ממיר תדרים - סוגים, עקרון הפעולה, תוכניות חיבור

הרוטור של כל מנוע חשמלי מונע על ידי כוחות הנגרמים משדה אלקטרומגנטי מסתובב בתוך פיתול הסטטור. מהירותו נקבעת בדרך כלל על פי התדר התעשייתי של רשת החשמל.

הערך הסטנדרטי שלו של 50 הרץ מרמז על חמישים תקופות תנודה בשנייה אחת. בדקה אחת, מספרם גדל פי 60 והוא 50×60 = 3000 סיבובים. הרוטור מסתובב את אותו מספר פעמים בהשפעת השדה האלקטרומגנטי המופעל.

אם תשנה את הערך של תדר הרשת המופעל על הסטטור, תוכל להתאים את מהירות הסיבוב של הרוטור והכונן המחובר אליו. עיקרון זה הוא הבסיס לבקרת מנועים חשמליים.

סוגי ממירי תדרים

על פי התכנון, ממירי תדרים הם:

1. סוג אינדוקציה;

2. אלקטרוני.

מנועים אסינכרוניים מיוצרים על פי התוכנית עם רוטור פאזה והתחילו במצב גנרטור, הם נציגים מהסוג הראשון. במהלך הפעולה, יש להם יעילות נמוכה ומאופיינים ביעילות נמוכה.לכן, הם לא מצאו יישום רחב בייצור ונעשה בהם שימוש נדיר ביותר.

שיטת המרת התדר האלקטרונית מאפשרת ויסות מהירות חלק של מכונות אסינכרוניות וסינכרוניות כאחד. במקרה זה, ניתן ליישם אחד משני עקרונות בקרה:

1. לפי מאפיין קבוע מראש של התלות של מהירות הסיבוב בתדר (V / f);

2. שיטת בקרת וקטור.

השיטה הראשונה היא הפשוטה והמושלמת פחות, והשנייה משמשת לשליטה מדויקת במהירויות הסיבוב של ציוד תעשייתי קריטי.

תכונות של בקרת וקטור המרת תדר

ההבדל בין שיטה זו הוא האינטראקציה, ההשפעה של התקן בקרת הממיר על "וקטור החלל" של השטף המגנטי המסתובב עם תדירות שדה הרוטור.

אלגוריתמים לממירים לעבוד על עיקרון זה נוצרים בשתי דרכים:

1. שליטה ללא חיישן;

2. ויסות זרימה.

השיטה הראשונה מבוססת על קביעת תלות מסוימת בחילופי רצפים אפנון רוחב דופק (PWM) מהפך עבור אלגוריתמים מוגדרים מראש. במקרה זה, המשרעת והתדירות של מתח המוצא של הממיר נשלטים על ידי זרם החלקה ועומס, אך ללא שימוש במשוב מהירות הרוטור.

שיטה זו משמשת בעת שליטה על מספר מנועים חשמליים המחוברים במקביל לממיר התדרים.בקרת השטף כוללת ניטור של זרמי הפעולה בתוך המנוע עם פירוקם לרכיבים פעילים ותגובתיים וביצוע התאמות לפעולת הממיר כדי להגדיר את המשרעת, התדר והזווית עבור וקטורי מתח המוצא.

זה משפר את דיוק המנוע ומגדיל את גבולות ההתאמה שלו. השימוש בבקרת זרימה מרחיב את היכולות של כוננים הפועלים במהירויות נמוכות עם עומסים דינמיים גבוהים, כגון מנופי מנוף או מכונות סלילה תעשייתיות.

השימוש בטכנולוגיה וקטורית מאפשר יישום בקרת מומנט דינמית מנועים אסינכרוניים תלת פאזיים. 

מעגל שווה ערך

מעגל חשמלי פשוט פשוט של מנוע אינדוקציה יכול להיות מיוצג כדלקמן.

מתח u1 מופעל על פיתולי הסטטור, בעלי התנגדות אקטיבית R1 והתנגדות אינדוקטיבית X1. הוא, תוך התגברות על ההתנגדות של מרווח האוויר Xv, הופך לפיתול הרוטור, וגורם בו לזרם שמתגבר על התנגדותו.

מעגל שווה ערך של מעגל וקטור

בנייתו עוזרת להבין את התהליכים המתרחשים במנוע האינדוקציה.

האנרגיה של זרם הסטטור מחולקת לשני חלקים:

• iµ - מחיצה יוצרת זרימה;

• iw - רכיב מחולל רגעים.

במקרה זה, לרוטור יש התנגדות אקטיבית תלוית החלקה R2/s.

עבור בקרה ללא חיישן, נמדדים הדברים הבאים:

• מתח u1;

• הנוכחי i1.

לפי הערכים שלהם, הם מחשבים:

• iµ - רכיב זרימה היוצר את הזרימה;

• iw - מומנט יוצר ערך.

אלגוריתם החישוב כולל כעת מעגל שווה ערך אלקטרוני של מנוע אינדוקציה עם ווסת זרם, אשר לוקח בחשבון את תנאי הרוויה של השדה האלקטרומגנטי ואת הפסדי האנרגיה המגנטית בפלדה.

שני המרכיבים של הווקטורים הנוכחיים, שונים בזווית ובמשרעת, מסתובבים יחד עם מערכת הקואורדינטות של הרוטור והופכים למערכת כיוון סטטור נייח.

על פי עיקרון זה, הפרמטרים של ממיר התדרים מותאמים בהתאם לעומס מנוע האינדוקציה.

