Rådgivare
Texten nedan är maskinöversatt från tysk originaltext.
Värt att veta om frekvensomriktare
Vad är en frekvensomriktare?
Hur fungerar en frekvensomriktare?
Vilka fördelar har en frekvensomriktare?
Vilka typer av frekvensomriktare finns det?
Kriterier för frekvensomriktare - vad måste man tänka på?
De vanligaste frågorna om frekvensomriktare
Vad är en frekvensomriktare?
En frekvensomriktare omvandlar den förangivna växelspänning från det lokala elnätet till en växelspänning med variabel amplitud och frekvens. På så sätt kan spänningar skapas som är exakt anpassade till den anslutna enheten.
Frekvensomriktare används huvudsakligen för att förbättra start- och varvtalsförhållandet hos trefasmotorer. Utan frekvensomriktare skulle sådana motorer inte kunna regleras steglöst, utan de skulle endast kunna drivas med det konstanta varvtal som anges av elnätet.
Frekvensomriktare kan vara avsedda för två olika lägen:
- Omriktaren ansluts till det vanliga växelströmsnätet när den är i enfas. Namnet på driftsättet avser den matningsspänning som i detta fall är enfas.
- Vid trefas-drift matas omriktaren med trefasström. Även här hänvisar namnet på driftsättet till matningsspänningen för trefasström som är trefas.
En modern frekvensomriktare i kompakt form.
Med frekvensomriktare kan steglöst varvtal ställas in till nominellt varvtal, utan att motorns vridmoment sjunker. Om det nominella varvtalet där motorn uppnår maximal effekt under full belastning överskrids, sjunker det utavgivna vridmomentet.
Hur fungerar en frekvensomriktare?
För att motorns varvtal ska kunna regleras individuellt i drivtekniken, ska växelströmsgeneratorns matningsspänning ha en variabel frekvens. Den ska i princip kopplas från ingångsfrekvensen. För detta ändamål omvandlas strömnätets ingångsspänning med en fast frekvens till en likspänning. Denna likspänning skapas då snabbt i följd, switchad på utgången. Följande brytarbild visar uppbyggnaden:
Struktur och komponenter
Principschema för en frekvensomriktare.
Likriktning (1)
Den har en likriktande likriktning (diod D1 – D6) som fungerar som den negativa halvvågorna för sinusformade växelspänningar uppåt. Därigenom används även de negativa delarna i växelspänningen för att driva efterföljande kretsar. I praktiken ger det en likspänning med ett visst rippel. Vid likriktning är dessutom de nödvändiga EMC-filtren ( E lektro m agnetiska V-bärbarhet) integrerade. På så sätt säkerställs att inga nätstörningar i frekvensomriktaren uppstår eller störningar i elnätet undviks.
Mellankris (2)
I mellankristen finns en kondensator (C) som gör att likriktningsspänningen jämnas ut med likriktningsspänningen. För dämpning av stora strömvariationer är delvis spolar (L) integrerad i mellankristen. För illustration av funktionen är spolarna mindre relevanta.
Det är mycket viktigare med en bromschopper (Chopper =hackare), som också befinner sig i mellanpris. Denna består av en elektronisk omkopplare (transistor T7) och ett bromsmotstånd (R). Därmed omvandlas den överskottsenergi som motorn genererar i gasdrift till värme och bromsas motorn effektivt.
Växelriktare (3)
Växelriktaren övertar styrningen av motorn . I princip kan man föreställa sig växelriktaren som ett arrangemang av sex elektroniska brytare (effekttransistor T1 - T6). Alltid två transistorer är anslutna i serie, och en motoranslutningsledning förs utåt mellan transistorerna. Styrningen av transistorer sker via en komplex reglerelektronik.
