Wyjaśnienie napędów prądu przemiennego niskiego napięcia: jak działają i jak wybrać jeden do swojego zastosowania

Przejdź się po niemal każdym nowoczesnym zakładzie, a zobaczysz, że napędy prądu przemiennego niskiego napięcia wykonują cichą, nieestetyczną pracę: utrzymują pompę pod ciśnieniem dokładnie takim, jakiego wymaga proces, podnoszą przenośnik bez przerywania paska lub zmniejszają prędkość wentylatora o piętnaście procent i zmniejszają pobór mocy o ponad jedną trzecią. Stanowią łącznik pomiędzy zasilaczem sieciowym o stałej prędkości a silnikiem, który powinien naprawdę pracować z dowolną prędkością wymaganą w danym zadaniu.

W Raynen spędziliśmy lata na budowie napędów do maszyn OEM, modernizacji zakładów i przemysłu ciężkiego. W tym przewodniku znajdują się odpowiedzi na pytania, które nasi inżynierowie najczęściej słyszą: co kryje się w przetwornicy częstotliwości prądu przemiennego niskiego napięcia, jak porównują się główne typy, jakie kryteria wyboru mają znaczenie i skąd tak naprawdę bierze się zwrot kosztów.

Co liczy się jako przetwornica częstotliwości o niskim napięciu?

Niskie napięcie opisuje zasilanie, do którego podłączony jest przemiennik, a nie moc, którą dostarcza. Zgodnie z definicjami IEC niskie napięcie osiąga do 1000 V prądu przemiennego, a napędy przemysłowe są budowane dla sieci 200 V, 380–480 V lub 525–690 V. Klasa 380–480 V to koń pociągowy, obejmujący przeważającą większość silników o mocy od ułamka kilowata do kilkuset kilowatów. Napędy średniego napięcia przejmują napięcie od około 2,3 kV i obsługują bardzo duże maszyny.

Najwięcej zamieszania powoduje terminologia. VFD, VSD i „inwerter” opisują to samo pudełko. Ściśle mówiąc, falownik jest tylko jednym stopniem wewnętrznym; kompletnym produktem jest przetwornica częstotliwości, a przetwornice prądu przemiennego niskiego napięcia to po prostu przetwornice przeznaczone do klasy niskiego napięcia.

Jak działa przetwornica częstotliwości o niskim napięciu

Każdy napęd prądu przemiennego niskiego napięcia dokonuje tej samej transformacji: pobiera z sieci prąd przemienny o stałej częstotliwości i stałym napięciu i dostarcza do silnika prąd przemienny o zmiennej częstotliwości i zmiennym napięciu. Pracę wykonują trzy etapy.

1. Prostownik. Mostki diodowe lub aktywny moduł czołowy jednostek regeneracyjnych przekształcają przychodzący trójfazowy prąd przemienny w prąd stały.
2. Autobus DC. Kondensatory, a w większych jednostkach dławik prądu stałego, wygładzają łącze i magazynują energię dla obciążeń przejściowych.
3. Falownik. Moduły IGBT przełączają obwód prądu stałego z powrotem na przebieg prądu przemiennego o modulowanej szerokości impulsu, którego częstotliwość i napięcie ustawia płyta sterująca.

Ponieważ prędkość synchroniczna silnika indukcyjnego podąża za częstotliwością zasilania, zmiana częstotliwości bezpośrednio zmienia prędkość. Spadek częstotliwości bez spadku napięcia spowodowałby nasycenie obwodu magnetycznego, więc przemiennik utrzymuje stosunek woltów na herc lub bardziej zaawansowany model silnika, zrównoważony w każdym punkcie pracy.

Metody kontroli, które zobaczysz

• Sterowanie U/f: proste, wybaczające błędy i dobrze dopasowane do wentylatorów, pomp i innych obciążeń kwadratowych.
• Bezczujnikowe sterowanie wektorowe: reakcja momentu obrotowego bez enkodera dla przenośników, mieszalników i wytłaczarek.
• Sterowanie wektorowe w pętli zamkniętej: sprzężenie zwrotne z enkoderem zapewniające precyzyjną prędkość i moment obrotowy w dźwigach, nawijarkach i obrabiarkach.

Rodzaje napędów prądu przemiennego niskiego napięcia

Rynek dzieli się na kilka praktycznych rodzin. Dominują napędy obudowane, montowane na ścianie, o mocy od około 0,4 kW do 90 kW, instalowane obok maszyny lub wewnątrz małego panelu. Przetwornice modułowe i budowane w szafach obsługują wyższe moce i umożliwiają konfigurację współdzielonych szyn prądu stałego, jednostek hamowania i filtrów odpowiednio do aplikacji. Systemy wielonapędowe zasilają kilka falowników z jednego prostownika, co jest powszechne w przypadku linii tekstylnych, opakowaniowych i metalowych. Napędy regeneracyjne zwracają energię hamowania do zasilania, zamiast spalać ją w rezystorze.

