ממיר תדרים למנוע חשמלי

היבטים טכניים של שימוש בממירי תדרים

כיום, מנוע האינדוקציה הפך למכשיר העיקרי ברוב הכוננים החשמליים. יותר ויותר, ממיר תדרים משמש לבקרה - מהפך עם ויסות PWM. שליטה כזו מעניקה יתרונות רבים, אך גם יוצרת כמה בעיות בבחירת פתרונות טכניים מסוימים. בואו ננסה להבין אותם ביתר פירוט.

המכשיר של ממירי תדרים

הפיתוח והייצור של מגוון רחב של מודולי טרנזיסטור IGBT עוצמתיים במתח גבוה אפשרו ליישם מתגי כוח רב-פאזיים הנשלטים ישירות על ידי אותות דיגיטליים. מתקני מחשוב הניתנים לתכנות אפשרו ליצור רצפים מספריים בכניסות המתג שסיפקו אותות בקרת תדר של מנועים חשמליים אסינכרוניים... הפיתוח והייצור ההמוני של מיקרו-בקרים עם שבב בודד עם משאבי מחשוב גדולים אפשרו את המעבר לכונני סרוו עם בקרים דיגיטליים.

ממירי תדר הספק, ככלל, מיושמים על פי תכנית המכילה מיישר המבוסס על דיודות חזקות או טרנזיסטורי כוח ומהפך (מתג מבוקר) המבוסס על טרנזיסטורי IGBT המנוהלים על ידי דיודות (איור 1).

אורז. 1. מעגל ממיר תדרים

שלב הקלט מתקן את מתח הרשת הסינוסואידאלי המסופק, אשר לאחר החלקה באמצעות מסנן אינדוקטיבי-קיבולי, משמש כמקור מתח למהפך המבוקר, אשר יוצר אות עם אפנון דופק, אשר יוצר זרמים סינוסואידים בפיתולי הסטטור עם פרמטרים המספקים את מצב הפעולה הדרוש של המנוע החשמלי.

שליטה דיגיטלית על ממיר הכוח מתבצעת באמצעות חומרה ותוכנה של מיקרו-מעבד התואמים למשימות העומדות על הפרק. יחידת המחשוב מייצרת אותות בקרה עבור 52 מודולים בזמן אמת וכן מעבדת אותות ממערכות מדידה השולטות על פעולת הכונן.

ספקי כוח ומחשבי בקרה משולבים במוצר תעשייתי מעוצב בצורה מבנית הנקרא ממיר תדרים.

ישנם שני סוגים עיקריים של ממירי תדר המשמשים בציוד תעשייתי:

• ממירים קנייניים לסוגי ציוד ספציפיים.

• ממירי תדר אוניברסליים מיועדים לשליטה רב תכליתית של פעולת AM במצבים מוגדרים על ידי המשתמש.

הגדרה וניהול של מצבי הפעולה של ממיר התדרים יכולים להתבצע באמצעות לוח הבקרה המצויד במסך לציון המידע שהוזן.לבקרת תדר סקלרית פשוטה, אתה יכול להשתמש בסט של פונקציות לוגיות פשוטות הזמינות בהגדרות היצרן של הבקר ובבקר ה-PID המובנה.

כדי ליישם מצבי בקרה מורכבים יותר באמצעות אותות חיישני משוב, יש צורך לפתח מבנה ACS ואלגוריתם שיתכנתו באמצעות מחשב חיצוני מחובר.

רוב היצרנים מייצרים מגוון ממירי תדר הנבדלים זה מזה במאפיינים חשמליים של קלט ופלט, הספק, עיצוב ופרמטרים נוספים. ניתן להשתמש באלמנטים חיצוניים נוספים לחיבור לציוד חיצוני (רשת, מנוע): סטרטרים מגנטיים, שנאים, משנקים.

סוגי אותות בקרה

יש צורך להבחין בין סוגי האותות השונים ולהשתמש בכבל נפרד לכל אחד מהם. סוגים שונים של אותות יכולים להשפיע זה על זה. בפועל, הפרדה זו נפוצה, למשל כבל מ חיישן לחץ ניתן לחבר ישירות לממיר התדרים.

