|
 |
|
 |
|
|
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
Műszaki ismertető az LSIS frekvenciaváltókról |
|||||||||||||||||||||||
|
A válltoztatható frekvenciájú hajtások (más néven frekvenciaváltó,frekiváltó,villanymotor fordulat szabályzó, motor sebesség vezérlő) egy vezérlő egység mely elektro-mechanikusan szabályozza az aszinkron villanymotorok sebességét és nyomatékát a villanymotorra leadott frekvencia és feszültésg vezérlésvel. Ez a megoldás szinte minden ipari alkalmazáshoz megfelelő a legkisebb konyhai géptől a legnagyobb bányászati kőfejtő gépekig. A világban termelt elektromos áramnak a kb. 25 % ipari elektromos villanymotorok hajtására használódik fel, hol energia megtakarítást érhetünk el a frekvenciaváltó használatával. Ennek ellenére a frekvenciaváltók felhasználása még mindig nem túl nagy, bár folyamatosan javuló helyzetet mutat. Természetesen ne felejtsük el a már meglévő, de régi frekvenciaváltós villanymotor hajtások modernizálását sem, hol a több tíz éves technológiával szemben a mai modern frekvneciaváltó beépítésével szintén további energiamegtakarítás érhető el. Az elmúlt évtizedekben a frekvenciaváltó építési technológiák és alkatrészek óriási fejlődésen mentek keresztül, melynek hatására a frekvenciaváltó mérete, teljesítménye, hatásfoka, vezérlési módja és vezélő szoftvere rendkívül sokat változott pozitív irányba. A frekvenciaváltóknak ma már széles termékváltozata létezik alacsony feszültségű, középfeszültségű AC-AC vagy DC-AC kivitelben.
|
|||||||||||||||||||||||
|
A változatható frekvenciájú hajtás egységek három fontosabb alkotó elemre bonthatók: Aszinkron motor, fő vezérlő egység - frekvenciaváltó - és a frekvenciaváltó kezelő egység vga ymás néven működtető interfész. Aszinkron villanymotorA frekvenciaváltó hajtásoknál a legtöbbet használt vilanymotor típus az aszinkron három fázisú villanymotor. Az egyfázisú villanymotor és a szinkorn villanymotor is hasznos megoldás bizonyos helyzetekben, de mégis a legtöbbet használt villanymotor típusok azok a háromfázisú aszinkron villanymotorok. Vannak olyan alkalmazások is ahol a fix sebességű villanymotorok is megfelelnek. Ezek száma egyre csökken, mivel a frekvenciaváltó a fordlatszám szabályzás mellett ellát bizonyos védelemi funkciókat is és mivel még az állandó sebességű villanymotoroknak is kell védelmet kiépíteni ezért, ilyen esetekben is már sokszor gazdaságossabb a frekvenciaváltó használata. A villanymotoroknál a fekvenciaváltó használata magasabb gyártási minőséget követel, melyeket a mai modern villanymotorok már teljesítenek, de azért mindig oda kell figyelni, hogy az aszinkron villanymotor frekvenciaváltó hajtásra felkészített legyen. (inverter duty electric motor) Az aszinkron villanymotorok nagy része frekvneciaváltós hajtásra megefelelő, így a fordulastszám szabályzás a következő esetekben megoldható: Háromfázisú frekvenciaváltó háromfázisú aszinkron villanymotorhoz - bemenet 3x400V, kiemenet 3x400V - például LG iG5A frekvenciaváltó Egyfázisú frekvenciaváltó háromfázisú aszinkron villanymotorhoz - bemenet 1x230V, kiemenet 3x230V - például LG iE5 frekvenciaváltó Egyfázisú frekvenciaváltó egyfázisú aszinkron villanymotorohoz - bemenet 1x230V, kimenet 1x230V - például LG iE5 frekvenciaváltó |
|||||||||||||||||||||||
|
