Dobavitelji enot za energetsko povratno zanko vas opominjajo, da zgodovina uporabe frekvenčnih pretvornikov na Kitajskem traja že več kot 30 let. Z nenehnim napredkom tehnologije se je področje uporabe frekvenčnih pretvornikov začelo širiti na več področij, velikost trga pa se iz leta v leto širi. Trenutno obstaja več kot 140 domačih in tujih blagovnih znamk frekvenčnih pretvornikov, po vsej državi pa so razpršeni tudi novo ustanovljeni proizvajalci in distributerji frekvenčnih pretvornikov. Čeprav med domačimi in uvoženimi frekvenčnimi pretvorniki še vedno obstaja določena razlika v zmogljivosti, ta vrzel s hitrim razvojem znanosti in tehnologije na Kitajskem ni nepremostljiva. Hkrati pa obstaja zaradi celovitosti domače industrijske verige velik potencial za učinkovitost proizvodnje in stroške proizvodnje domačih frekvenčnih pretvornikov.
Sistem s frekvenčno spremenljivo pogonsko enoto je sestavljen iz frekvenčnega pretvornika, ki dosega ali presega zmogljivost sistema za regulacijo hitrosti z enosmernim tokom. Frekvenčni pretvornik ima prednosti majhnosti, nizkega hrupa, nizkih stroškov in enostavnega vzdrževanja asinhronih motorjev, kar močno poenostavi proizvodni proces in zmanjša začetne investicijske stroške. Na splošno lahko razumna uporaba frekvenčnih pretvornikov izboljša produktivnost dela, kakovost izdelkov in avtomatizacijo opreme, hkrati pa prihrani energijo in zmanjša proizvodne stroške.
1. Razvrstitev, princip delovanja in struktura nizkonapetostnih frekvenčnih pretvornikov
1. Razvrstitev nizkonapetostnih frekvenčnih pretvornikov
Obstajajo različni standardi za razvrščanje frekvenčnih pretvornikov. Frekvenčne pretvornike lahko razdelimo na splošne frekvenčne pretvornike in posebne frekvenčne pretvornike. Glede na princip delovanja lahko frekvenčne pretvornike delimo na AC-AC frekvenčne pretvornike in AC-DC-AC frekvenčne pretvornike, med katerimi lahko AC-DC-AC frekvenčne pretvornike glede na način delovanja glavnega tokokroga delimo tudi na tokovne in napetostne frekvenčne pretvornike. Poleg tega jih lahko z vidika smeri razvoja tehnologije frekvenčnih pretvornikov delimo na VVVF frekvenčne pretvornike, vektorske frekvenčne pretvornike, frekvenčne pretvornike z neposrednim krmiljenjem navora itd.
2. Frekvenčni pretvornik z nizkonapetostnim principom delovanja
Frekvenčni pretvorniki na splošno delujejo po principu direktnega križanja. Nizkonapetostni frekvenčni pretvorniki se zaradi svoje zrele tehnologije, nizkih stroškov in enostavnega vzdrževanja pogosto uporabljajo. Načelo delovanja frekvenčnega pretvornika je preprosto pretvorba izmeničnega toka v električno opremo z nastavljivo frekvenco. V skladu s formulo za sinhrono hitrost N=60f/p za izmenične motorje (kjer je N sinhrono hitrost motorja, f je omrežna frekvenca in p je število polov motorja) se lahko hitrost izmeničnega motorja spreminja s spreminjanjem frekvence. Frekvenčni pretvornik je bil razvit na podlagi tega načela.
3. Struktura nizkonapetostnega frekvenčnega pretvornika
Sestava glavnega vezja frekvenčnega pretvornika:
Vrsta napetosti: Napetost se pretvori iz enosmernega v izmenični frekvenčni pretvornik, filter vezja pa je kondenzator.
Vrsta toka: Napajanje se spreminja iz enosmernega v izmenični frekvenčni pretvornik, filter vezja pa je induktor.
Frekvenčni pretvornik je sestavljen predvsem iz naslednjih štirih delov:
(1) Usmerniki: Trenutno se pogosto uporabljajo diodni pretvorniki, ki lahko pretvorijo omrežno frekvenco v enosmerni tok in tvorijo tudi reverzibilne pretvornike. Ker je njihova smer napajanja reverzibilna, se lahko regenerirajo in delujejo.
(2) Vezje z ravnim valovanjem: Enosmerna napetost, ki jo usmerja usmernik, ima pulzirajočo napetost, ki je 6-krat večja od frekvence napajanja. Za preprečevanje nihanj napetosti so potrebni kondenzatorji in induktorji, ki absorbirajo pulzirajočo napetost (tj. tok). Če je zmogljivost naprave majhna in je presežek zmogljivosti, se lahko neposredno uporabi gladilno vezje.
