In verschiedenen Situationen kann es erforderlich sein, die Frequenz des Anfangsstroms in einen Strom mit geregelter Frequenzspannung umzuwandeln. Dies ist beispielsweise beim Betrieb von Asynchronmotoren erforderlich, um deren Drehzahl zu ändern. In diesem Artikel werden der Zweck und das Funktionsprinzip des Frequenzumrichters erläutert.
Inhalt
Was ist ein frequenzumrichter
Ein Frequenzumrichter (FU) ist ein elektrisches Gerät, das einphasigen oder dreiphasigen Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz in eine gleichartige Stromart mit einer Frequenz von 1 bis 800 Hz umwandelt und stufenlos regelt. Solche Vorrichtungen werden häufig verwendet, um den Betrieb verschiedener asynchroner elektrischer Maschinen zu steuern, beispielsweise um die Frequenz ihrer Drehung zu ändern. Auch für den Einsatz in industriellen Hochspannungsnetzen gibt es Geräte.
Einfache Umrichter regeln Frequenz und Spannung nach der U/f-Kennlinie, komplexe Geräte arbeiten mit Vektorregelung.
Der Frequenzumrichter ist ein technisch komplexes Gerät und besteht nicht nur aus einem Frequenzumrichter, sondern verfügt auch über einen Schutz gegen Überstrom, Überspannung und Kurzschluss. Außerdem können solche Geräte eine Drossel aufweisen, um die Wellenform zu verbessern, und Filter, um verschiedene elektromagnetische Interferenzen zu reduzieren. Es gibt elektronische Konverter sowie elektrische Maschinengeräte.
Das Funktionsprinzip des Frequenzumrichters
Ein elektronischer Wandler besteht aus mehreren Hauptkomponenten: einem Gleichrichter, einem Filter, einem Mikroprozessor und einem Wechselrichter.
Gleichrichter hat eine Reihe von Dioden oder Thyristoren, die den Anfangsstrom am Eingang des Wandlers gleichrichten. Diodenwechselrichter zeichnen sich durch völlige Welligkeitsfreiheit aus, sie sind kostengünstige, aber gleichzeitig zuverlässige Geräte. Thyristor-basierte Umrichter schaffen die Möglichkeit, dass Strom in beide Richtungen fließt und ermöglichen die Rückführung elektrischer Energie in das Netz, wenn der Motor gebremst wird.
Filter Wird in Thyristorgeräten verwendet, um die Spannungswelligkeit zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Glättung erfolgt mit kapazitiven oder induktiv-kapazitiven Filtern.
Mikroprozessor – ist ein Steuer- und Analyseglied des Konverters. Es empfängt und verarbeitet Signale von Sensoren, wodurch Sie das Ausgangssignal des Frequenzumrichters mit einem integrierten PID-Regler anpassen können.Außerdem erfasst und speichert diese Systemkomponente Ereignisdaten, registriert und schützt das Gerät vor Überlastungen, Kurzschlüssen, analysiert den Betriebszustand und schaltet das Gerät im Notfall ab.
Wandler Spannung und Strom werden verwendet, um elektrische Maschinen zu steuern, dh um die Frequenz des Stroms stufenlos zu steuern. Ein solches Gerät erzeugt einen „reinen Sinus“-Ausgang, wodurch es in vielen Branchen eingesetzt werden kann.
Das Funktionsprinzip des elektronischen Frequenzumrichters (Wechselrichter) besteht aus folgenden Arbeitsschritten:
- Der eingespeiste sinusförmige Einphasen- oder Drehstrom wird durch eine Diodenbrücke oder Thyristoren gleichgerichtet;
- Mit Hilfe spezieller Filter (Kondensatoren) wird das Signal gefiltert, um Spannungswelligkeiten zu reduzieren oder zu eliminieren;
- Die Spannung wird mit bestimmten Parametern unter Verwendung einer Mikroschaltung und einer Transistorbrücke in eine dreiphasige Welle umgewandelt;
- Am Ausgang des Wechselrichters werden Rechteckimpulse in eine Sinusspannung mit vorgegebenen Parametern umgewandelt.
Arten von Frequenzumrichtern
Es gibt mehrere Arten von Frequenzumrichtern, die derzeit am häufigsten für die Herstellung und Verwendung verwendet werden:
Elektromaschinen (elektroinduktive) Wandler: kommen dort zum Einsatz, wo der Einsatz elektronischer BZ nicht möglich oder unzweckmäßig ist. Strukturell sind solche Geräte Asynchronmotoren mit Phasenrotor, die im Generator-Umrichter-Modus arbeiten.
Diese Geräte sind skalargesteuerte Wandler. Am Ausgang dieses Geräts wird eine Spannung mit einer bestimmten Amplitude und Frequenz erzeugt, um einen bestimmten Magnetfluss in den Statorwicklungen aufrechtzuerhalten.Sie werden dort eingesetzt, wo es nicht erforderlich ist, die Rotordrehzahl lastabhängig (Pumpen, Lüfter und andere Geräte) aufrechtzuerhalten.