Frekvenciaváltó, mint vezérlőegység A frekvenciaváltó, mint villanymotor vezérlő berendezés, három fő egységre bontható egyenírányító egység, DC híd (egyenáramú egység) és maga az inverter egység. A feszültség forráson alapuló frekvenciaváltó topológia a legjobban elterjedt a frekvenciaváltó gyártástechnoológiában. A legtöbb frekvenciaváltó a bemeneti váltakozó áramból váltakozó áramot csinál (AC-AC frekvenciaváltó), de léteznek ettől eltérő megoldások is, úgymint szolár öntöző rendszer villanymotoros vezérléssel, hol a bejövő egyenáram (DC áram) a frekvenciaváltón keresztül egy aszinkron villanymotorral szerelt szivattyút hajt meg (AC-DC frekvenciaváltó). A legegyszerűbb frekvneciaváltó kialakítása a három fázisú, 6-pulzusú, teljes hullámú egyenirányító dióda híddal ellátott egység. A frekvenciaváltó egyenáramú egysége kondenzátorokat tartalmaz, melyek kisimítják az egyenáramú csúcsokat és finom bemenetet ad az inverter (átalakító) egységnek. A szűrt DC (egyenáram) átalakításra kerül egy szinusos (váltakozó) árammá, melyet az inverter aktív kapcsoló egysége állít elő (IGBT modul). A frekvenciaváltók egy másik típusa melyert más néven fázis konverternek is hívhatunk egy olyan áram konvertáló egység ahol az egyfázisú bemeneti feszültségből háromfázisú kimenő áramot állítunk elő. Ezeket a frekvenciaváltókat hívják egyfázisú frekvenciaváltóknak. Van még egy fajta frekvenciaváltó típus melyet nem sok cég gyárt. Ezek az olyan frekvenciaváltók melyek kimondottan egyfázisú villanymotorok fordulatszám szabályzásra vannak kifejlesztve. Ebben az esetben a frekvenciaváltóba bemenő feszültség egy fázison keresztül történik és a kimenetén is egy fázis jelentkezik. Ezek az egyfáisú villanymotor frekvenciaváltó megoldásokban is több fajt lehetésges, mert az egyfázisú aszinkron villanymotor is készülhet üzemi kondenzátoros és índító/üzemi kondenzátoros kivitelben. A legtöbbet gyártott egyfázisú villanymotorok üzemi kondenzátorosak. Az egyfázisú villanymotor frekvenciaváltó általában ezeket a típusú villanymotorokat célozza meg. A legtöbb egyfázisú villanymotor alkalmazás a szivattyú és ventilátor hajtás főleg lakossági feladatra. A másik fajtájú egyfázisú villanymotorok, hol az indító kondenzátoros egyfázisú villanymotorok kerülnek beépítésre. Ebben az esetben meg kell oldani a frekvenciaváltónak, hogy az indító kondenzátor egy bizonyos idő után lekapcsolásra kerüljön. A frekvenciaváltók fejlesztése folyamatos a gyártó cégeknél, mely legjobban a vezérlési technikáknál és a szilárd test egységeknél (IGBT modul) tapasztalható, melyek 1983-ban kezdtek el használni a frekveicaváltókban. A frekvenciaváltók alapvetően változó nyomatékú alkmazáskhoz értékesítenek a legtöbbet. Ilyen alkalmazások a ventilátor és szivattyú fordulatszám szabályzások. Ebben az esetben a V/f vezérlés, mint feszültség/frekvencia vezérlés elve érvényesül. Ez egy lineáris vezérlés hol a feszültség változásával egyenesen arányosan válltozik a frekvencia is. Természetesen a modern frekvenciaváltókban már a V/f vezérlés több féle képpen megoldható, így lehetőség nyílik akár több ponton fix feszültség/frekvencia paramétereket is megadni, vagy akár négyzetes karakterisztika is létre hozható a nagy igénybevételű hajtások fordulatszám szabályzásához, hol nagy indító nyomaték szükséges.Ilyen helyzetek a dinamikus sebesség változtatás, pozícionálás, váltakozó vagy alacsony fordulatú terhelű hajtások. A frekvenciaváltók V/f vezérlési módján kívül léteznek még másfajta vezérlési módok is, mint vektoros vezérlés, sznezor nélküli vektoros vezérlés és direkt nyomaték vezérlés.Ebben az esetekben a motor felmágnesezési feszültsége, a referencia szög és a frekvencia figyelembevételével a villanymotor mágnese fluxusa és nyomatéka pontosan van vezérelve. Manapság a frekvenciaváltók vezérlési módjában egyre jobban előretör a szenzor nélküli vektoros vezérlés vagy más néven tér-vektor puzus szélesség modulációs vezérlés (angolul SVPWM vezérlés), de még mindig messze a legtöbbet használt megoldás a V/F vezérlés vagy más néven a szinuszos pulzus szélesség modulációs vezéréls (SPWM) hol a kiementi feszültség lineárisan változik a frekvencia függvényében. Az SPWM vezérlési mód (kvázi szinuszos ) egy fűrészfog szerű vivő jelet képez le a szinusz görbe területére, mely változtatható a kiementi feszültség és frekvencia (vagy áram) függvényében.
