In varie situazioni può essere necessario convertire la frequenza della corrente iniziale in una corrente con tensione a frequenza regolata. Ciò è necessario, ad esempio, quando si azionano motori asincroni per modificare la loro velocità di rotazione. Questo articolo discuterà lo scopo e il principio di funzionamento del convertitore di frequenza.
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Che cos'è un convertitore di frequenza
Un convertitore di frequenza (FC) è un dispositivo elettrico che converte e regola senza problemi la corrente alternata monofase o trifase con una frequenza di 50 Hz in un tipo di corrente simile con una frequenza da 1 a 800 Hz. Tali dispositivi sono ampiamente utilizzati per controllare il funzionamento di varie macchine elettriche asincrone, ad esempio per modificare la frequenza della loro rotazione. Esistono anche dispositivi per l'uso in reti industriali ad alta tensione.
Semplici convertitori regolano la frequenza e la tensione in base alla caratteristica V/f, i dispositivi complessi utilizzano il controllo vettoriale.
Il convertitore di frequenza è un dispositivo tecnicamente complesso ed è costituito non solo da un convertitore di frequenza, ma dispone anche di protezione contro sovracorrente, sovratensione e cortocircuito. Inoltre, tali apparecchiature possono avere un'induttanza per migliorare la forma d'onda e filtri per ridurre varie interferenze elettromagnetiche. Ci sono convertitori elettronici, così come dispositivi di macchine elettriche.
Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza
Un convertitore elettronico è costituito da diversi componenti principali: un raddrizzatore, un filtro, un microprocessore e un inverter.
raddrizzatore ha una serie di diodi o tiristori che rettificano la corrente iniziale all'ingresso del convertitore. Gli inverter a diodi sono caratterizzati da una completa assenza di increspature, sono dispositivi economici ma allo stesso tempo affidabili. I convertitori a tiristori creano la possibilità che la corrente fluisca in entrambe le direzioni e consentono il ritorno di energia elettrica alla rete quando il motore è frenato.
Filtro utilizzato nei dispositivi a tiristori per ridurre o eliminare l'ondulazione di tensione. Il livellamento viene eseguito utilizzando filtri capacitivi o induttivo-capacitivi.
Microprocessore – è un collegamento di controllo e analisi del convertitore. Riceve ed elabora i segnali dai sensori, il che consente di regolare il segnale di uscita dal convertitore di frequenza con un controller PID integrato.Inoltre, questo componente del sistema registra e memorizza i dati degli eventi, registra e protegge il dispositivo da sovraccarichi, cortocircuiti, analizza la modalità operativa e spegne il dispositivo in caso di funzionamento di emergenza.
invertitore la tensione e la corrente vengono utilizzate per controllare le macchine elettriche, ovvero per controllare senza problemi la frequenza della corrente. Un tale dispositivo produce un'uscita "pura sinusoidale", che ne consente l'utilizzo in molti settori.
Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza elettronico (inverter) consiste nelle seguenti fasi di lavoro:
- La corrente alternata sinusoidale monofase o trifase in ingresso è rettificata da un ponte di diodi o da tiristori;
- Con l'ausilio di filtri speciali (condensatori), il segnale viene filtrato per ridurre o eliminare le ondulazioni di tensione;
- La tensione viene convertita in un'onda trifase con determinati parametri utilizzando un microcircuito e un ponte a transistor;
- All'uscita dell'inverter, gli impulsi rettangolari vengono convertiti in una tensione sinusoidale con parametri specificati.
Tipi di convertitori di frequenza
Esistono diversi tipi di convertitori di frequenza, attualmente i più comuni per produzione e utilizzo:
Convertitori per elettromacchine (elettroinduzione): vengono utilizzati nei casi in cui è impossibile o inappropriato utilizzare FC elettronici. Strutturalmente, tali dispositivi sono motori asincroni con un rotore di fase, che funzionano nella modalità generatore-convertitore.
Questi dispositivi sono convertitori controllati scalari. All'uscita di questo dispositivo viene creata una tensione di una data ampiezza e frequenza per mantenere un certo flusso magnetico negli avvolgimenti dello statore.Vengono utilizzati nei casi in cui non è necessario mantenere la velocità del rotore in funzione del carico (pompe, ventilatori e altre apparecchiature).