Do większości codziennych zadań wystarczy kompaktowa jednostka naścienna, która pozwala zachować niewielki rozmiar panelu.

Dostawcy inteligentnych napędów prądu przemiennego niskiego napięcia RVE21 • Konstrukcja o szerokim zakresie napięcia • Przeciążalność do 200% • Zdejmowana osłona funkcjonalna, montaż obok siebie • Konstrukcja z niezależnymi drogami oddechowymi • Wysoka wydajność kosztowa Zobacz produkt →

Nasz niskonapięciowy przemiennik częstotliwości RVE21 Smart został zaprojektowany z myślą o dokładnie takich sytuacjach: maszyny OEM i modernizacje, w których przestrzeń na panel jest ograniczona, okablowanie musi być szybkie, a przemiennik nadal musi obsługiwać szeroki zakres rozmiarów silników.

Napęd czy softstarter?

Obydwa urządzenia znajdują się przed silnikiem i oba sterują rampą, dlatego często są porównywane. Decydującą kwestią jest to, czy konieczna jest zmiana prędkości po uruchomieniu silnika.

Jeśli proces nigdy nie wymaga innej prędkości, zazwyczaj tańszym rozwiązaniem jest softstarter. Jeśli prędkość, moment obrotowy lub zużycie energii muszą podążać za popytem, ​​lepszą inwestycją jest napęd.

Wybór odpowiedniego napędu

Dane znamionowe mocy w arkuszu danych stanowią punkt wyjścia, a nie odpowiedź. Najpierw przepracuj obciążenie.

• Prąd silnika i przeciążenie: wielkość prądu pełnego obciążenia, następnie sprawdź, czy obciążenie wymaga 120%, 150% lub 200% przeciążenia przez minutę lub dłużej.
• Profil momentu obciążenia: obciążenia o stałym momencie obrotowym, takie jak przenośniki i wytłaczarki, wymagają większego napędu niż obciążenia wentylatora kwadratowego i pompy.
• Zakres prędkości: praca ze stałą mocą powyżej prędkości podstawowej wymaga osłabienia pola i silnika przystosowanego do tego.
• Hamowanie: zdecyduj, czy wymagany jest rezystor hamowania, moduł hamowania czy przód z regeneracją.
• Środowisko: temperatura otoczenia, wysokość nad poziomem morza, kurz, wilgotność i wymagany stopień ochrony IP zmniejszają użyteczny prąd wyjściowy.
• Jakość energii: limity harmonicznych, długość kabla i kategoria EMC zwykle decydują o tym, czy zostaną dodane dławiki czy filtry.
• Integracja: protokół magistrali polowej, liczba wejść/wyjść i to, czy napęd musi komunikować się z istniejącą platformą sterowania.

Tam, gdzie obciążenie jest duże lub dynamika jest mała, bezpieczniejszym wyborem jest napęd wektorowy z odpowiednim autotuningiem silnika.

Dostawcy wektorowych przemienników częstotliwości RVE32 Plastikowa obudowa • Bezczujnikowa technologia wektorowego sterowania prędkością • Automatyczna adaptacja parametrów pętli, nie wymaga debugowania • Komunikacja Modbus w standardzie • Niska moc ... Zobacz produkt →

Wektorowa przetwornica częstotliwości RV32 to nasza odpowiedź na te wymagania: sterowanie wektorowe w pętli otwartej lub zamkniętej, duża odporność na przeciążenia oraz opcje hamowania i komunikacji, o które pytają konstruktorzy maszyn.

Gdzie przetwornice prądu przemiennego niskiego napięcia zapewniają rezultaty

Aplikacje skupiają się wokół kilku wzorców. W układach wentylatorów i pomp napęd zastępuje zawór dławiący lub przepustnicę, dzięki czemu silnik wytwarza tylko taki przepływ, jakiego potrzebuje proces. W sprężarkach napędy ograniczają straty podczas rozładunku i utrzymują stałe ciśnienie. W zakładach chemicznych oswajają wirówki i mieszadła, które w przeciwnym razie przy każdym uruchomieniu wstrząsałyby skrzynią biegów. Linie gumowe i plastikowe wykorzystują je w wytłaczarkach ślimakowych, podczas gdy urządzenia dźwigowe i obrabiarki polegają na nich w celu kontrolowanego przyspieszania i powtarzalnego pozycjonowania.

Dmuchawy do uzdatniania wody, pompy głębinowe i systemy zasilania stałym ciśnieniem kierują się tą samą logiką. Jak skonfigurowane są te obowiązki możesz zobaczyć w naszym rozwiązania w zakresie zastosowań wentylatorów i pomp .