(3) Razsmernik: Razsmernik pretvarja enosmerni tok v izmenični tok, s čimer v določenem času doseže trifazni izhod.
(4) Krmilno vezje: Zagotavlja vezje za krmiljenje signala za glavno vezje napajanja asinhronega motorja. Vključuje vezje za delovanje napetosti in frekvence, vezje za zaznavanje toka in napetosti glavnega vezja, vezje za zaznavanje hitrosti motorja, krmilno vezje za delovanje, ki lahko ojača krmilne signale, ter zaščitno vezje motorja in pretvornika.
2. Izbira tipov nizkonapetostnih pretvornikov
1. Pregled izbire tipa nizkonapetostnega pretvornika
Trenutno večina uporabnikov izbira na podlagi navodil ali priročnika za izbiro, ki ga je zagotovil proizvajalec frekvenčnega pretvornika. Proizvajalec frekvenčnega pretvornika običajno navede nazivni tok frekvenčnega pretvornika, ki se lahko ujema z nazivno močjo in zmogljivostjo motorja. Parametre razpoložljivih motorjev navede proizvajalec na podlagi proizvajalčevih ali nacionalnih standardov za motorje in ne morejo resnično odražati nosilnosti frekvenčnega pretvornika. Zato je treba pri izbiri frekvenčnega pretvornika upoštevati načelo, da nazivni tok motorja ne sme presegati nazivnega toka frekvenčnega pretvornika. Poleg tega je treba pri izbiri frekvenčnega pretvornika razumeti tudi procesne pogoje in ustrezne parametre motorja ter biti pozoren na vrsto in delovne značilnosti motorja.
(1) Izbira nazivnega toka frekvenčnega pretvornika. V skladu s projektnimi specifikacijami mora biti nazivni tok frekvenčnega pretvornika za zagotovitev varnega in zanesljivega delovanja frekvenčnega pretvornika večji od nazivnega toka bremena (motorja), zlasti pri motorjih s pogosto spreminjajočimi se karakteristikami obremenitve. Izkušnje kažejo, da je nazivni tok frekvenčnega pretvornika več kot 1,05-kratnik nazivnega toka motorja.
(2) Izbira nazivne napetosti za frekvenčne pretvornike. Nazivna napetost frekvenčnega pretvornika se izbere glede na napetost vhodnega vodila frekvenčnega pretvornika. Načeloma mora biti nazivna napetost frekvenčnega pretvornika skladna z vhodno napetostjo. Če je vhodna napetost previsoka, se bo frekvenčni pretvornik [3] poškodoval.
2. Previdnostni ukrepi pri izbiri nizkonapetostnih frekvenčnih pretvornikov
(1) Uskladite vrsto obremenitve s frekvenčnim pretvornikom.
Obremenitev petrokemične industrije vključuje predvsem črpalke in ventilatorje. Črpalke se delijo na vodne črpalke, oljne črpalke, črpalke za aditive, dozirne črpalke, dvižne črpalke, mešalne črpalke in pralne črpalke. Med njimi so dvižne črpalke, mešalne črpalke in pralne črpalke večinoma težke, ostale pa so konvencionalne obremenitve. Ventilatorji se delijo na zračno hlajene ventilatorje, ventilatorje za vlek kotla, aksialne ventilatorje, zračne kompresorje itd. Ko se zaženeta ventilator za zračno hlajenje in ventilator za vlek kotla, sta oba težka obremenitvi, ki se običajno štejeta za težka obremenitvi, ostala pa so konvencionalne obremenitve. Pri izbiri frekvenčnega pretvornika mora izbira temeljiti na lastnostih obremenitve. Če vrsta obremenitve ni jasna ali se lahko spremeni v različnih procesnih pogojih, je priporočljivo izbrati frekvenčni pretvornik glede na težko obremenitev, da se izognete neskladjem pri izbiri.
(2) Okoljski pogoji vplivajo na frekvenčni pretvornik.
Frekvenčni pretvorniki običajno zahtevajo višje temperature okolice in vlažnost. Ko je temperatura okolice pod 30 stopinj Celzija, relativna vlažnost pod 80 % in nadmorska višina pod 100 metri, frekvenčni pretvornik varno deluje pri nazivnem toku. Če temperatura okolice preseže 40 ℃, se dejanska zmogljivost in tok frekvenčnega pretvornika postopoma zmanjšujeta z naraščanjem temperature okolice. Če relativna vlažnost okolja preseže 90 %, lahko pride do kondenzacije, kar povzroči kratke stike v notranjih komponentah frekvenčnega pretvornika. Če nadmorska višina preseže 100 metrov, se izhodna moč frekvenčnega pretvornika zmanjša. Poleg tega se je treba frekvenčnih pretvornikov izogibati uporabi v prašnem okolju.