Az aszinkron villanymotoroknál átlagosan használt fordulatszám tartomány az a 5 - 50 Hz -es frekvencia tartomány. Természetesen ettől eltérni is lehet, de szélsőséges esetekben a villanymotor teljesítmény, nyomaték és más adatai válltozni fognak. A gykorlati tapasztalatok alapján a hagyományos háromfázisú aszinkron villanymotor kb. 5 és 64 Hz között tudja leadni a nyomatékának 100%-t és ettől eltérő tartományban nyomatékvesztéssel kell számolni. A frekvenciaváltós alkalmazásoknál egyébként is számolni kell kb 10% teljesítmény vesztéssel a direktbe kötött villanymotorokkal szemben ugyanis a frekvenciaváltónak is van egy hatásfoki tényezője. Továbbá a frekvenciaváltó vezérlési módja is nagyban befolyásolja az aszinkron villanymotorok indító nyomatékát. |
|||||||||||||||||||||||
|
Operátor interfész Az operátor interfész feladata a frekvenciaváltó beállítási értékeinek, hibajelzéseinek megjelenítése és az adatok bevitele. Az adatok lehetnek úgymint fordulatszám, forgásirány, indítás, leállítás stb. A frekvenciaváltók működhetnek manuális és automata (külső vezérlésű) módban. Az operátor interfész általában a frekvenciaváltókon helyezkedik el és tartalmaz egy kijelzőt, navigációs gombokat, manuális vezérléshez tartozó gombokat és általában egy beépített potenciómétert is a fordulatszám szabályzáshoz. A kijelző funkciója, hogy információkat mutasson a frekvenciaváltó állapotáról a beállított paraméterekről. A frekvenciaváltó tartalmaz egy vezeték terminált is, hova különböző bemeneteket/kimeneteket lehet rákötni. Itt tud fogadni vezérlő jeleket, mint analóg jel,kommunikációs jel,digitális jel.A kommunikációs csatlakozási porton keresztül a gyári zoftver segítségével a frekvenciaváltó egyszerűen felprogramozható és a program lementhető. A szoftver továbbá képes a frekvenciaváltó monitorozására is és az ezáltal bejövő adatok analízálására. |
|||||||||||||||||||||||
|
Frekvenciaváltó előnyei Minden fix sebességen működő aszinkron villanymotor, mely direkt van kötve az elektromos hálózatra képes energia megtakarításra, ha frekvenciaváltó vezérli. Ha viszont az elektromos motoron a terhelés folyamatosan változik, akkor az energia megtakarítás már nagyságrendekkel magasabb. Például a ventilátor szivattyú villanymotorok frekvenciaváltóval való használata esetén a terhelés négyzetesen vagy akár köbösen is növekszik a villanymotor fordulatszámával. Ebben az esetben ha nincs szükség akkor mennyiségű lég áramra vagy folyadék mennyiségre (vagy nyomásra) az aszinkron villanymotor fordulatszám csökkenthető így négyzetesen vagy köbös mértékben csökken az energia felhasználása is. Ha például a villanyomtor fordulatszám csak a 63% a névleges fordulatszámhoz (100%) képest, akkor az energia megtakarításunk 25% A világ energia felhasználásának 70% elektromos villanymotorokon keresztül történik és ebből is a 75% válltozó nyomatékú ventilátor, szivattyú vagy kompresszor hajtáson keresztül. Ebből látható, hogy a frekvenciaváltók használata óriási megtakarítás eredményez az ipari és lakossági felhasználás területén. A világ villanymotor felhasználásának (beépítésének) adatai
Az eladott villanymotorok egy évi mennyiségre értendőek. (forrás 2009 év) |
|||||||||||||||||||||||
Vezérlési teljesítményA frekvenciaváltók használatával az ipari anyagfeldolgozás jelentős mértékben javítható olyan alkalmazásoknál, mint gyorsítási, áramlási, nyomás kezelési, sebesség, nyomaték és hőmérséklet vezérlési feladatok. A hagyományosan bekötött villanymotorok a névleges áramfelvételeüknek akár a nyolcszorosát is felvehetik indításkor. Ezzel szemben egy frekvenciaváltós alkalmazásnál a villanymotor a frekvenciaváltóban beállított finom felfutási sebességgel gyorsul, mely sokkal kevesebb mechanikus streszt okoz és az elektromos hálózat felé is kisebb terhelést eredményez, továbbá növeli a berendezés élettarrtamát a kíméletes és optimális sebesség használatával. A frekveciaváltóban létezik egy úgy nevezett S-görbe gyorsítás, hol a villanymotor egy lassú felfutással indul, majd egy gyorsabb frekvencia emelkedéssel zárul. Ilyen fajta gyorsítás adja a legoptimálisabb cél sebesség elérést, nélkülözve a hírtelen mechanikai terhelést. Ennek a gyorsítási folyamatnak az egyik legjobb példálya a szállító szalagok hajtás endszerénél találhatjuk. Még egy fontos alkalmazási terület létezik az iparban ez pedig a villanymotorok lassítása. Itt is jelentős megtakarításokat érhetünk el, ha frekvenciaváltós hajtásokat használunk úgynevezett visszatápláló vagy energia re-generáló egységekkel. Ezek a kiegészítők olyan alkalmazásoknál jelentnek fontosságot, mint lift vagy olajkutak szivattyúi, hol folyamatosan felmerül a villanymotorok generátor üzemmódja.
|
|||||||||||||||||||||||