Reglerelektronik (4)
Reglerelektroniken styr effekttransistorer mot respektive behov. Den processorstyrda elektroniken har dessutom de ingångar som krävs för en regulatorpot eller motsvarande BUS-system som t.ex. EtherCAT, POWERLINK eller PROFIBUS-DP. Alternativt kan de nödvändiga inställningarna även göras via en knappsats med display. Omfattande skyddskopplingar och utgångar för status- och felmeddelanden avrundar elektronikens effektomfång.
Sinusfilter (5)
I drivtekniken skapas massiva störningssignaler genom att mycket stark ström kopplas till. På så sätt belastas motorn, och i synnerhet även isoleringen, starkt. Sinusfilter används därför för att undertrycka alla eventuella störningar och för att föra över en ren sinusspänning till motorn (M).
Växelriktaren fungerar
Förhållandet mellan pulsbredd och paus ger utgångssignalen.
För att åstadkomma en sinusutgångsspänning ska spänningen sjunka från värdet ”0” till det aktuella värdet och sedan till ”0”. I mellkraden finns dock bara en likspänning med konstant höjd.
Därför används pulsbreddsmodulering (PWM). Det innebär att den höga spänningen från mellankristen slås på och stängs av direkt. Efter en kort paus slås spänningen på och av igen. Denna switchrytm upprepas kontinuerligt.
Det bifogade brytardiagrammet visar effekten av den pulsviddsmodulerade stypulsen. Även om de alltid lika höga impulserna inte ser ut efter en sinus, har de i förhållande till motorströmmen ändå en sinusliknande effekt. Smala impulsimpulser med långa pauser mellan impulserna genererar en låg ström. Breda impulser med korta pauser skapar en hög motorström.
För bättre översikt visas i diagrammet bara några få schaltimpulser. I praktiken alstras dock flera tusen kopplingsimpulser per sekund. Med motsvarande konstellation kan på så sätt frekvens och amplitud av motorströmmen ändras individuellt.
Vilka fördelar har en frekvensomriktare?
I många applikationer krävs att rörelseförlopp startar långsamt och målinriktat regleras i hastigheten.
Detta gäller inte bara industrianläggningar eller maskiner. Till och med hissen i kontorsbyggnaden bör ovillkorligen starta mjukt och bromsa lika försiktigt.
Förutom bekvämare användning har en styrning med mjukstart också mycket positivt effekter på slitage av alla rörliga mekanikdelar och växellådor.
Tidigare var varvtalsreglerade drivsystem endast möjliga med en tyristorstyrning och en kostnads- och servicemodell.
Med en frekvensomriktare kan prisvärda asynkrona motorer användas, som dessutom kräver minimalt med underhåll.
Tack vare frekvensomriktare kan prisvärda motorer användas.
Vilka typer av frekvensomriktare finns det?
Indirekt frekvensomriktare för 0,75 kW - motorer.
Den ovannämnda indirekta frekvensomriktaren omvandlar inkommande växelspänning till en likriktare som sedan matar en likspänningskorredscirkel.
I mellankristen utjämnas strömmen med buffertkondensatorer och störas av med hjälp av induktiva spolar. Mellenkristen matar i sin tur in en växelriktare, som sedan matar ut en utgångsspänning i önskad amplitud och frekvens för enheten som ska matas.
Däremot finns det ingen mellankris för direktomriktare (även kallade matrisomvandlare). I stället utförs frekvensriktningen i en enda, ganska komplicerad koppling med olika stigar.
En stor fördel med direktriktare är att de kan återmatning och att de arbetar nästan utan förluster vid samma ingångs- och utgångsfrekvens. De behöver dock en kontinuerlig energitillförsel (i form av trefasström). Dessutom ger de en relativt låg maximal utgångsspänning.
Påfyllning
Vid återmatande omriktare kan omvandlingen ske i båda riktningarna: Du kan även överföra energi som till exempel frigörs under en inbromsning till elnätet. Omriktaren kan med andra ord även fungera som generator! Denna mekanism är särskilt användbar när framdrivningen ofta måste bromsas, till exempel i centrifuger, hissar eller elektriska lok.
