Поставщики блоков обратной связи по энергии напоминают, что история применения преобразователей частоты в Китае насчитывает более 30 лет. С непрерывным прогрессом технологий сфера применения преобразователей частоты также начала охватывать различные области, и размер рынка расширяется с каждым годом. В настоящее время существует более 140 отечественных и зарубежных марок преобразователей частоты, а также по всей стране разбросаны новые производители и дистрибьюторы преобразователей частоты. Хотя по-прежнему существует определенный разрыв в производительности между отечественными и импортными преобразователями частоты, с быстрым развитием науки и техники в Китае этот разрыв не является непреодолимым. В то же время, пользуясь целостностью отечественной промышленной цепочки, существует большой потенциал для эффективности производства и себестоимости производства отечественных преобразователей частоты.
Система частотно-регулируемого привода состоит из преобразователя частоты, который по своим характеристикам не уступает или превосходит систему управления скоростью постоянного тока. Преобразователь частоты обладает такими преимуществами, как компактность, низкий уровень шума, низкая стоимость и простота обслуживания асинхронных двигателей, что значительно упрощает производственный процесс и снижает первоначальные инвестиционные затраты. В целом, разумное использование преобразователей частоты позволяет повысить производительность труда, качество продукции и автоматизацию оборудования, одновременно экономя энергию и снижая производственные затраты.
1. Классификация, принцип работы и конструкция низковольтных преобразователей частоты
1. Классификация низковольтных преобразователей частоты
Существуют различные стандарты классификации преобразователей частоты. Частотно-регулируемые приводы (ПЧ) можно разделить на преобразователи общего назначения и специальные. По принципу работы преобразователи частоты подразделяются на преобразователи частоты переменного тока (AC-AC) и преобразователи частоты переменного тока (AC-DC-AC), а также преобразователи частоты переменного тока (AC-DC-AC) по режиму работы главной цепи на преобразователи частоты тока и напряжения. Кроме того, с точки зрения направления развития технологии частотных преобразователей их можно разделить на преобразователи частоты с переменным током (VVVF), векторные преобразователи частоты, преобразователи частоты с прямым управлением крутящим моментом и так далее.
2. Низковольтный преобразователь частоты
Как правило, преобразователи частоты работают по принципу прямого кроссовера. Низковольтные преобразователи частоты широко используются благодаря отработанной технологии, низкой стоимости и простоте обслуживания. Принцип работы преобразователя частоты заключается в преобразовании переменного тока в регулируемый электрический сигнал. Согласно формуле синхронной скорости N=60f/p для двигателей переменного тока (где N — синхронная скорость двигателя, f — частота сети, а p — число полюсов двигателя), скорость двигателя переменного тока можно изменять, изменяя частоту. Преобразователь частоты разработан на основе этого принципа.
3. Конструкция преобразователя частоты низкого напряжения
Состав основной схемы преобразователя частоты:
Тип напряжения: Напряжение преобразуется из постоянного тока в переменный ток, а фильтр цепи представляет собой конденсатор.
Тип тока: источник питания тока изменяется с постоянного тока на переменный, преобразователь частоты, а фильтр цепи представляет собой индуктор.
Преобразователь частоты в основном состоит из следующих четырех частей:
(1) Выпрямители: В настоящее время широко используются диодные преобразователи, которые могут преобразовывать промышленную частоту в постоянный ток, а также могут быть обратимыми преобразователями. Поскольку направление тока обратимо, они могут рекуперировать энергию и работать.
(2) Схема с плоской волной: постоянное напряжение, выпрямленное выпрямителем, имеет пульсирующее напряжение, частота которого в 6 раз превышает частоту источника питания. Для подавления колебаний напряжения необходимы конденсаторы и катушки индуктивности, поглощающие пульсирующее напряжение (то есть ток). Если ёмкость устройства мала, и имеется избыток ёмкости, можно использовать сглаживающую схему.
