Energian takaisinkytkentäyksiköiden toimittajat muistuttavat, että taajuusmuuttajien sovellushistoria Kiinassa on yli 30 vuotta vanha. Teknologian jatkuvan kehityksen myötä taajuusmuuntimien sovellusala on alkanut kattaa useita aloja, ja markkinat kasvavat vuosi vuodelta. Tällä hetkellä on yli 140 kotimaista ja ulkomaista taajuusmuuttajamerkkiä, ja uusia taajuusmuuntimien valmistajia ja jakelijoita on myös levinnyt ympäri maata. Vaikka kotimaisten ja maahantuotujen taajuusmuuntimien välillä on edelleen tietty suorituskykyero, Kiinan tieteen ja teknologian nopean kehityksen ansiosta tämä ero ei ole ylitsepääsemätön. Samaan aikaan kotimaisen teollisuusketjun eheyden ansiosta kotimaisten taajuusmuuntimien tuotantotehokkuudelle ja valmistuskustannuksille on suuri potentiaali.
Muuttuvataajuusmuuttajajärjestelmä koostuu taajuusmuuttajasta, joka on saavuttanut tai ylittänyt tasavirtanopeuden säätöjärjestelmän suorituskyvyn. Taajuusmuuttajan etuna on pieni koko, alhainen melutaso, alhaiset kustannukset ja asynkronimoottoreiden helppo huolto, mikä yksinkertaistaa tuotantoprosessia ja vähentää alkuinvestointikustannuksia. Yleisesti ottaen taajuusmuuttajien kohtuullinen käyttö voi parantaa työn tuottavuutta, tuotteiden laatua ja laitteiden automaatiota samalla säästäen energiaa ja vähentäen tuotantokustannuksia.
1. Pienjännitetaajuusmuuttajien luokittelu, toimintaperiaate ja rakenne
1. Pienjännitetaajuusmuuttajien luokittelu
Taajuusmuuttajien luokitteluun on olemassa erilaisia standardeja. Muuttuvataajuusmuuttajat voidaan jakaa yleisiin taajuusmuuttajiin ja erikoistaajuusmuuttajiin. Toimintaperiaatteen mukaan taajuusmuuttajat voidaan jakaa AC-AC-taajuusmuuttajiin ja AC-DC-AC-taajuusmuuttajiin, joista AC-DC-AC-taajuusmuuntimet voidaan jakaa myös virta- ja jännitetyyppisiin taajuusmuuttajiin päävirtapiirin toimintatavan mukaan. Lisäksi taajuusmuuttajateknologian kehityssuunnan näkökulmasta se voidaan jakaa VVVF-taajuusmuuttajiin, vektoritaajuusmuuttajiin, suoran momentin säätöön perustuviin taajuusmuuttajiin ja niin edelleen.
2. Matalajännitteisen taajuusmuuttajan toimintaperiaate
Yleisesti ottaen taajuusmuuttajat toimivat ristikytkentäsuoralla ristikytkentätavalla. Matalajännitteisiä taajuusmuuttajia käytetään suhteellisen laajalti niiden kypsän teknologian, alhaisten kustannusten ja helpon huollon ansiosta. Taajuusmuuttajan toimintaperiaate on yksinkertaisesti muuntaa vaihtovirta säädettäväksi taajuuden omaavaksi sähkölaitteeksi. Vaihtovirtamoottoreiden synkronisen nopeuden kaavan N=60f/p mukaan (jossa N on moottorin synkroninen nopeus, f on tehotaajuus ja p on moottorin napojen lukumäärä), vaihtovirtamoottorin nopeutta voidaan muuttaa muuttamalla taajuutta. Taajuusmuuttaja on kehitetty tämän periaatteen mukaisesti.
3. Pienjännitetaajuusmuuttajan rakenne
Taajuusmuuttajan pääpiirin kokoonpano:
Jännitetyyppi: Jännite muunnetaan tasavirrasta vaihtovirtaan, ja piirisuodatin on kondensaattori.
Virtatyyppi: Virtalähde muuttuu tasavirrasta vaihtovirtaan, ja piirisuodatin on induktori.
Taajuusmuuttaja koostuu pääasiassa seuraavista neljästä osasta:
(1) Tasasuuntaajat: Nykyään käytetään laajalti diodimuuntimia, jotka voivat muuntaa tehotaajuuden tasavirraksi ja muodostaa myös käännettäviä muuntimia. Koska niiden tehon suunta on käännettävä, ne voivat regeneroitua ja toimia.
(2) Tasasuuntaajapiiri: Tasasuuntaajan tasasuuntaama tasajännite on sykkivää jännitettä, joka on kuusi kertaa virtalähteen taajuus. Jännitevaihteluiden estämiseksi tarvitaan kondensaattoreita ja induktoreita, jotka absorboivat sykkivää jännitettä (eli virtaa). Kun laitteen kapasiteetti on pieni ja kapasiteettia on liikaa, voidaan käyttää suoraan tasoituspiiriä.
