Az energia-visszacsatoló egységek szállítói emlékeztetnek arra, hogy a frekvenciaváltók alkalmazásának története Kínában több mint 30 évre nyúlik vissza. A technológia folyamatos fejlődésével a frekvenciaváltók alkalmazási köre is több területet érintett, és a piac mérete évről évre bővül. Jelenleg több mint 140 hazai és külföldi frekvenciaváltó márka létezik, és az újonnan alapított frekvenciaváltó-gyártók és -forgalmazók is szétszórva vannak az egész országban. Bár még mindig van bizonyos teljesítménybeli különbség a hazai és az importált frekvenciaváltók között, a kínai tudomány és technológia gyors fejlődésével ez a különbség nem leküzdhetetlen. Ugyanakkor a hazai ipari lánc integritásából származó előnyök kihasználásával nagy potenciál rejlik a hazai frekvenciaváltók termelési hatékonyságában és gyártási költségeiben.
A változtatható frekvenciájú hajtásrendszer egy frekvenciaváltóból áll, amely elérte vagy meghaladta az egyenáramú fordulatszám-szabályozó rendszer teljesítményét. A frekvenciaváltó előnyei közé tartozik a kis méret, az alacsony zajszint, az alacsony költség és az aszinkron motorok egyszerű karbantartása, ami jelentősen leegyszerűsíti a gyártási folyamatot és csökkenti a kezdeti beruházási költségeket. Általánosságban elmondható, hogy a frekvenciaváltók ésszerű használata javíthatja a munkatermelékenységet, a termékminőséget és a berendezések automatizálását, miközben energiát takarít meg és csökkenti a termelési költségeket.
1. A kisfeszültségű frekvenciaváltók osztályozása, működési elve és felépítése
1. Kisfeszültségű frekvenciaváltók osztályozása
A frekvenciaváltók osztályozására különböző szabványok léteznek. A változtatható frekvenciájú hajtások általános frekvenciaváltókra és speciális frekvenciaváltókra oszthatók. A működési elv szerint a frekvenciaváltók AC-AC frekvenciaváltókra és AC-DC-AC frekvenciaváltókra oszthatók, amelyek közül az AC-DC-AC frekvenciaváltók a főáramkör működési módja szerint áram- és feszültségtípusú frekvenciaváltókra is oszthatók. Ezenkívül a frekvenciaváltó technológia fejlesztési iránya szempontjából VVVF frekvenciaváltókra, vektorfrekvenciás átalakítókra, közvetlen nyomatékszabályozású frekvenciaváltókra és így tovább oszthatók.
2. Alacsony feszültségű működési elvű frekvenciaváltó
Általánosságban elmondható, hogy a frekvenciaváltók direkt, keresztező üzemmódot alkalmaznak. Viszonylag véve az alacsony feszültségű frekvenciaváltók széles körben elterjedtek kiforrott technológiájuk, alacsony költségük és könnyű karbantartásuk miatt. A frekvenciaváltó működési elve egyszerűen az, hogy a váltakozó áramot állítható frekvenciájú elektromos berendezéssé alakítsa. A váltakozó áramú motorok N=60f/p szinkronsebességének képlete szerint (ahol N a motor szinkronsebessége, f a teljesítményfrekvenciája, p pedig a motor pólusszáma), a váltakozó áramú motor sebessége a frekvencia változtatásával módosítható. A frekvenciaváltót ezen az elven fejlesztették ki.
3. Kisfeszültségű frekvenciaváltó felépítése
A frekvenciaváltó fő áramköri összetétele:
Feszültségtípus: A feszültségteljesítményt egyenáramról váltakozó áramra frekvenciaváltó alakítja át, és az áramköri szűrő kondenzátor.
Áramtípus: Az áramellátás DC-ről AC frekvenciaváltóra változik, és az áramköri szűrő induktív.
A frekvenciaváltó alapvetően a következő négy részből áll:
(1) Egyenirányítók: Jelenleg széles körben használják a dióda-átalakítókat, amelyek képesek a teljesítményfrekvenciát egyenárammá alakítani, és megfordítható átalakítókat is alkothatnak. Mivel a teljesítmény iránya megfordítható, képes regenerálódni és működni.
(2) Laposhullámú áramkör: Az egyenirányító által egyenirányított egyenfeszültség pulzáló feszültséggel rendelkezik, amely hatszorosa a tápegység frekvenciájának. A feszültségingadozások elnyomása érdekében kondenzátorokra és induktorokra van szükség a pulzáló feszültség (azaz áram) elnyeléséhez. Ha az eszköz kapacitása kicsi, és többletkapacitás van, közvetlenül alkalmazható egy simító áramkör.
(3) Inverter: Az inverter egyenáramot alakít át váltóárammá, így egy meghatározott időn belül háromfázisú kimenetet kap.
