Il controllo VFD consente di utilizzare un convertitore speciale per modificare in modo flessibile le modalità di funzionamento del motore elettrico: avvio, arresto, accelerazione, frenata, modifica della velocità di rotazione.
La modifica della frequenza della tensione di alimentazione comporta una variazione della velocità angolare del campo magnetico dello statore. Quando la frequenza diminuisce, la velocità del motore diminuisce e lo scorrimento aumenta.
Il principio di funzionamento del convertitore di frequenza
Il principale svantaggio dei motori asincroni è la complessità del controllo della velocità nei modi tradizionali: modificando la tensione di alimentazione e introducendo resistenze aggiuntive nel circuito dell'avvolgimento. Più perfetto è il convertitore di frequenza del motore elettrico. Fino a poco tempo, i convertitori erano costosi, ma l'avvento dei transistor IGBT e dei sistemi di controllo a microprocessore ha consentito ai produttori stranieri di creare dispositivi convenienti. Maggior parteperfetti ora sono i convertitori di frequenza statici.
Velocità angolare del campo magnetico dello statore ω0 cambia in proporzione alla frequenza ƒ1 secondo la formula:
ω0=2π׃1/p, dove p è il numero di coppie di poli.
Il metodo fornisce un controllo regolare della velocità. In questo caso, la velocità di scorrimento del motore non aumenta.
Per ottenere elevate prestazioni energetiche del motore - efficienza, fattore di potenza e capacità di sovraccarico, insieme alla frequenza, modificare la tensione di alimentazione in base a determinate dipendenze:
- coppia a carico costante – U1/ ƒ1=const;
- carattere ventola del momento di carico - U1/ ƒ12=const;
- Coppia di carico inversamente proporzionale alla velocità - U1/√ ƒ1=cost.
Queste funzioni sono implementate utilizzando un convertitore che modifica simultaneamente la frequenza e la tensione sullo statore del motore. L'elettricità viene risparmiata grazie alla regolazione che utilizza i parametri tecnologici necessari: pressione della pompa, prestazioni del ventilatore, velocità di avanzamento della macchina, ecc. In questo caso, i parametri cambiano in modo graduale.
Metodi di controllo della frequenza di motori elettrici asincroni e sincroni
In un azionamento a controllo di frequenza basato su motori asincroni con rotore a gabbia di scoiattolo, vengono utilizzati due metodi di controllo: scalare e vettoriale. Nel primo caso, cambiano contemporaneamenteampiezza e frequenza della tensione di alimentazione.
Questo è necessario per mantenere le prestazioni del motore, molto spesso un rapporto costante tra la sua coppia massima e il momento di resistenza sull'albero. Di conseguenza, efficienza e fattore di potenza rimangono invariati su tutto il campo di rotazione.
La regolazione vettoriale consiste nella variazione simultanea dell'ampiezza e della fase della corrente sullo statore.
Il convertitore di frequenza del motore di tipo sincrono funziona solo con piccoli carichi, con l'aumento dei quali al di sopra dei valori consentiti, il sincronismo potrebbe interrompersi.
Vantaggi del convertitore di frequenza
Il controllo della frequenza ha tutta una serie di vantaggi rispetto ad altri metodi.
- Automazione del motore e dei processi produttivi.
- Avvio dolce che elimina gli errori tipici che si verificano durante l'accelerazione del motore. Miglioramento dell'affidabilità del convertitore di frequenza e delle apparecchiature riducendo i sovraccarichi.
- Migliora l'economia di guida e le prestazioni complessive.
- Creazione di una velocità costante del motore elettrico indipendentemente dalla natura del carico, che è importante durante i transitori. L'uso della retroazione consente di mantenere una velocità del motore costante sotto vari influssi di disturbo, in particolare sotto carichi variabili.
- I convertitori sono facilmente integrabili nei sistemi tecnici esistenti senza alterazione significativa e arresto dei processi tecnologici. La gamma di potenza è ampia, ma con il loro aumentoi prezzi stanno aumentando notevolmente.