(3) Invertteri: Invertteri muuntaa tasavirran vaihtovirraksi, jolloin saadaan kolmivaiheinen lähtö kiinteässä ajassa.
(4) Ohjauspiiri: Tarjoaa signaaliohjauspiirin asynkronisen moottorin virtalähteen pääpiirille. Sisältää jännite- ja taajuusohjauspiirin, pääpiirin virran ja jännitteen tunnistuspiirin, moottorin nopeuden tunnistuspiirin, ohjaussignaaleja vahvistavan käyttöpiirin ajopiirin sekä moottorin ja invertterin suojauspiirin.
2. Matalajännitteisten invertterityyppien valinta
1. Yleiskatsaus matalajännitteisen invertterin tyypin valintaan
Tällä hetkellä useimmat käyttäjät valitsevat taajuusmuuttajan valmistajan toimittamien ohjeiden tai valintaoppaan perusteella. Yleensä taajuusmuuttajan valmistaja ilmoittaa taajuusmuuttajan nimellisvirran, joka voi vastata moottorin nimellistehoa ja -kapasiteettia. Saatavilla olevien moottoreiden parametrit ovat kaikki valmistajan toimittamia valmistajan tai kansallisten standardien mukaisesti, eivätkä ne voi todellisuudessa heijastaa taajuusmuuttajan kantokykyä. Siksi taajuusmuuttajaa valittaessa on otettava viitteenä periaate, jonka mukaan moottorin nimellisvirta ei saa ylittää taajuusmuuttajan nimellisvirtaa. Lisäksi taajuusmuuttajaa valittaessa on ymmärrettävä myös moottorin prosessiolosuhteet ja asiaankuuluvat parametrit sekä kiinnitettävä huomiota moottorin tyyppiin ja käyttöominaisuuksiin.
(1) Taajuusmuuttajan nimellisvirran valinta. Suunnitteluvaatimusten mukaan taajuusmuuttajan turvallisen ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi taajuusmuuttajan nimellisvirran on oltava suurempi kuin kuorman (moottorin) nimellisvirta, erityisesti moottoreissa, joiden kuormitusominaisuudet muuttuvat usein. Kokemuksen mukaan taajuusmuuttajan nimellisvirta on yli 1,05 kertaa moottorin nimellisvirta.
(2) Taajuusmuuttajien nimellisjännitteen valinta. Taajuusmuuttajan nimellisjännite valitaan taajuusmuuttajan tulopuolen väyläjännitteen perusteella. Periaatteessa taajuusmuuttajan nimellisjännitteen tulisi olla yhdenmukainen tulojännitteen kanssa. Jos tulojännite on liian korkea, taajuusmuuttaja [3] vaurioituu.
2. Varotoimet pienjännitetaajuusmuuttajien valinnassa
(1) Sovita kuormatyyppi taajuusmuuttajaan.
Petrokemianteollisuuden kuormitus koostuu pääasiassa pumpuista ja puhaltimista. Pumput jaetaan vesipumppuihin, öljypumppuihin, lisäainepumppuihin, annostelupumppuihin, nostopumppuihin, sekoituspumppuihin ja pesupumppuihin. Näistä nostopumput, sekoituspumput ja pesupumput ovat enimmäkseen raskaita, kun taas loput ovat tavanomaisia kuormia. Puhaltimet jaetaan ilmajäähdytteisiin puhaltimiin, kattilakäyttöisiin vetopuhaltimiin, aksiaalipuhaltimiin, ilmakompressoreihin jne. Kun ilmajäähdytteinen puhallin ja kattilakäyttöinen vetopuhaltin käynnistetään, ne ovat molemmat raskaita kuormia, joita yleensä pidetään raskaita kuormina, ja loput ovat tavanomaisia kuormia. Taajuusmuuttajaa valittaessa valinnan tulisi perustua kuormitusominaisuuksiin. Jos kuormitustyyppi on epäselvä tai voi muuttua eri prosessiolosuhteissa, on suositeltavaa valita taajuusmuuttaja raskaan kuormituksen perusteella, jotta vältetään epäsuhtaisten valintojen tekeminen.
(2) Ympäristöolosuhteet vaikuttavat taajuusmuuttajaan.
Yleensä taajuusmuuttajat vaativat korkeampia ympäristön lämpötiloja ja kosteutta. Kun ympäristön lämpötila on alle 30 celsiusastetta, suhteellinen kosteus alle 80 % ja korkeus merenpinnasta alle 100 metriä, taajuusmuuttaja toimii turvallisesti nimellisvirralla. Jos ympäristön lämpötila ylittää 40 ℃, taajuusmuuttajan todellinen kapasiteetti ja virta laskevat vähitellen ympäristön lämpötilan noustessa. Jos ympäristön suhteellinen kosteus ylittää 90 %, voi esiintyä kondensaatiota, joka aiheuttaa oikosulkuja taajuusmuuttajan sisäisissä komponenteissa. Jos korkeus ylittää 100 metriä, taajuusmuuttajan lähtöteho laskee. Lisäksi taajuusmuuttajia tulisi välttää käyttämästä pölyisissä ympäristöissä.