Convertitori elettronici: ampiamente utilizzato in tutte le condizioni di lavoro per varie apparecchiature. Tali dispositivi sono vettoriali, calcolano automaticamente l'interazione dei campi magnetici dello statore e del rotore e forniscono un valore costante della velocità del rotore indipendentemente dal carico.
- cicloconvertitori;
- cicloinverter;
- Inverter con circuito intermedio intermedio:
- Convertitore di frequenza della sorgente di corrente;
- Convertitore di frequenza della sorgente di tensione (con modulazione di ampiezza o ampiezza di impulso).
Per ambito, l'attrezzatura può essere:
- per apparecchiature con potenza fino a 315 kW;
- convertitori vettoriali per potenze fino a 500 kW;
- dispositivi antideflagranti per l'uso in ambienti esplosivi e polverosi;
- convertitori di frequenza montati su motori elettrici;
Ogni tipo di convertitore di frequenza presenta alcuni vantaggi e svantaggi ed è applicabile a diverse apparecchiature e carichi, nonché a condizioni di lavoro.
Il convertitore di frequenza può essere controllato manualmente o esternamente. Il controllo manuale viene effettuato dal pannello di controllo dell'inverter, che può regolare la velocità o interrompere il funzionamento. Il controllo esterno viene eseguito utilizzando sistemi di controllo automatico (APCS), che possono controllare tutti i parametri del dispositivo e consentire di cambiare lo schema o la modalità operativa (tramite FC o bypass).Inoltre, il controllo esterno consente di programmare il funzionamento del convertitore in base alle condizioni operative, al carico, al tempo, il che consente di lavorare in modalità automatica.
Perché un motore elettrico potrebbe aver bisogno di un convertitore di frequenza?
L'uso di convertitori di frequenza consente di ridurre il costo dell'elettricità, il costo dell'ammortamento di motori e apparecchiature. Possono essere utilizzati per motori a gabbia di scoiattolo economici, il che riduce i costi di produzione.
Molti motori elettrici funzionano in condizioni di frequenti cambi di modalità di funzionamento (avvii e arresti frequenti, variazione del carico). I convertitori di frequenza consentono di avviare senza problemi il motore e ridurre la coppia massima di avviamento e il riscaldamento dell'apparecchiatura. Questo è importante, ad esempio, nelle macchine di sollevamento e consente di ridurre l'impatto negativo di partenze improvvise, nonché di eliminare l'oscillazione del carico e gli scatti durante l'arresto.
Con l'aiuto dell'inverter, è possibile regolare senza problemi il funzionamento di soffianti, pompe e automatizzare i processi tecnologici (utilizzati nelle caldaie, nelle miniere, nei settori della raffinazione del petrolio e del petrolio, negli acquedotti e in altre imprese).
L'uso di convertitori di frequenza in nastri trasportatori, nastri trasportatori, ascensori consente di aumentare la durata dei loro componenti, poiché riduce gli scatti, gli urti e altri fattori negativi all'avvio e all'arresto delle apparecchiature. Possono aumentare e diminuire senza problemi la velocità del motore, eseguire il movimento inverso, che è importante per un gran numero di apparecchiature industriali di alta precisione.
Vantaggi dei convertitori di frequenza:
- Ridurre i costi energetici: riducendo le correnti di spunto e regolando la potenza del motore in base al carico;
- Aumentare l'affidabilità e la durata delle apparecchiature: consente di prolungare la vita utile e aumentare il periodo da un servizio tecnico all'altro;
- Consente di implementare il controllo esterno e la gestione delle apparecchiature da dispositivi informatici remoti e la possibilità di integrarsi nei sistemi di automazione;
- I convertitori di frequenza possono funzionare con qualsiasi potenza di carico (da un kilowatt a decine di megawatt);
- La presenza di componenti speciali nella composizione dei convertitori di frequenza consente di proteggere da sovraccarichi, mancanza di fase e cortocircuito, nonché di garantire un funzionamento sicuro e l'arresto delle apparecchiature in caso di emergenza.
Naturalmente, guardando un tale elenco di vantaggi, ci si potrebbe chiedere perché non utilizzarli per tutti i motori dell'azienda? La risposta qui è ovvia, purtroppo, ma questo è l'alto costo di chastotnikov, la loro installazione e regolazione. Non tutte le aziende possono permettersi questi costi.
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