(3) Izbira dodatnih komponent za frekvenčne pretvornike.
Nepravilna izbira dodatnih komponent za frekvenčne pretvornike lahko povzroči visoko stopnjo okvar, predvsem pri izbiri filtrov in dušilk.
3、 Praktična uporaba nizkonapetostnega frekvenčnega pretvornika
1. Primarna povezava nizkonapetostnega frekvenčnega pretvornika
Zaradi pomembnega vpliva položajev namestitve kontaktorjev, filtrov in reaktorjev v primarnem tokokrogu na frekvenčni pretvornik se bomo v nadaljevanju osredotočili na analizo teh treh naprav.
(1) Kontaktor
Obstajata dva glavna načina priključitve kontaktorjev: namestitev na zadnjo stran ohišja pretvornika in namestitev na sprednjo stran ohišja pretvornika. Kontaktor je nameščen na zadnji strani ohišja pretvornika, njegova prednost pa je, da pretvornik pri pogostem zagonu motorja nima pogostih udarcev. Slabost je, da je čas polnjenja frekvenčnega pretvornika dolg in pride do izgube moči. Kontaktor je nameščen na sprednji strani ohišja pretvornika, njegova prednost pa je, da popolnoma prekine napajanje, ko je motor v stanju pripravljenosti, ne da bi pri tem izgubil moč. Slabost je, da pogost zagon motorja povzroči pogoste šoke polnjenja frekvenčnega pretvornika, kar vpliva na življenjsko dobo komponent frekvenčnega pretvornika.
Skratka, če se motor zažene redko, je kontaktor mogoče namestiti na sprednjo in zadnjo stran ohišja pretvornika, vendar je primerneje, da se namesti na zadnjo stran ohišja pretvornika. Če se motor zažene pogosto, je priporočljivo namestiti kontaktor na zadnjo stran ohišja pretvornika.
(2) Filter
Vhodni filter se uporablja predvsem za filtriranje električnega omrežja, zatiranje harmonskih učinkov električnega omrežja na frekvenčni pretvornik in zatiranje harmonikov, ki jih ustvari usmerjanje frekvenčnega pretvornika, da se ne vrnejo v električno omrežje; Izhodni filter predvsem optimizira frekvenčni pretvornik, filtrira harmonike in naredi izhodno valovno obliko bolj sinusoidno.
(3) Reaktor
Vhodna dušilka lahko duši harmonike na strani omrežja in zaščiti usmerniški most; ko izhodni kabel frekvenčnega pretvornika preseže določeno dolžino (običajno dovoljena dolžina kabla 250 m), je treba izbrati izhodno dušilko.
2. Okolje namestitve nizkonapetostnega frekvenčnega pretvornika
Poskusi so pokazali, da se stopnja odpovedi frekvenčnih pretvornikov v zahtevnih okoljih znatno poveča, zlasti kadar so občutljivi na temperaturo, vlažnost in prah. Zato je pri izbiri namestitvenega okolja treba izbrati okolje z nadzorovano temperaturo, vlažnostjo in nizko vsebnostjo prahu.
(1) Temperatura okolja
V praktični uporabi se je izkazalo, da so frekvenčni pretvorniki primerni za delo v okoljih s temperaturami, manjšimi ali enakimi 35 stopinj Celzija, sicer pa višja kot je temperatura, manjša je nosilnost frekvenčnega pretvornika.
(2) Vlažnost okolja
Ko je vlažnost okolice visoka, je v notranjosti pretvornika nagnjen k kondenzaciji, kar lahko zlahka povzroči kratek stik. Zato moramo nadzorovati vlažnost okolja frekvenčnega pretvornika.
(3) Prašno okolje
Frekvenčne pretvornike je treba čim bolj uporabljati v prašnem okolju, saj lahko kopičenje prahu povzroči kratke stike in poškodbe elektronskih komponent frekvenčnega pretvornika.
4. Pogoste napake in rešitve nizkonapetostnih frekvenčnih pretvornikov
1. Ni mogoče zagnati
Razlog: Povzroča ga prekomerna rotacijska vztrajnost ali navor bremena.
Rešitev: Ustrezno povečajte zagonsko frekvenco in navor ter preverite nastavitve zaščite.
2. Izklop zaradi prenapetosti
Razlog: Zaradi visoke napajalne napetosti ali kratkega časa spusta.
Rešitev: Preverite, ali je stanje delovanja normalno.
3. Preobremenitev
Razlog: Preobremenitvena zmogljivost nizkonapetostnega pretvornika je relativno slaba ali pa so nastavitve parametrov motorja nerazumne.
Rešitev: Preverite notranje vezje za zaznavanje toka in nastavitve parametrov frekvenčnega pretvornika.