Zulieferer von Frequenzumrichter-Komponenten: Mit der rasanten Entwicklung der Leistungselektronik und Mikroelektronik wurden auch die Fertigungsprozesse von Hochleistungsgleichrichtern weiterentwickelt. Frequenzumrichter finden zunehmend Anwendung in Industrie- und Bergbauunternehmen. Ihr Einsatz in Unternehmen verbreitet sich stetig, und die damit verbundenen Probleme rücken immer stärker in den Fokus.
1. Eigenschaften des Frequenzumrichters
Mit der rasanten Entwicklung der Leistungselektronik und Mikroelektronik wurden auch die Fertigungsprozesse von Hochleistungsgleichrichtern weiterentwickelt, und die Entwicklung von Frequenzumrichtern schreitet schnell voran. Frequenzumrichter finden breite Anwendung in Industrie- und Bergbauunternehmen und bieten vier wesentliche Vorteile:
Die erste kann die Prozessanforderungen an die Drehzahlregelung erfüllen, und der Drehzahlregelungsbereich des Frequenzumrichters liegt über 10:11.
Der zweite Zweck besteht in der Erleichterung der Automatisierungssteuerung, da der Frequenzumrichter selbst von einem 16- (oder 32-) Bit-Mikroprozessor mit RS485- oder 422-, A/D-Eingangs- und D/A-Ausgangsschnittstellen gesteuert wird, wodurch ausreichende Voraussetzungen für eine automatische Steuerung geschaffen werden.
Das dritte Ziel ist die Erzielung signifikanter Energieeinsparungen, insbesondere beim Einsatz von Hochleistungsventilatoren und -pumpen (über 15 kW), wodurch mehr als 20 % Energie eingespart werden können.
Der vierte Vorteil besteht in der Reduzierung des Arbeitsaufwands für die Instandhaltungsmitarbeiter. Dank der hohen Gesamtzuverlässigkeit, der geringen Ausfallrate und des langen Wartungszyklus des Drehzahlregelungssystems kann die Arbeitsbelastung des zuständigen Instandhaltungspersonals verringert werden.
2. Auswahl des Frequenzumrichters
Die Auswahl der Frequenzumrichter sollte unter Berücksichtigung der Art des geregelten Objekts, des Drehzahlbereichs, der statischen Drehzahlgenauigkeit, des Anlaufdrehmoments usw. erfolgen, um den Anforderungen des Prozesses und der Produktion gerecht zu werden und gleichzeitig benutzerfreundlich und wirtschaftlich zu sein.
1. Die Polzahl des Frequenzumrichters und des geregelten Motors sollte im Allgemeinen 4 Pole nicht überschreiten, da die Drehzahlregelung sonst nicht sinnvoll ist. Drehmomentkennlinien, kritisches Drehmoment und Beschleunigungsdrehmoment sind zu berücksichtigen. Bei gleicher Motorleistung können die Spezifikationen des Frequenzumrichters im Vergleich zum Betrieb mit hohem Überlastdrehmoment reduziert werden. Elektromagnetische Verträglichkeit ist zu beachten. Um Störungen durch das Netznetz zu minimieren, sollten Drosseln in den Zwischenkreis oder Eingangskreis des Frequenzumrichters eingefügt oder Trenntransformatoren vorinstalliert werden. Bei einem Abstand von mehr als 50 Metern zwischen Motor und Frequenzumrichter sollten Drosseln, Filter oder geschirmte Schutzkabel in Reihe geschaltet werden.
2. Auswahl der Wechselrichtergehäusekonstruktion: Die Gehäusekonstruktion des Wechselrichters muss an die Umgebungsbedingungen angepasst werden. Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Staub, Säuregehalt und korrosive Gase sind zu berücksichtigen. Es gibt mehrere gängige Konstruktionen:
Offene Bauart: Sie besitzt kein Gehäuse und kann im Schaltschrank oder Elektroraum auf dem Bildschirmgestell montiert werden. Sie eignet sich besonders für den Einsatz bei mehreren Frequenzumrichtern, wenn hohe Umgebungsbedingungen erforderlich sind.
Geschlossene Ausführung: geeignet für den allgemeinen Gebrauch, kann geringe Mengen an Staub oder Feuchtigkeit enthalten.
Geschlossene Ausführung: geeignet für Umgebungen mit schlechten industriellen Standortbedingungen.
Geschlossene Ausführung: geeignet für Umgebungen mit schlechten Bedingungen, Wasser, Staub und bestimmten korrosiven Gasen.
3. Bei der Auswahl der Frequenzumrichterleistung muss das Verhältnis zwischen Frequenzumrichterlast und Wirkungsgrad beachtet werden. Der Systemwirkungsgrad entspricht dem Produkt aus Frequenzumrichterwirkungsgrad und Motorwirkungsgrad. Im Hinblick auf den Wirkungsgrad sind bei der Auswahl der Frequenzumrichterleistung folgende Punkte zu beachten: Optimal ist es, wenn die Frequenzumrichterleistung der Motorleistung entspricht, um einen hocheffizienten Betrieb des Frequenzumrichters zu gewährleisten. Weicht die Leistungsklasse des Frequenzumrichters von der des Motors ab, sollte die Leistung des Frequenzumrichters möglichst nahe an der Motorleistung liegen und diese geringfügig überschreiten. Bei häufigem Anfahren, Bremsen oder häufigem Anfahren unter hoher Last kann ein um eine Stufe größerer Frequenzumrichter gewählt werden, um einen langfristig sicheren Betrieb zu gewährleisten. Tests haben gezeigt, dass die tatsächliche Motorleistung einen Überschuss aufweist. Daher kann der Einsatz eines Frequenzumrichters mit geringerer Leistung als die Motorleistung erwogen werden. Dabei ist jedoch darauf zu achten, ob der kurzzeitige Spitzenstrom den Überstromschutz auslöst. Wenn die Leistung des Frequenzumrichters von der des Motors abweicht, müssen die Parameter des Frequenzumrichters entsprechend angepasst werden, um einen höheren Energiespareffekt zu erzielen.