באיור. 2 מציג את הדרך המומלצת לחיבור ממיר התדרים בנוכחות מעגלים ואותות בקרה שונים.

אורז. 2. דוגמה לחיבור מעגלי החשמל ומעגלי הבקרה של ממיר התדרים

ניתן להבחין בין סוגי האותות הבאים:

• אנלוגי - אותות מתח או זרם (0 ... 10 V, 0/4 ... 20 mA), שערכם משתנה לאט או לעתים רחוקות, בדרך כלל אלו הם אותות בקרה או מדידה;

• אותות מתח או זרם נפרדים (0 … 10 V, 0/4 … 20 mA), שיכולים לקחת רק שני ערכים משתנים לעיתים רחוקות (גבוה או נמוך);

• דיגיטלי (נתונים) - אותות מתח (0 … 5 V, 0 … 10 V) המשתנים במהירות ובתדירות גבוהה, בדרך כלל אלו הם אותות מיציאות RS232, RS485 וכו';

• ממסר - מגעי ממסר (0 ... 220 וולט AC) עשויים לכלול זרמים אינדוקטיביים בהתאם לעומס המחובר (ממסרים חיצוניים, מנורות, שסתומים, בלמים וכו').

בחירת הספק של ממיר תדרים

בבחירת הספק של ממיר התדר, יש צורך להסתמך לא רק על כוחו של המנוע החשמלי, אלא גם על הזרמים והמתחים הנומינליים של הממיר והמנוע. העובדה היא שהכוח המצוין של ממיר התדר מתייחס רק לפעולתו עם מנוע אסינכרוני סטנדרטי 4 קוטבי ביישומים סטנדרטיים.

למכשירים אמיתיים יש היבטים רבים שיכולים לגרום לעומס הנוכחי על המכשיר לעלות, למשל במהלך האתחול. באופן עקרוני, שימוש בכונן תדרים מאפשר לך להפחית עומסים זרם ומכני עקב ההתחלה הרכה. לדוגמה, זרם ההתחלה מופחת מ-600% ל-100-150% מהזרם הנקוב.

סע במהירות מופחתת

יש לזכור שלמרות שממיר התדרים מספק בקלות ויסות מהירות של 10:1 כאשר המנוע פועל במהירויות נמוכות, ייתכן שהכוח של המאוורר שלו אינו מספיק. עקוב אחר טמפרטורת המנוע וספק אוורור מאולץ.

תאימות אלקטרומגנטית

מכיוון שממיר התדרים הוא מקור רב עוצמה להרמוניות בתדר גבוה, יש להשתמש בכבל מסוכך באורך מינימלי לחיבור המנועים. כבל כזה חייב להיות מונח במרחק של לפחות 100 מ"מ מכבלים אחרים.זה ממזער את החקירה הנגדית. אם יש לחצות כבלים, ההצלבה מתבצעת בזווית של 90 מעלות.

הוא מופעל על ידי גנרטור חירום

ההתחלה הרכה שמספקת ממיר התדרים מאפשרת להפחית את ההספק הנדרש של הגנרטור. מכיוון שעם התחלה כזו הזרם יורד פי 4-6, אז ניתן להפחית את כוחו של הגנרטור במספר דומה של פעמים. אבל עדיין חייב להיות מותקן מגע בין הגנרטור לכונן, הנשלט על ידי פלט הממסר של כונן התדרים. זה מגן על ממיר התדרים מפני מתחי יתר מסוכנים.

אספקת ממיר תלת פאזי מרשת חד פאזית

ניתן להפעיל ממירי תדר תלת פאזיים מרשת חד פאזית, אך זרם המוצא שלהם לא יעלה על 50% מהמדורג.

חסכו באנרגיה וכסף

חיסכון נובע מכמה סיבות: ראשית, בגלל צמיחה קוסינוס פי לערכים של 0.98, כלומר. הכוח המקסימלי משמש לביצוע עבודה מועילה, המינימום מבוזבז. שנית, מקדם קרוב לכך מתקבל בכל מצבי פעולת המנוע.

ללא ממיר תדרים, למנועים אסינכרוניים בעומס נמוך יש קוסינוס פי של 0.3-0.4. שלישית, אין צורך בהתאמות מכניות נוספות (בולמים, מצערות, שסתומים, בלמים וכו'), הכל נעשה בצורה אלקטרונית. עם מכשיר בקרה כזה, החיסכון יכול להגיע עד 50%.

