I fornitori di apparecchiature di supporto per convertitori di frequenza ricordano che, con il miglioramento della tecnologia di conversione di frequenza, l'applicazione dei motori a corrente alternata (CA) sta diventando sempre più diffusa. L'utilizzo della regolazione della velocità tramite conversione di frequenza può migliorare la precisione di controllo, l'efficienza produttiva e la qualità dei macchinari di produzione, favorendo l'automazione del processo produttivo. I sistemi di azionamento a corrente alternata offrono eccellenti prestazioni di controllo e significativi effetti di risparmio energetico in molte situazioni produttive.
Applicazione del convertitore di frequenza
Il consumo di elettricità dei motori elettrici nel nostro Paese rappresenta dal 60% al 70% della produzione nazionale di elettricità, mentre il consumo annuo di ventilatori e pompe idrauliche rappresenta 1/3 del consumo nazionale di elettricità. La ragione principale di questa situazione è che il metodo tradizionale di controllo della velocità per ventilatori, pompe idrauliche e altre apparecchiature consiste nel regolare l'afflusso di aria e acqua regolando l'apertura dei deflettori e delle valvole di ingresso o uscita. La potenza in ingresso è elevata e una grande quantità di energia viene consumata nel processo di intercettazione dei deflettori e delle valvole.
Poiché la maggior parte dei ventilatori e delle pompe idrauliche sono caratterizzati da carichi di coppia piatti, la potenza e la velocità dell'albero hanno una relazione cubica. Pertanto, quando la velocità di ventilatori e pompe idrauliche diminuisce, anche il consumo energetico diminuisce notevolmente. Esiste quindi un grande potenziale di risparmio energetico. La misura più efficace per il risparmio energetico è l'utilizzo di un convertitore di frequenza per regolare la portata. L'applicazione di convertitori di frequenza consente un risparmio energetico dal 20% al 50% e i vantaggi sono significativi.
Molte macchine richiedono motori elettrici in grado di regolare la velocità in base ai requisiti di processo. In passato, a causa della difficoltà di regolazione della velocità dei motori elettrici a corrente alternata (CA) e degli elevati requisiti prestazionali di regolazione della velocità, si utilizzava la regolazione della velocità a corrente continua (CC). Tuttavia, i motori elettrici a corrente continua presentano strutture complesse, grandi volumi e una manutenzione difficile in inverno. Pertanto, con la maturità della tecnologia di regolazione della velocità a frequenza variabile, la regolazione della velocità a corrente alternata sta gradualmente sostituendo la regolazione della velocità a corrente continua, richiedendo spesso un controllo quantitativo e diretto della coppia per soddisfare i diversi requisiti di processo.
Utilizzando un convertitore di frequenza per azionare un motore elettrico, la corrente di avviamento è ridotta, consentendo un avviamento graduale e una regolazione continua della velocità. Ciò facilita il controllo di accelerazione e decelerazione, consentendo al motore di raggiungere prestazioni elevate e un notevole risparmio energetico. Per questo motivo, i convertitori di frequenza sono sempre più utilizzati nella produzione industriale e nella vita quotidiana.
Problemi esistenti e contromisure
Con l'ampliamento del campo di applicazione dei convertitori di frequenza, aumentano i problemi che si verificano durante il funzionamento, principalmente dovuti a armoniche di ordine elevato, rumore e vibrazioni, adattamento del carico, surriscaldamento e altri problemi. Questo articolo analizza le problematiche sopra menzionate e propone le relative misure.
Il circuito principale di un convertitore di frequenza universale è generalmente costituito da tre parti: raddrizzamento, inversione e filtraggio. La parte di raddrizzamento è un raddrizzatore a ponte trifase non controllato, la parte di filtraggio centrale utilizza un condensatore di grandi dimensioni come filtro e la parte inverter è un inverter a ponte IGBT a tre termini con ingresso a forma d'onda PWM. La tensione di uscita contiene armoniche diverse dall'onda fondamentale e le armoniche di ordine inferiore hanno solitamente un impatto maggiore sul carico del motore, causando un'ondulazione di coppia; le armoniche di ordine superiore aumentano la corrente di dispersione del cavo di uscita del convertitore di frequenza, con conseguente insufficiente potenza del motore. Pertanto, è necessario sopprimere sia le armoniche di ordine superiore che quelle di ordine inferiore in uscita dal convertitore di frequenza. Per sopprimere le armoniche, è possibile utilizzare i seguenti metodi.
1. Aumentare l'alimentazione del convertitore di frequenza
L'impedenza interna dell'alimentatore può solitamente fungere da buffer per la potenza reattiva del condensatore di filtraggio CC del convertitore di frequenza. Maggiore è l'impedenza interna, minore è il contenuto armonico. Questa impedenza interna è l'impedenza di cortocircuito del trasformatore. Pertanto, quando si sceglie un alimentatore per convertitore di frequenza, è consigliabile scegliere un trasformatore con un'elevata impedenza di cortocircuito.
2. Installare il reattore
Collegare reattori idonei o installare filtri armonici in serie tra i terminali di ingresso e di uscita del convertitore di frequenza. Il filtro è di tipo LC, che assorbe le armoniche e aumenta l'impedenza dell'alimentatore o del carico per raggiungere lo scopo di soppressione.
3. Operazioni multiple con trasformatori
Il convertitore di frequenza universale è un raddrizzatore a sei impulsi, che genera armoniche di alto livello. Se si adotta il funzionamento multifase dei trasformatori, con una differenza di angolo di fase di 30° tra loro, la combinazione di trasformatori Y-△ e △-△ può generare un effetto a 12 impulsi, che può ridurre le correnti armoniche di basso ordine e sopprimerle efficacemente.
4. Impostare armoniche dedicate
Impostare un filtro dedicato per rilevare il convertitore di frequenza e la fase e generare una corrente con la stessa ampiezza e fase opposta alla corrente armonica, che viene trasmessa al convertitore di frequenza per assorbire efficacemente la corrente armonica.