עקרון הפעולה של ממיר התדרים

מכשיר זה, הנקרא גם אינוורטר, מבוסס על שינוי כפול בצורת הגל של ספק הכוח.

בתחילה, המתח התעשייתי מוזן למיישר עם דיודות חזקות המסירות הרמוניות סינוסואידיות אך משאירות את אדוות האות. להסרתם מסופק בנק קבלים עם השראות (מסנן LC), המספק צורה יציבה ומוחלקת למתח המיושר.

לאחר מכן האות עובר לכניסה של ממיר התדרים, שהוא מעגל גשר תלת פאזי של שישה טרנזיסטור כוח סדרת IGBT או MOSFET עם דיודות הגנה מפני מתח בקוטביות הפוכה. תיריסטורים ששימשו בעבר למטרות אלה אינם בעלי מהירות מספקת ופועלים עם הפרעות גדולות.

כדי להפעיל את מצב ה"בלימה" של המנוע, ניתן להתקין במעגל טרנזיסטור מבוקר עם נגד חזק המפזר אנרגיה. טכניקה זו מאפשרת להסיר את המתח שנוצר על ידי המנוע כדי להגן על קבלי המסנן מפני טעינת יתר ונזק.

שיטת בקרת תדר וקטור של הממיר מאפשרת ליצור מעגלים המבצעים בקרה אוטומטית של האות ממערכות ACS. לשם כך נעשה שימוש במערכת ניהול:

1. משרעת;

2. PWM (סימולציית רוחב דופק).

שיטת בקרת המשרעת מבוססת על שינוי מתח הכניסה, ו-PWM מבוסס על האלגוריתם להחלפת טרנזיסטורי הכוח במתח כניסה קבוע.

עם ויסות PWM, נוצרת תקופה של אפנון אות כאשר סלילה הסטטור מחוברת בסדר קפדני למסוף החיובי והשלילי של המיישר.

מכיוון שתדר השעון של הגנרטור די גבוה, אז בפיתול המנוע החשמלי, בעל התנגדות אינדוקטיבית, הם מוחלקים לגל סינוס רגיל.

שיטות בקרת PWM ממקסמות את ביטול הפסדי האנרגיה ומספקות יעילות המרה גבוהה הודות לשליטה בו-זמנית של תדר ואמפליטודה. הם הפכו לזמינים עקב הפיתוח של טכנולוגיות בקרת תיריסטורים נעולים מסדרת GTO או מותגים דו-קוטביים של טרנזיסטורי IGBT עם שערים מבודדים.

העקרונות של הכללתם לשליטה במנוע תלת פאזי מוצגים בתמונה.

כל אחד מששת ה-IGBTs מחובר במעגל אנטי מקביל לדיודת זרם הפוך משלו. במקרה זה, הזרם הפעיל של מנוע האינדוקציה עובר דרך מעגל הכוח של כל טרנזיסטור, והרכיב התגובתי שלו מופנה דרך הדיודות.

על מנת לבטל את ההשפעה של רעש חשמלי חיצוני על פעולת המהפך והמנוע, המעגל של ממיר התדר יכול לכלול מסנן הפחתת רעשחיסול:

• הפרעות רדיו;

• פריקות חשמליות הנגרמות על ידי ציוד תפעול.

אלה מאותתים על ידי הבקר וחיווט מסוכך משמש בין המנוע למסופי היציאה של המהפך כדי להפחית זעזועים.

כדי לשפר את דיוק הפעולה של מנועים אסינכרוניים, מעגל הבקרה של ממירי תדר כולל:

• קלט תקשורת עם יכולות ממשק מתקדמות;

• בקר מובנה;

• כרטיס זיכרון;

• תוֹכנָה;

• תצוגת LED אינפורמטיבית המציגה את פרמטרי הפלט העיקריים;

• קוצץ בלמים ומסנן EMC מובנה;

• מערכת קירור מעגל המבוססת על נשיפה עם מאווררים של משאב מוגבר;

• הפונקציה של חימום המנוע באמצעות זרם ישר ועוד כמה אפשרויות.

דיאגרמות חיווט תפעוליות

ממירי תדר מתוכננים לעבוד עם רשתות חד פאזי או תלת פאזי. עם זאת, אם יש מקורות תעשייתיים של זרם ישר עם מתח של 220 וולט, אז ניתן להפעיל מהם ממירים.

דגמים תלת פאזיים מיועדים למתח רשת 380 וולט ומזינים אותו למנוע החשמלי. ממירים חד פאזיים מופעלים על ידי 220 וולט ומוציאים שלושה פאזות המחולקים לאורך זמן.

סכימת החיבור של ממיר התדר למנוע יכולה להתבצע על פי הסכמות:

• כוכבים;

• משולש.

פיתולי המנוע מורכבים ב"כוכב" עבור הממיר, המוזנים על ידי רשת תלת פאזית של 380 וולט.

על פי ערכת ה"דלתא", פיתולי המנוע מורכבים כאשר ממיר הכוח מחובר לרשת חד פאזית של 220 וולט.

בבחירת שיטת חיבור מנוע חשמלי לממיר תדרים צריך לשים לב ליחס ההספק שמנוע פועל יכול ליצור בכל המצבים, כולל התנעה איטית ועמוסה, עם יכולות המהפך.

אי אפשר להעמיס כל הזמן על ממיר התדרים, ורזרבה קטנה של כוח המוצא שלו תבטיח את פעולתו ארוכת טווח וללא תקלות.