- La possibilità di abbandonare variatori, cambi, acceleratori e altre apparecchiature di controllo o ampliare la gamma delle loro applicazioni. Ciò si traduce in un notevole risparmio energetico.
- Eliminazione degli effetti dannosi dei transitori sulle apparecchiature di processo, come colpi d'ariete o aumento della pressione del fluido nelle tubazioni, riducendone il consumo notturno.
Difetti
Come tutti gli inverter, i chastotniki sono fonti di interferenza. Devono installare i filtri.
Il costo dei marchi è alto. Aumenta notevolmente con l'aumento della potenza dei dispositivi.
Regolazione della frequenza per il trasporto di liquidi
Negli impianti in cui vengono pompati acqua e altri liquidi, il controllo del flusso viene eseguito principalmente con l'aiuto di saracinesche e valvole. Attualmente, una direzione promettente è l'uso di un convertitore di frequenza di una pompa o di un ventilatore che metta in moto le loro pale.
L'uso di un convertitore di frequenza in alternativa alla valvola a farfalla offre un effetto di risparmio energetico fino al 75%. La valvola, trattenendo il flusso del fluido, non svolge un lavoro utile. Allo stesso tempo, aumenta la perdita di energia e materia per il suo trasporto.
Il convertitore di frequenza consente di mantenere una pressione costante sul consumatore quando cambia il flusso del fluido. Dal sensore di pressione viene inviato un segnale all'azionamento, che modifica il regime del motore e quindi lo regolagiri, mantenendo la portata impostata.
Le unità di pompaggio sono controllate modificandone le prestazioni. Il consumo di energia della pompa è in dipendenza cubica dalle prestazioni o dalla velocità di rotazione della ruota. Se la velocità viene ridotta di 2 volte, le prestazioni della pompa diminuiranno di 8 volte. La presenza di un programma giornaliero di consumo idrico consente di determinare il risparmio energetico per questo periodo, se si controlla il convertitore di frequenza. Grazie a ciò, è possibile automatizzare la stazione di pompaggio e quindi ottimizzare la pressione dell'acqua nelle reti.
Funzionamento dei sistemi di ventilazione e condizionamento
Il flusso d'aria massimo nei sistemi di ventilazione non è sempre necessario. Le condizioni operative possono richiedere una riduzione delle prestazioni. Tradizionalmente, per questo viene utilizzato il throttling, quando la velocità della ruota rimane costante. È più conveniente modificare la portata d'aria a causa dell'azionamento a frequenza controllata, quando cambiano le condizioni stagionali e climatiche, il rilascio di calore, umidità, vapori e gas nocivi.
Il risparmio energetico nei sistemi di ventilazione e condizionamento dell'aria non è inferiore a quello delle stazioni di pompaggio, poiché il consumo di energia della rotazione dell'albero è nella dipendenza cubica dai giri.
Dispositivo convertitore di frequenza
Il moderno convertitore di frequenza è organizzato secondo lo schema del doppio convertitore. È costituito da un raddrizzatore e un inverter a impulsi con un sistema di controllo.
Doporaddrizzando la tensione di rete, il segnale viene livellato da un filtro e inviato ad un inverter con sei interruttori a transistor, dove ciascuno di essi è collegato agli avvolgimenti dello statore di un motore elettrico asincrono. L'unità converte il segnale rettificato in un segnale trifase della frequenza e dell'ampiezza richieste. Gli IGBT di potenza negli stadi di uscita hanno un'elevata frequenza di commutazione e forniscono un'onda quadra nitida e priva di distorsioni. A causa delle proprietà di filtraggio degli avvolgimenti del motore, la forma della curva di corrente alla loro uscita rimane sinusoidale.
Metodi di controllo dell'ampiezza del segnale
La tensione di uscita è regolata in due modi:
- Ampiezza - variazione del valore della tensione.
- La modulazione a larghezza di impulso è un metodo per convertire un segnale pulsato, in cui la sua durata cambia, ma la frequenza rimane invariata. Qui la potenza dipende dall'ampiezza dell'impulso.