סנכרן מספר מכשירים

בשל הכניסות הנוספות לשליטה בכונן התדרים, ניתן לסנכרן את תהליכי המסוע או לקבוע את יחסי השינויים בערכים מסוימים, בהתאם לאחרים.לדוגמה, להפוך את מהירות הציר של המכונה לתלויה בקצב ההזנה של החותך. התהליך יעבור אופטימיזציה מכיוון שככל שעומס החותך יגדל, ההזנה תפחת ולהיפך.

הגנת רשת מפני הרמוניות גבוהות יותר

להגנה נוספת, בנוסף לכבלים קצרים מסוככים, נעשה שימוש במשנקי קו וקבלים עוקפים. מַצעֶרֶתבנוסף, הוא מגביל את זרם הכניסה כאשר הוא מופעל.

בחירת מעמד ההגנה הנכון

פיזור חום אמין חיוני לפעולה חלקה של כונן התדרים. אם משתמשים בדרגות הגנה גבוהות, למשל IP 54 ומעלה, קשה או יקר להשיג פיזור חום כזה. לכן, ניתן להשתמש בארון נפרד עם דרגת הגנה גבוהה, שבו ניתן להתקין מודולים ממעמד נמוך יותר ולבצע אוורור וקירור כלליים.

חיבור מקביל של מנועים חשמליים לממיר תדר אחד

כדי להפחית עלויות, ניתן להשתמש בממיר תדר אחד לשליטה במספר מנועים חשמליים. יש לבחור את ההספק שלו עם מרווח של 10-15% מההספק הכולל של כל המנועים החשמליים. בכך יש צורך להקטין את אורך כבלי המנוע ורצוי מאוד להתקין משנק מנוע.

רוב ממירי התדר אינם מאפשרים כיבוי או חיבור מנועים באמצעות מגעים בזמן שכונן התדרים פועל. זה נעשה רק באמצעות פקודת העצירה במכשיר.

הגדרת פונקציית בקרה

על מנת להשיג את הביצועים המקסימליים של הכונן החשמלי, כגון: מקדם הספק, יעילות, כושר עומס יתר, חלקות ויסות, עמידות, יש צורך לבחור נכון את היחס בין השינוי בתדר הפעולה לבין מתח המוצא של התדר. מֵמִיר.

פונקציית שינוי המתח תלויה באופי המומנט של העומס. במומנט קבוע יש לשלוט במתח הסטטור של המנוע ביחס לתדר (בקרה סקלרית U / F = const). עבור מאוורר, למשל, יחס נוסף הוא U / F * F = const. אם נגדיל את התדר פי 2, אז המתח צריך לעלות ב-4 (בקרת וקטור). ישנם מכשירים עם פונקציות בקרה מורכבות יותר.

יתרונות השימוש בכונן במהירות משתנה עם ממיר תדרים

בנוסף להגברת היעילות וחיסכון באנרגיה, כונן חשמלי כזה מאפשר לך לקבל איכויות נהיגה חדשות. הדבר בא לידי ביטוי בדחיית מכשירים מכניים נוספים היוצרים הפסדים ומפחיתים את אמינות המערכות: בלמים, בולמי זעזועים, מצערות, שסתומים, שסתומי בקרה וכו'. בלימה, למשל, ניתן לבצע על ידי היפוך השדה האלקטרומגנטי בסטטור של המנוע. על ידי שינוי רק את הקשר הפונקציונלי בין תדר ומתח, אנו מקבלים כונן שונה מבלי לשנות דבר במכניקה.

קריאת התיעוד

יש לציין שלמרות שממירי התדר דומים זה לזה, ולאחר ששולטים באחד, קל להתמודד עם השני, עם זאת, יש צורך לקרוא בעיון את התיעוד. חלק מהיצרנים מטילים הגבלות על השימוש במוצרים שלהם ובמידה והן מופרות, הם מסירים את המוצר מהאחריות.

אולי יעניין אותך: הנעה חשמלית משתנה כאמצעי לחיסכון באנרגיה