(3) Taajuusmuuttajien valinnaisten komponenttien valinta.
Taajuusmuuttajien valinnaisten komponenttien virheellinen valinta voi johtaa korkeaan vikaantumisasteeseen, joka keskittyy pääasiassa suodattimien ja reaktoreiden valintaan.
3. Pienjännitetaajuusmuuttajan käytännön sovellus
1. Pienjännitetaajuusmuuttajan ensiöliitäntä
Koska kontaktorien, suodattimien ja reaktoreiden asennuspaikoilla ensiöpiirissä on merkittävä vaikutus taajuusmuuttajaan, keskitytään seuraavassa näiden kolmen laitteen analysointiin.
(1) Kontaktori
Kontaktoreille on kaksi pääasiallista liitäntätapaa: asennus invertterin rungon takapuolelle ja asennus invertterin rungon etupuolelle. Kontaktori asennetaan invertterin rungon takapuolelle, ja etuna on, että invertteriin ei tule toistuvia iskuja moottorin käynnistyksen yhteydessä. Haittapuolena on taajuusmuuttajan pitkä latausaika ja tehohäviö. Kontaktori asennetaan invertterin rungon etupuolelle, ja sen etuna on, että se katkaisee virran kokonaan moottorin ollessa valmiustilassa menettämättä tehoa. Haittapuolena on, että moottorin tiheä käynnistys aiheuttaa taajuusmuuttajalle toistuvia latausiskuja, mikä vaikuttaa taajuusmuuttajan komponenttien käyttöikään.
Yhteenvetona voidaan todeta, että jos moottori käynnistyy harvoin, kontaktori voidaan asentaa invertterin rungon etu- ja takapuolelle, mutta se on sopivampaa asentaa invertterin rungon takapuolelle. Jos moottori käynnistyy usein, on suositeltavaa asentaa kontaktori invertterin rungon takapuolelle.
(2) Suodatin
Tulosuodatinta käytetään pääasiassa sähköverkon suodattamiseen, sähköverkon harmonisten vaikutusten estämiseen taajuusmuuttajassa ja taajuusmuuttajan tasasuuntauksen synnyttämien harmonisten palaamisen estämiseen sähköverkkoon; lähtösuodatin optimoi pääasiassa taajuusmuuttajan, suodattaa harmoniset ja tekee lähtöaallonmuodosta sinimuotoisemman.
(3) Reaktori
Tulokkuristin voi vaimentaa verkon puoleisia harmonisia yliaaltoja ja suojata tasasuuntaussiltaa; Kun taajuusmuuttajan lähtökaapeli ylittää määritetyn pituuden (yleensä sallitaan 250 m:n kaapelin pituus), on valittava lähtökuristin.
2. Pienjännitetaajuusmuuttajan asennusympäristö
Kokeet ovat osoittaneet, että taajuusmuuttajien vikaantumisaste kasvaa merkittävästi ankarissa ympäristöissä, erityisesti herkissä lämpötilalle, kosteudelle ja pölylle. Siksi asennusympäristöä valittaessa on valittava ympäristö, jossa on hallittavissa oleva lämpötila, kosteus ja vähän pölyä.
(1) Ympäristön lämpötila
Käytännössä on havaittu, että taajuusmuuttajat soveltuvat käytettäväksi alle 35 celsiusasteen tai sitä korkeammissa ympäristöissä, muuten mitä korkeampi lämpötila, sitä pienempi taajuusmuuttajan kuormituskyky.
(2) Ympäristön kosteus
Kun ympäristön kosteus on korkea, invertterin sisälle tiivistyy helposti kosteutta, mikä voi helposti aiheuttaa oikosulkuja. Siksi taajuusmuuttajan ympäristön kosteutta on valvottava.
(3) Pölyinen ympäristö
Taajuusmuuttajia tulisi käyttää mahdollisimman paljon pölyisissä ympäristöissä, koska pölyn kertyminen voi aiheuttaa oikosulkuja ja vahingoittaa taajuusmuuttajan elektronisia komponentteja.
4. Pienjännitetaajuusmuuttajien yleisiä vikoja ja ratkaisuja
1. Käynnistys ei onnistu
Syy: Sen aiheuttaa kuorman liiallinen pyörimisinertia tai vääntömomentti.
Ratkaisu: Lisää käynnistystaajuutta ja vääntömomenttia asianmukaisesti ja tarkista suojausasetukset.
2. Ylijännitesuoja
Syy: Korkea syöttöjännite tai lyhyt laskuaika.
Ratkaisu: Tarkista, onko käyntitila normaali.
3. Ylikuormitus
Syy: Matalajännitemuuntajan ylikuormituskapasiteetti on suhteellisen heikko tai moottorin parametriasetukset ovat kohtuuttomat.
Ratkaisu: Tarkista taajuusmuuttajan sisäinen virrantunnistuspiiri ja parametriasetukset.