöpotentiaali on suuri. Tehokkain energiansäästötoimenpide on käyttää taajuusmuuttajaa virtausnopeuden säätämiseen. Taajuusmuuttajien käyttö säästää 20–50 % energiasta, ja hyödyt ovat merkittäviä.
Monet koneet tarvitsevat sähkömoottoreita voidakseen säätää nopeutta prosessivaatimusten mukaisesti. Aikaisemmin käytettiin tasavirtamoottorien nopeuden säätöä, koska vaihtovirtamoottoreiden nopeuden säätö oli vaikeaa ja nopeuden säätösuorituskyvylle asetettiin korkeita vaatimuksia. Tasavirtamoottoreilla on kuitenkin monimutkaiset rakenteet, suuret tilavuudet ja vaikea huolto talvella. Siksi muuttuvan taajuuden nopeuden säätötekniikan kypsyessä vaihtovirta-nopeuden säätö on vähitellen korvaamassa tasavirta-nopeuden säätöä, ja usein vaaditaan kvantitatiivista ja suoraa vääntömomentin säätöä erilaisten prosessivaatimusten täyttämiseksi.
Käyttämällä taajuusmuuttajaa sähkömoottorin käyttämiseen käynnistysvirta on pieni, mikä mahdollistaa pehmeän käynnistyksen ja portaattoman nopeuden säädön. Tämä helpottaa kiihdytyksen ja hidastuksen säätöä, jolloin moottori saavuttaa korkean suorituskyvyn ja säästää merkittävästi energiaa. Siksi taajuusmuuttajia on käytetty yhä laajemmin teollisessa tuotannossa ja jokapäiväisessä elämässä.
Olemassa olevat ongelmat ja vastatoimet
Taajuusmuuttajien sovellusalueen laajentuessa käytön aikana ilmenee yhä enemmän ongelmia, jotka ilmenevät pääasiassa korkeamman asteen harmonisina yliaalloina, kohinana ja tärinänä, kuormituksen sovituksena, kuumenemisena ja muina ongelmina. Tässä artikkelissa analysoidaan edellä mainittuja ongelmia ja ehdotetaan vastaavia toimenpiteitä.
Yleiskäyttöisen taajuusmuuttajan pääpiiri koostuu yleensä kolmesta osasta: tasasuuntauksesta, inversiosta ja suodatuksesta. Tasasuuntausosa on kolmivaiheinen siltasuuntaaja, keskimmäinen suodatusosa käyttää suurta kondensaattoria suodattimena, ja invertteriosa on IGBT:n kolmitermi-siltasuuntaaja, jossa on PWM-aaltomuotoinen tulo. Lähtöjännite sisältää muita harmonisia yliaaltoja kuin perusaallon, ja alemman asteen harmonisilla on yleensä suurempi vaikutus moottorin kuormitukseen, aiheuttaen vääntömomentin aaltoilua. Ja korkeammat harmoniset yliaallot lisäävät taajuusmuuttajan lähtökaapelin vuotovirtaa, mikä johtaa moottorin riittämättömään tehoon. Siksi taajuusmuuttajan tuottamat sekä korkean että matalan asteen harmoniset yliaallot on vaimennettava. Seuraavia menetelmiä voidaan käyttää harmonisten yliaaltojen vaimentamiseen.
1. Lisää taajuusmuuttajan virransyöttöä
Virtalähdelaitteen sisäinen impedanssi voi yleensä toimia puskurina taajuusmuuttajan DC-suodatuskondensaattorin loistehon varalle. Mitä suurempi sisäinen impedanssi on, sitä pienempi on harmonisten yliaaltojen määrä. Tämä sisäinen impedanssi on muuntajan oikosulkuimpedanssi. Siksi taajuusmuuttajan virtalähdettä valittaessa on parasta valita muuntaja, jolla on korkea oikosulkuimpedanssi.
2. Asenna reaktori
Kytke sopivat kuristimet tai asenna harmonisten yliaaltojen suodattimet sarjaan taajuusmuuttajan tulo- ja lähtöliittimien välille. Suodatin on LC-tyyppinen, ja se absorboi harmonisia yliaaltoja ja lisää virtalähteen tai kuorman impedanssia vaimennuksen saavuttamiseksi.
3. Useita toimintoja muuntajien avulla
Yleiskäyttöinen taajuusmuuttaja on kuusipulssinen tasasuuntaaja, joka tuottaa suuria harmonisia yliaaltoja. Jos muuntajat toimivat monivaiheisesti ja niiden välinen vaihekulma on 30°, Y-△- ja △-△-muuntajien yhdistelmä voi muodostaa 12-pulssisen vaikutuksen, joka voi pienentää matalan kertaluvun harmonisia virtoja ja tehokkaasti vaimentaa harmonisia yliaaltoja.
4. Määritä erilliset harmoniset yliaallot
Asenna erillinen suodatin taajuusmuuttajan ja vaiheen havaitsemiseksi ja harmonisen virran amplitudin ja vaiheen ollessa sama. Tämä virta johdetaan taajuusmuuttajaan harmonisen virran tehokkaaksi absorboimiseksi.