3. Maßnahmen zur Störungsunterdrückung in Frequenzumrichteranwendungen
Die Störfestigkeit von Frequenzumrichtern in Anwendungen äußert sich hauptsächlich in Problemen wie Oberschwingungen, Rauschen und Vibrationen, Lastanpassung und Wärmeentwicklung. Diese Störungen sind unvermeidbar, da der Eingangsteil des Frequenzumrichters ein Gleichrichter und der Ausgangsteil ein Wechselrichter ist, die beide aus nichtlinearen Bauteilen bestehen, die als Schalter fungieren. Beim Öffnen und Schließen des Stromkreises entstehen Oberschwingungen, die zu Verzerrungen der Eingangs- und Ausgangsspannung sowie des Ausgangsstroms führen. Im Folgenden werden eine Analyse und entsprechende Maßnahmen zur Behebung von Oberschwingungsproblemen vorgeschlagen. Die schädliche Wirkung von Oberschwingungen ist erheblich, und ihre Störungen können Geräte und Messgeräte beeinträchtigen und in schweren Fällen zu Fehlfunktionen führen. Laut einschlägiger Literatur ist die Empfindlichkeit verschiedener Objekte gegenüber Oberschwingungen wie folgt: Elektromotoren: unter 10–20 % (keine Auswirkungen); Messgeräte: Spannungsverzerrung ≤ 10 %, Stromverzerrung ≤ 10 %, Fehler < 1 %. Elektronische Schalter mit einer Abweichung von über 10 % verursachen Fehlfunktionen, Computer mit einer Abweichung von über 5 % führen zu Fehlern. Im industriellen Bereich müssen Maßnahmen ergriffen werden, um Störungen zu reduzieren und innerhalb des zulässigen Bereichs zu halten.
1. Die Unterbrechung des Ausbreitungswegs von Störungen wird häufig durch Erdungsleitungen erreicht. Die Trennung der Erdung von Stromleitungen von der Erdung von Steuerleitungen ist die grundlegende Methode, diesen Weg zu unterbrechen. Befindet sich die Signalleitung in der Nähe einer störungsbehafteten Leitung, wird die Störung induziert und beeinträchtigt das Signal auf der Signalleitung. Die Trennung der Leitungen ist wirksam, um diese Störungen zu eliminieren. Bei der Kabelverlegung werden Hochspannungs-, Strom- und Steuerleitungen oft von Instrumenten- und Computerkabeln getrennt und in separaten Kabelrinnen verlegt. Die Steuerleitung des Frequenzumrichters wird vertikal zusammen mit der Hauptleitung verlegt.
2. Durch den Einsatz von Netzreaktoren vor dem Frequenzumrichter zur Unterdrückung von Oberschwingungen lassen sich Überspannungen auf der Versorgungsseite reduzieren und Stromverzerrungen, die vom Frequenzumrichter verursacht werden, minimieren. Dadurch werden schwerwiegende Störungen der Hauptstromversorgung vermieden. Ein passiver LC-Filter vor dem Frequenzumrichter filtert Oberschwingungen, üblicherweise die 5. und 7. Ordnung, heraus. Diese Methode ist jedoch stark von der Stromversorgung und der Last abhängig und bietet wenig Flexibilität. Bei elektromagnetischen Störungen in der Umgebung des Geräts ist ein Hochfrequenz-Störfilter zu installieren, um die leitungsgebundenen Störungen der Hauptstromversorgung zu reduzieren. Zusätzlich sind Maßnahmen zur Abschirmung der Motorstromversorgung zu ergreifen. Bei Kabellängen von mehr als 50 Metern (ungeschirmt) zwischen Motor und Frequenzumrichter (80 Meter) wird ein Reaktor zwischen Frequenzumrichter und Motor installiert, um kurzzeitige Überspannungen beim Anlauf des Motors zu verhindern, Ableitströme und Störungen vom Motor gegen Erde zu reduzieren und den Motor zu schützen. Der universelle Frequenzumrichter nutzt den Mehrphasenbetrieb von Transformatoren und einen Sechspuls-Gleichrichter, der hohe Oberschwingungen erzeugt. Bei Mehrphasenbetrieb der Transformatoren beträgt die Phasenwinkeldifferenz zwischen ihnen 300°. Beispielsweise kann eine Kombination aus Y- und Dreieck- sowie Dreieck-Dreieck-Transformatoren einen Zwölfpuls-Effekt erzielen, der niederfrequente Oberschwingungsströme reduziert und Oberschwingungen effektiv unterdrückt.