(3) Инвертор: Инвертор преобразует постоянный ток в переменный ток, получая трехфазный выходной ток в течение фиксированного времени.
(4) Цепь управления: обеспечивает цепь управления сигналами для главной цепи питания асинхронного двигателя. Включает в себя цепь управления частотой напряжения, цепь измерения тока и напряжения главной цепи, цепь измерения скорости двигателя, цепь управления рабочей цепью, которая может усиливать сигналы управления, а также цепь защиты двигателя и инвертора.
2. Выбор типа инвертора низкого напряжения
1. Обзор выбора типа инвертора низкого напряжения
В настоящее время большинство пользователей делают выбор, основываясь на инструкциях или руководстве по выбору, предоставляемых производителем преобразователя частоты. Как правило, производитель преобразователя частоты указывает номинальный ток преобразователя частоты, который может соответствовать номинальной мощности и производительности двигателя. Параметры доступных двигателей предоставляются производителем на основе двигателей, соответствующих производителю или национальным стандартам, и не могут точно отражать грузоподъемность преобразователя частоты. Поэтому при выборе преобразователя частоты следует руководствоваться принципом, согласно которому номинальный ток двигателя не должен превышать номинальный ток преобразователя частоты. Кроме того, при выборе преобразователя частоты необходимо понимать условия технологического процесса и соответствующие параметры двигателя, а также обращать внимание на тип и рабочие характеристики двигателя.
(1) Выбор номинального тока преобразователя частоты. Согласно проектным требованиям, для обеспечения безопасной и надежной работы преобразователя частоты номинальный ток преобразователя частоты должен быть больше номинального тока нагрузки (двигателя), особенно для двигателей с часто меняющимися характеристиками нагрузки. Опыт показывает, что номинальный ток преобразователя частоты более чем в 1,05 раза превышает номинальный ток двигателя.
(2) Выбор номинального напряжения для преобразователей частоты. Номинальное напряжение преобразователя частоты выбирается на основе напряжения на входной шине преобразователя частоты. В принципе, номинальное напряжение преобразователя частоты должно соответствовать входному напряжению. Слишком высокое входное напряжение может привести к повреждению преобразователя частоты [3].
2. Меры предосторожности при выборе низковольтных преобразователей частоты
(1) Сопоставьте тип нагрузки с преобразователем частоты.
Нагрузка в нефтехимической промышленности в основном включает насосы и вентиляторы. Насосы делятся на водяные насосы, масляные насосы, насосы для подачи присадок, дозировочные насосы, подъемные насосы, смесительные насосы и промывочные насосы. Среди них подъемные насосы, смесительные насосы и промывочные насосы в основном являются тяжелыми, в то время как остальные являются обычными нагрузками. Вентиляторы делятся на вентиляторы с воздушным охлаждением, дымососы котлов, осевые вентиляторы, воздушные компрессоры и т. д. При запуске вентилятора воздушного охлаждения и дымососа котла они оба являются тяжелыми нагрузками, обычно считающимися тяжелыми нагрузками, а остальные являются обычными нагрузками. При выборе преобразователя частоты выбор должен основываться на характеристиках нагрузки. Если тип нагрузки неясен или может меняться в зависимости от условий процесса, рекомендуется выбирать преобразователь частоты, рассчитанный на большую нагрузку, чтобы избежать несоответствия при выборе.
(2) Условия окружающей среды влияют на преобразователь частоты.
Обычно преобразователи частоты требуют более высокой температуры и влажности окружающей среды. При температуре окружающей среды ниже 30 градусов Цельсия, относительной влажности ниже 80% и высоте над уровнем моря менее 100 метров преобразователь частоты работает безопасно при номинальном токе. При температуре окружающей среды выше 40 ℃ фактическая мощность и ток преобразователя частоты постепенно снижаются с ростом температуры окружающей среды. Если относительная влажность окружающей среды превышает 90%, может образоваться конденсат, что приведет к короткому замыканию во внутренних компонентах преобразователя частоты. При высоте над уровнем моря более 100 метров выходная мощность преобразователя частоты снижается. Кроме того, следует избегать использования преобразователей частоты в запыленных средах.