(4) Vezérlő áramkör: Jelvezérlő áramkört biztosít az aszinkron motor tápegységének fő áramköréhez. Tartalmazza a feszültség-frekvencia működtető áramkört, a főáramkör áram- és feszültségérzékelő áramkörét, a motorfordulatszám-érzékelő áramkört, a vezérlőjeleket erősítő működtető áramkört, valamint a motor- és invertervédő áramkört.
2. Alacsony feszültségű inverter típusok kiválasztása
1. Az alacsony feszültségű inverter típusválasztásának áttekintése
Jelenleg a legtöbb felhasználó a frekvenciaváltó gyártója által biztosított utasítások vagy kiválasztási kézikönyv alapján választ. Általában a frekvenciaváltó gyártója adja meg a frekvenciaváltó névleges áramát, amely megfelelhet a motor névleges teljesítményének és kapacitásának. A rendelkezésre álló motorok paramétereit mind a gyártó adja meg a gyártó vagy a nemzeti szabványos motorok alapján, és nem tükrözik pontosan a frekvenciaváltó teherbírását. Ezért frekvenciaváltó kiválasztásakor azt az elvet kell referenciaként figyelembe venni, hogy a motor névleges árama ne haladja meg a frekvenciaváltó névleges áramát. Ezenkívül a frekvenciaváltó kiválasztásakor meg kell érteni a motor folyamatfeltételeit és releváns paramétereit, valamint figyelembe kell venni a motor típusát és működési jellemzőit.
(1) A frekvenciaváltó névleges áramának kiválasztása. A tervezési előírások szerint a frekvenciaváltó biztonságos és megbízható működésének biztosítása érdekében a frekvenciaváltó névleges áramának nagyobbnak kell lennie, mint a terhelés (motor) névleges árama, különösen a gyakran változó terhelési karakterisztikájú motorok esetében. A tapasztalatok szerint a frekvenciaváltó névleges árama több mint 1,05-szerese a motor névleges áramának.
(2) A frekvenciaváltók névleges feszültségének kiválasztása. A frekvenciaváltó névleges feszültségét a frekvenciaváltó bemeneti oldali buszfeszültsége alapján választják ki. Elvileg a frekvenciaváltó névleges feszültségének meg kell egyeznie a bemeneti feszültséggel. Ha a bemeneti feszültség túl magas, a frekvenciaváltó [3] károsodhat.
2. Óvintézkedések az alacsony feszültségű frekvenciaváltók kiválasztásához
(1) A terheléstípust illessze a frekvenciaváltóhoz.
A petrolkémiai ipar terhelése főként szivattyúkból és ventilátorokból áll. A szivattyúk vízszivattyúkra, olajszivattyúkra, adalékszivattyúkra, adagolószivattyúkra, emelőszivattyúkra, keverőszivattyúkra és mosószivattyúkra oszthatók. Ezek közül az emelőszivattyúk, keverőszivattyúk és mosószivattyúk többnyire nagy teherbírásúak, míg a többi hagyományos terhelés. A ventilátorok léghűtéses ventilátorokra, kazán által indukált huzatú ventilátorokra, axiális ventilátorokra, légkompresszorokra stb. oszthatók. Amikor a léghűtő ventilátor és a kazán által indukált huzatú ventilátor beindul, mindkettő nagy terhelés, általában nagy terhelésnek tekinthető, a többi pedig hagyományos terhelés. Frekvenciaváltó kiválasztásakor a kiválasztást a terhelés tulajdonságai alapján kell végezni. Ha a terhelés típusa nem egyértelmű, vagy különböző folyamatfeltételek között változhat, ajánlott a nagy terhelésen alapuló frekvenciaváltót választani, hogy elkerüljük az eltérések kiválasztását.
(2) A környezeti feltételek befolyásolják a frekvenciaváltót.
A frekvenciaváltók általában magasabb környezeti hőmérsékletet és páratartalmat igényelnek. Ha a környezeti hőmérséklet 30 Celsius-fok alatt van, a relatív páratartalom 80% alatt van, és a tengerszint feletti magasság 100 méter alatt van, a frekvenciaváltó biztonságosan működik névleges áramerősséggel; Ha a környezeti hőmérséklet meghaladja a 40 ℃-ot, a frekvenciaváltó tényleges kapacitása és áramerőssége fokozatosan csökken a környezeti hőmérséklet növekedésével. Ha a környezet relatív páratartalma meghaladja a 90%-ot, páralecsapódás léphet fel, ami rövidzárlatot okozhat a frekvenciaváltó belső alkatrészeiben. Ha a magasság meghaladja a 100 métert, a frekvenciaváltó kimeneti teljesítménye csökken. Ezenkívül kerülni kell a frekvenciaváltók poros környezetben történő használatát.