Il secondo metodo viene utilizzato più spesso in connessione con lo sviluppo della tecnologia dei microprocessori. Gli inverter moderni sono realizzati utilizzando transistor di spegnimento GTO o IGBT.
Capacità e applicazione dei convertitori
Il convertitore di frequenza ha molte possibilità.
- Regola la frequenza della tensione di alimentazione trifase da zero a 400 Hz.
- Accelerazione o decelerazione del motore elettrico da 0,01 sec. fino a 50 min. secondo una data legge del tempo (solitamente lineare). Durante l'accelerazione è possibile non solo una diminuzione, ma anche un aumento fino al 150% della coppia dinamica e di spunto.
- Invertire il motore con le modalità di frenata e accelerazione indicate nel desideratovelocità nell' altra direzione.
- Gli inverter sono dotati di protezione elettronica configurabile contro cortocircuiti, sovraccarichi, dispersione verso terra e linee elettriche del motore aperte.
- I display digitali dei convertitori visualizzano i dati sui loro parametri: frequenza, tensione di alimentazione, velocità, corrente, ecc.
- Le caratteristiche V/f sono sintonizzate nei convertitori in base ai carichi del motore richiesti. Le funzioni dei sistemi di controllo basati su di esse sono fornite da controller integrati.
- Per le basse frequenze, è importante utilizzare il controllo vettoriale, che consente di lavorare con la coppia massima del motore, mantenere una velocità costante quando i carichi cambiano e controllare la coppia sull'albero. Il convertitore di frequenza funziona bene con il corretto inserimento dei dati del passaporto del motore e dopo il successo del test. Prodotti conosciuti da HYUNDAI, Sanyu, ecc.
Le aree di applicazione dei convertitori sono le seguenti:
- pompe in acqua calda e fredda e sistemi di alimentazione del calore;
- Pompe di concentratori per liquami, sabbia e liquami;
- sistemi di trasporto: nastri trasportatori, rulliere e altri mezzi;
- miscelatori, mulini, frantoi, estrusori, dosatori, alimentatori;
- centrifughe;
- ascensori;
- attrezzature metallurgiche;
- attrezzatura di perforazione;
- azionamenti elettrici di macchine utensili;
- attrezzatura per escavatori e gru, meccanismi di manipolazione.
Produttori di convertitori di frequenza, recensioni
Il produttore nazionale ha già iniziato a produrre prodotti adatti agli utenti in termini di qualità e prezzo. Il vantaggio è la possibilità di ottenere rapidamente il dispositivo giusto, oltre a consigli dettagliati sulla configurazione.
La società "Sistemi efficaci" produce prodotti seriali e lotti pilota di apparecchiature. I prodotti sono utilizzati per uso domestico, nelle piccole imprese e nell'industria. Il produttore Vesper produce sette serie di convertitori, tra cui ci sono convertitori multifunzionali adatti alla maggior parte dei meccanismi industriali.
L'azienda danese Danfoss è leader nella produzione di chastotnikov. I suoi prodotti trovano impiego negli impianti di ventilazione, condizionamento, approvvigionamento idrico e riscaldamento. L'azienda finlandese Vacon, che fa parte dell'azienda danese, produce design modulari da cui è possibile assemblare i dispositivi necessari senza parti non necessarie, risparmiando sui componenti. Sono anche noti convertitori della società internazionale ABB, utilizzati nell'industria e nella vita di tutti i giorni.
A giudicare dalle recensioni, i convertitori domestici economici possono essere utilizzati per risolvere semplici problemi tipici, mentre quelli complessi richiedono un marchio con molte più impostazioni.
Conclusione
Il convertitore di frequenza controlla il motore elettrico modificando la frequenza e l'ampiezza della tensione di alimentazione, proteggendolo da malfunzionamenti: sovraccarichi, cortocircuiti, interruzioni nella rete di alimentazione. Tali attuatori elettrici svolgono tre funzioni principali,relativi ad accelerazione, decelerazione e velocità del motore. Ciò migliora l'efficienza delle apparecchiature in molte aree della tecnologia.