Bra att veta: Välj lämpliga motorer
Eftersom det i omriktaren uppstår delladdningar med stora spänningsförändringar och höga strömtoppar utsätts isoleringen av motorlindningarna för en jämförelsevis stor belastning. Därför är endast vissa motortyper lämpliga för drift med frekvensomriktare (se standarden din VDE 0530-25). Även en EMC-kompatibel kabeldragning av motorn är nödvändig.
Kriterier för frekvensomriktare - vad måste man tänka på?
Följande tekniska parametrar för en frekvensomriktare ska uppfylla kraven för den applikation som du planerar att använda:
- Vilken ingångsspänning har du? Beroende på modell kan frekvensomriktare bearbeta 230 V, 400 V, 480 V eller 580 V växel- eller trefasström.
- Utgångsspänningen och den maximala uteffekt som omriktaren kan ställa till förfogande ska anpassas till ditt program. Typiska uteffekter rör sig i området från 0,1 till runt 20 kW. Kilowatt står för 1000 watt, vilket motsvarar en kilowatt.
- Även växelriktarens frekvensområde måste innehålla de värden du önskar. Vissa apparater genererar endast frekvenser som ligger nära standardingångsfrekvensen på 50 Hz (t.ex. 48 till 62 Hz). Andra omriktare ska täcka hela spektrumet från 0 Hz till 650 Hz.
- De flesta frekvensomriktare kan kopplas till fältbussar eller Ethernet, till exempel via ett Profibus-gränssnitt. De driftsprofiler som fastställs i standarden IEC 61800-7 ska säkerställa att omriktningsprofilerna för olika tillverkare uppträder på samma sätt i fältbussarna.
- Förutom effektanslutningarna kan omriktare ha ytterligare in- och utgångar. Dessutom kan till exempel en potentiometer för inställning av utgångsfrekvens anslutas. De flesta moderna frekvensomriktare har dock ett tangentbordsenhet och en digitaldisplay för att säkerställa en bekväm anpassning till den anslutna motorn. Vissa omriktare kan konfigureras helt individuellt med hjälp av ett eget programmeringsspråk. Den färdiga koden laddas sedan in i omriktaren via ett annat gränssnitt.
De vanligaste frågorna om frekvensomriktare
Vad är det som har hänt med frekvensrampen?
Frekvensrampen är ett inställningsläge där omriktaren kontinuerligt rör på utgångsspänningen från noll till önskat värde. På så sätt kan överströmspetsar undvikas vid start av motorn. Även bandens inbromsning fungerar bäst med en (stigande) frekvensramp.
Kan alla IEC-standarder drivas med en frekvensomriktare?
Principiellt redan, men eftersom motorerna är termiskt belastade med frekvensomriktare, bör fasisoleringar i lindningarna alltid vara monterade. Sedan måste dessutom motorns poltal och därmed rotorns varvtal väljas exakt, så att det även under belastning uppstår ett praktiskt regleringsområde.
Vad är en (roterande) omvandlare?
I en omformator används roterande elektriska komponenter (t.ex. en elektrisk motor och en generator) för att skapa variabla utgångsspänningar. Till skillnad från den elektriska maskinen innehåller frekvensomriktare inga mekaniskt rörliga komponenter. En omvandlare har alltså en funktion liknande den som en frekvensomriktare, men spänningsanpassningen sker dock på elektromekanisk väg.
Vad är skillnaden mellan en frekvensomriktare och en transformator?
Även med en transformator kan en variabel utgångsspänning skapas av en fast ingångsspänning. Transformatorer kan dock bara ändra amplituden på spänningen, inte deras frekvens. Transformatorer räcker alltså inte för komplexa växel- och trefasströmtillämpningar. De används dock ofta som komponent i frekvensomriktare, till exempel för att skapa olika spänningsnivåer.