(3) Frekvenciaváltók opcionális komponenseinek kiválasztása.
A frekvenciaváltók opcionális alkatrészeinek nem megfelelő kiválasztása magas meghibásodási arányhoz vezethet, amely főként a szűrők és reaktorok kiválasztására koncentrálódik.
3. Kisfeszültségű frekvenciaváltó gyakorlati alkalmazása
1. Kisfeszültségű frekvenciaváltó elsődleges csatlakoztatása
Mivel a primer körben található kontaktorok, szűrők és fojtótekercsek beépítési pozíciója jelentős hatással van a frekvenciaváltóra, a továbbiakban e három eszköz elemzésére összpontosítunk.
(1) Kontaktor
A kontaktorok két fő csatlakoztatási módja létezik: a frekvenciaváltó házának hátuljára és az inverter házának elejére történő telepítés. A kontaktor az inverter házának hátuljára van felszerelve, és az az előnye, hogy a motor gyakori indításakor az inverter nem kap gyakori ütéseket. A hátránya, hogy a frekvenciaváltó töltési ideje hosszú, és teljesítményveszteség lép fel. A kontaktor az inverter házának elejére van felszerelve, és az az előnye, hogy készenléti üzemmódban teljesen lekapcsolja az áramellátást anélkül, hogy teljesítményveszteség keletkezne. A hátránya, hogy a motor gyakori indítása gyakori töltési sokkokat okoz a frekvenciaváltónak, ami befolyásolja a frekvenciaváltó alkatrészeinek élettartamát.
Összefoglalva, ha a motor ritkán indul el, a kontaktor az inverter házának elejére és hátuljára is felszerelhető, de célszerűbb az inverter házának hátuljára szerelni. Ha a motor gyakran indul el, ajánlott a kontaktort az inverter házának hátuljára szerelni.
(2) Szűrő
A bemeneti szűrőt elsősorban a hálózati szűrésre, a hálózati harmonikus hatások elnyomására a frekvenciaváltóra, valamint a frekvenciaváltó egyenirányítása által generált harmonikusok hálózatba való visszatérésének elnyomására használják; a kimeneti szűrő elsősorban a frekvenciaváltó optimalizálására, a harmonikusok kiszűrésére és a kimeneti hullámforma szinuszosabbá tételére szolgál.
(3) Reaktor
A bemeneti fojtótekercs képes elnyomni a hálózati oldalon fellépő felharmonikusokat és védi az egyenirányító hidat; Ha a frekvenciaváltó kimeneti kábele meghaladja a megadott hosszúságot (általában 250 m-es kábelhossz megengedett), kimeneti fojtótekercset kell választani.
2. Telepítési környezet kisfeszültségű frekvenciaváltóhoz
Kísérletek kimutatták, hogy a frekvenciaváltók meghibásodási aránya jelentősen megnő zord környezetben, különösen akkor, ha érzékenyek a hőmérsékletre, páratartalomra és porra. Ezért a telepítési környezet kiválasztásakor olyan környezetet kell választani, amelyben szabályozható a hőmérséklet, a páratartalom és az alacsony portartalom.
(1) Környezeti hőmérséklet
A gyakorlatban azt tapasztalták, hogy a frekvenciaváltók alkalmasak 35 Celsius-foknál alacsonyabb vagy azzal egyenlő hőmérsékletű környezetben való működésre, egyébként minél magasabb a hőmérséklet, annál kisebb a frekvenciaváltó terhelhetősége.
(2) Környezeti páratartalom
Magas környezeti páratartalom esetén az inverter belsejében páralecsapódás alakulhat ki, ami könnyen rövidzárlatot okozhat. Ezért a frekvenciaváltó környezeti páratartalmát szabályozni kell.
(3) Poros környezet
A frekvenciaváltókat a lehető legtöbbször poros környezetben kell használni, mivel a por felhalmozódása rövidzárlatot és a frekvenciaváltó elektronikus alkatrészeinek károsodását okozhatja.
4. Az alacsony feszültségű frekvenciaváltók gyakori hibái és megoldásai
1. Nem lehet elindítani
Ok: A terhelés túlzott forgási tehetetlensége vagy nyomatéka okozza.
Megoldás: Növelje megfelelően az indítási frekvenciát és nyomatékot, és ellenőrizze a védelmi beállításokat.
2. Túlfeszültség miatti kioldás
Ok: Magas tápfeszültség vagy rövid lejtmeneti idő okozta.
Megoldás: Ellenőrizze, hogy a futási állapot normális-e.
3. Túlterhelés
Ok: A kisfeszültségű inverter túlterhelhetősége viszonylag gyenge, vagy a motorparaméter-beállítások ésszerűtlenek.
Megoldás: Ellenőrizze a frekvenciaváltó belső áramérzékelő áramkörét és paraméterbeállításait.