Elektronische Konverter: weit verbreitet in allen Arbeitsbedingungen für verschiedene Geräte. Solche Geräte sind Vektor, sie berechnen automatisch die Wechselwirkung der Magnetfelder von Stator und Rotor und liefern unabhängig von der Last einen konstanten Wert der Rotordrehzahl.
- Zyklokonverter;
- Zyklowechselrichter;
- Wechselrichter mit Zwischenkreis:
- Frequenzumrichter der Stromquelle;
- Frequenzumrichter der Spannungsquelle (mit Amplituden- oder Pulsweitenmodulation).
Je nach Umfang kann die Ausrüstung sein:
- für Geräte mit einer Leistung bis 315 kW;
- Vektorumrichter für Leistungen bis 500 kW;
- Explosionsgeschützte Geräte zur Verwendung in explosionsgefährdeten und staubigen Umgebungen;
- an Elektromotoren montierte Frequenzumrichter;
Jeder Frequenzumrichtertyp hat bestimmte Vor- und Nachteile und ist für unterschiedliche Geräte und Lasten sowie Arbeitsbedingungen geeignet.
Der Frequenzumrichter kann manuell oder extern gesteuert werden. Die manuelle Steuerung erfolgt über das Bedienfeld des Wechselrichters, das die Geschwindigkeit anpassen oder den Betrieb stoppen kann. Die externe Steuerung erfolgt über automatische Steuersysteme (APCS), die alle Geräteparameter steuern und das Umschalten des Schemas oder des Betriebsmodus (über FC oder Bypass) ermöglichen.Außerdem können Sie mit der externen Steuerung den Betrieb des Konverters in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, der Last und der Zeit programmieren, sodass Sie im Automatikmodus arbeiten können.
Warum braucht ein Elektromotor einen Frequenzumrichter?
Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern können die Stromkosten, die Abschreibungskosten für Motoren und Geräte gesenkt werden. Sie können für billige Käfigläufermotoren verwendet werden, was die Produktionskosten senkt.
Viele Elektromotoren arbeiten unter Bedingungen, in denen die Betriebsarten häufig geändert werden (häufiges Starten und Stoppen, wechselnde Last). Mit Frequenzumrichtern können Sie den Motor sanft starten und das maximale Anlaufdrehmoment und die Erwärmung der Ausrüstung reduzieren. Dies ist beispielsweise bei Hebemaschinen wichtig und ermöglicht es Ihnen, die negativen Auswirkungen von plötzlichen Starts zu reduzieren sowie das Schwingen der Last und Rucke beim Stoppen zu eliminieren.
Mit Hilfe des Wechselrichters können Sie den Betrieb von Gebläsen und Pumpen reibungslos regeln und technologische Prozesse automatisieren (verwendet in Kesselhäusern, im Bergbau, in der Öl- und Ölraffineriebranche, in Wasserwerken und anderen Unternehmen).
Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern in Förderern, Förderern und Aufzügen können Sie die Lebensdauer ihrer Komponenten erhöhen, da Rucke, Stöße und andere negative Faktoren beim Starten und Stoppen von Geräten reduziert werden. Sie können die Motordrehzahl stufenlos erhöhen und verringern und eine Rückwärtsbewegung ausführen, was für eine große Anzahl hochpräziser Industrieanlagen wichtig ist.
Vorteile von Frequenzumrichtern:
- Reduzierung der Energiekosten: durch Reduzierung der Startströme und Anpassung der Motorleistung an die Last;
- Erhöhung der Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Geräten: ermöglicht es Ihnen, die Lebensdauer zu verlängern und den Zeitraum von einem technischen Service zum anderen zu verlängern;
- Ermöglicht die Implementierung einer externen Steuerung und Verwaltung von Geräten von entfernten Computergeräten und die Möglichkeit zur Integration in Automatisierungssysteme;
- Frequenzumrichter können mit jeder Lastleistung betrieben werden (von einem Kilowatt bis zu mehreren zehn Megawatt);
- Das Vorhandensein spezieller Komponenten in der Zusammensetzung von Frequenzumrichtern ermöglicht den Schutz vor Überlastung, Phasenausfall und Kurzschluss sowie den sicheren Betrieb und das Abschalten von Geräten im Notfall.
Wenn man sich eine solche Liste von Vorteilen ansieht, könnte man sich natürlich fragen, warum man sie nicht für alle Engines im Unternehmen nutzt? Die Antwort hier ist leider offensichtlich, aber das sind die hohen Kosten für Chastotnikov, ihre Installation und Einstellung. Nicht jedes Unternehmen kann sich diese Kosten leisten.
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