Dostawcy napędów AC serii CT3000 Przemiennik częstotliwości serii CT3000 400 V 560–800 kW Zobacz produkt →

Przemiennik częstotliwości serii CT3000 przeznaczony jest do zastosowań ogólnych w tych branżach, co czyni go rozsądnym punktem wyjścia, gdy w projekcie łączy się kilka typów maszyn w ramach jednej strategii dotyczącej części zamiennych.

Efektywność energetyczna, niezawodność i jakość energii

Prawa powinowactwa wyjaśniają większość historii oszczędności: w przypadku obciążeń odśrodkowych przepływ zmienia się wraz z prędkością, podczas gdy moc na wale zmienia się wraz z sześcianem prędkości. Dlatego dwudziestoprocentowe zmniejszenie prędkości powoduje zmniejszenie mocy o mniej więcej połowę. Dlatego też projekty modernizacji wentylatorów i pomp zwracają się zwykle w ciągu jednego do trzech lat.

Niezawodność wynika z ochrony i dobrego montażu. Nowoczesne napędy monitorują prąd wyjściowy, napięcie szyny DC, temperaturę radiatora i upływ uziemienia, a także ograniczają moment obrotowy zamiast wyłączać, gdy tylko pozwala na to proces. Harmoniczne i EMC nadal wymagają uwagi: dławiki DC lub AC redukują zniekształcenia prądu, ekranowany kabel silnika i prawidłowe sterowanie uziemieniem, szum w trybie wspólnym, a ograniczenia długości kabla chronią izolację silnika przed szybkimi zboczami przełączania.

Uruchomienie, dokumentacja i wsparcie

Dobre uruchomienie to przede wszystkim przygotowanie. Najpierw należy wprowadzić dane z tabliczki znamionowej silnika, przeprowadzić automatyczne dostrajanie, a następnie ustawić rampy przyspieszania i zwalniania wokół rzeczywistej bezwładności, zanim przemiennik zobaczy obciążenie. Połącz ekrany kabla silnika na obu końcach, trzymaj przewody sterujące z dala od przewodów zasilających i zapisz ostateczny zestaw parametrów, aby można było szybko załadować jednostkę zamienną.

Konserwacja pozostaje prosta, gdy jest planowana: wyczyść radiator i wentylator chłodzący, sprawdź kondensatory szyny prądu stałego po długiej eksploatacji, corocznie sprawdzaj moment obrotowy na zaciskach i korzystaj z obrazowania termowizyjnego, aby wcześnie wykryć luźne połączenia. Nasz instrukcje obsługi i pliki do pobrania należy zabrać ze sobą listy parametrów, schematy połączeń i dokumenty oprogramowania sprzętowego potrzebne do obu zadań.

Często zadawane pytania

Czy przetwornica częstotliwości niskiego napięcia może utrzymać silnik przy zerowej prędkości?

Tak, może utrzymać wał nieruchomo, wytwarzając moment obrotowy, ale silnik musi być przystosowany do pracy ciągłej przy niskiej prędkości. Standardowe silniki chłodzone samoczynnie tracą przepływ powietrza chłodzącego wraz ze spadkiem prędkości, dlatego należy zaplanować silnik z osobną wentylacją, jeśli okres utrzymywania jest długi.

Jak daleko może biec kabel silnika od przemiennika częstotliwości?

Z reguły do ​​około 30-50 m w trybie nieekranowanym lub 20-30 m w ekranie. Dłuższe przebiegi wymagają filtra dV/dt lub dławika wyjściowego, aby chronić uzwojenie silnika przed stromymi zboczami przełączania.

Czy zawsze potrzebuję rezystora hamowania?

Nie. Jest to konieczne tylko wtedy, gdy ładunek regeneruje energię szybciej niż napęd jest w stanie ją pochłonąć, np. podczas szybkiego zatrzymywania wentylatora o dużej bezwładności lub opuszczania wciągnika. Powolne zwalnianie i obciążenia o niskiej bezwładności często nie wymagają niczego dodatkowego.

Przetwornice prądu przemiennego niskiego napięcia nagradzają staranne dopasowanie bardziej niż jakakolwiek pojedyncza specyfikacja. Uzyskaj profil momentu obrotowego, wymagania dotyczące przeciążenia i odpowiednie środowisko, a napęd stanie się bezobsługową częścią maszyny, a nie powtarzającym się problemem.

Jeśli potrzebujesz drugiej opinii na temat zastosowania, od krzywej pompy po modernizację, nasi inżynierowie chętnie pomogą Ci w dobraniu rozmiaru, skonfigurowaniu i utrzymaniu działania przez lata.