(3) Выбор дополнительных компонентов для преобразователей частоты.
Неправильный выбор дополнительных компонентов для преобразователей частоты может привести к высокому уровню отказов, в основном связанных с выбором фильтров и реакторов.
3. Практическое применение низковольтного преобразователя частоты
1. Первичное соединение низковольтного преобразователя частоты
Ввиду существенного влияния мест установки контакторов, фильтров и реакторов в первичной цепи на преобразователь частоты далее основное внимание будет уделено анализу этих трех устройств.
(1) Контактор
Существует два основных способа подключения контакторов: установка на задней стороне корпуса преобразователя и установка на передней стороне корпуса преобразователя. Контактор устанавливается на задней стороне корпуса преобразователя, что обеспечивает отсутствие частых ударов при частом запуске двигателя. Недостатком является длительное время зарядки преобразователя частоты и потеря мощности. Контактор устанавливается на передней стороне корпуса преобразователя и обеспечивает полное отключение питания, когда двигатель находится в режиме ожидания, без потери мощности. Недостатком является то, что частый запуск двигателя приводит к частым ударам при зарядке преобразователя частоты, что сокращает срок службы его компонентов.
Таким образом, если двигатель запускается нечасто, контактор можно установить как на передней, так и на задней стороне корпуса инвертора, однако более целесообразно установить его на задней стороне корпуса. Если двигатель запускается часто, рекомендуется установить контактор на задней стороне корпуса инвертора.
(2) Фильтр
Входной фильтр в основном используется для фильтрации электросети, подавления гармонических воздействий электросети на преобразователь частоты и подавления гармоник, генерируемых выпрямителем преобразователя частоты, от возврата в электросеть; выходной фильтр в основном оптимизирует преобразователь частоты, отфильтровывает гармоники и делает форму выходного сигнала более синусоидальной.
(3) Реактор
Входной реактор может подавлять гармоники со стороны сети и защищать выпрямительный мост; если выходной кабель преобразователя частоты превышает указанную длину (обычно допускается длина кабеля 250 м), следует выбрать выходной реактор.
2. Среда установки низковольтного преобразователя частоты
Эксперименты показали, что частота отказов преобразователей частоты значительно возрастает в суровых условиях, особенно при повышенной чувствительности к температуре, влажности и пыли. Поэтому при выборе места установки необходимо выбирать среду с контролируемой температурой, влажностью и низким содержанием пыли.
(1) Температура окружающей среды
На практике было установлено, что преобразователи частоты пригодны для работы в средах с температурой ниже или равной 35 градусам Цельсия, в противном случае, чем выше температура, тем ниже нагрузочная способность преобразователя частоты.
(2) Влажность окружающей среды
При высокой влажности окружающей среды внутри инвертора может образовываться конденсат, что может привести к короткому замыканию. Поэтому для преобразователя частоты необходимо контролировать влажность окружающей среды.
(3) Пыльная среда
Преобразователи частоты следует как можно чаще использовать в запыленной среде, поскольку накопление пыли может привести к коротким замыканиям и повреждению электронных компонентов преобразователя частоты.
4. Распространенные неисправности и способы их устранения в низковольтных преобразователях частоты.
1. Невозможно запустить
Причина: Это вызвано чрезмерной инерцией вращения или крутящим моментом нагрузки.
Решение: Увеличьте пусковую частоту и крутящий момент соответствующим образом, а также проверьте настройки защиты.
2. Отключение по перенапряжению
Причина: Вызвано высоким напряжением электропитания или коротким временем спуска.
Решение: Проверьте, нормально ли работает устройство.
3. Перегрузка
Причина: Перегрузочная способность низковольтного инвертора относительно низкая или настройки параметров двигателя неразумны.
Решение: Проверьте внутреннюю цепь обнаружения тока и настройки параметров преобразователя частоты.