Bộ biến tần là gì, nó hoạt động như thế nào và để làm gì
Định nghĩa
Theo định nghĩa, bộ biến tần là bộ biến đổi nguồn điện tử để thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều. Nhưng tùy thuộc vào hiệu suất, cả mức điện áp và số lượng pha thay đổi. Có thể bạn không hoàn toàn rõ ràng tại sao cần một thiết bị như vậy, nhưng chúng tôi sẽ cố gắng nói với bạn về nó bằng những từ đơn giản.
Tần số quay trục của động cơ đồng bộ và không đồng bộ (HELL) phụ thuộc vào tần số quay của từ thông của stato và được xác định theo công thức:
n = (60 * F / p) * (1-S),
Trong đó n là số vòng quay của trục HELL, p là số cặp cực, s là trượt, f là tần số của dòng điện xoay chiều.
Nói một cách đơn giản, tốc độ cánh quạt phụ thuộc vào tần số và số lượng cặp cực. Số lượng các cặp cực được xác định bởi thiết kế của cuộn dây stato và tần số của dòng điện trong mạng là không đổi. Do đó, để điều chỉnh tốc độ, chúng ta chỉ có thể kiểm soát tần số với sự trợ giúp của bộ chuyển đổi.
Thiết bị
Theo quan điểm đã nói ở trên, chúng tôi xây dựng lại câu trả lời cho câu hỏi đó là gì:
Bộ biến tần là một thiết bị điện tử để thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều, và do đó, tốc độ quay của rôto của máy điện không đồng bộ (và đồng bộ).
Biểu tượng đồ họa theo GOST 2.737-68 bạn có thể xem bên dưới:
Nó được gọi là điện tử vì nó dựa trên mạch chuyển đổi bán dẫn. Tùy thuộc vào các tính năng chức năng và loại điều khiển, cả sơ đồ mạch và thuật toán vận hành sẽ được sửa đổi.
Trong sơ đồ bên dưới, bạn thấy cách sắp xếp bộ biến tần:
Nguyên lý hoạt động của bộ biến tần như sau:
- Điện áp nguồn được áp dụng cho bộ chỉnh lưu 1 và trở thành một xung được chỉnh lưu.
- Trong khối 2, các xung được làm mịn và thành phần phản ứng được bù một phần.
- Khối 3 là một nhóm các công tắc nguồn được điều khiển bởi hệ thống điều khiển (4) bằng cách sử dụng điều chế độ rộng xung (PWM). Thiết kế này cho phép bạn có được một điện áp được điều chỉnh bằng hai mức PWM ở đầu ra, sau khi làm mịn, tiếp cận một dạng hình sin. Trong các mô hình đắt tiền, sơ đồ ba cấp đã được sử dụng, trong đó sử dụng nhiều khóa hơn. Nó cho phép bạn đạt được gần hơn với dạng sóng hình sin. Như các công tắc bán dẫn, thyristor, hiệu ứng trường hoặc bóng bán dẫn IGBT có thể được sử dụng. Gần đây, hai loại cuối cùng được yêu cầu nhiều nhất và phổ biến vì hiệu quả, tổn thất nhỏ và dễ kiểm soát.
- Sử dụng PWM, mức điện áp cần thiết được hình thành, nói một cách đơn giản - đây là cách sóng hình sin được điều chế, xen kẽ bao gồm các cặp khóa, hình thành điện áp đường dây.
Vì vậy, chúng tôi mô tả ngắn gọn cách thức bộ biến tần cho động cơ điện hoạt động và nó bao gồm những gì. Nó được sử dụng như một nguồn năng lượng thứ cấp và không chỉ kiểm soát hình dạng của mạng cung cấp hiện tại, mà còn chuyển đổi giá trị và tần số của nó theo các tham số đã chỉ định.
Các loại chastotnik và phạm vi
Phương pháp quản lý
Điều chỉnh tốc độ có thể được thực hiện theo nhiều cách khác nhau, cả bằng phương pháp cài đặt tần số yêu cầu và phương pháp điều chỉnh. Chastotniki theo phương pháp điều khiển được chia thành hai loại:
- Với điều khiển vô hướng.
- Với điều khiển véc tơ.
Các thiết bị thuộc loại thứ nhất điều chỉnh tần số theo chức năng U / F nhất định, nghĩa là điện áp thay đổi cùng với tần số. Một ví dụ về sự phụ thuộc của điện áp vào tần số có thể được quan sát dưới đây.
Nó có thể khác nhau và được lập trình cho một tải cụ thể, ví dụ, trên quạt, nó không phải là tuyến tính, mà giống như một nhánh parabola. Nguyên lý hoạt động này giữ cho từ thông trong khoảng cách giữa rôto và stato gần như không đổi.
Một tính năng của điều khiển vô hướng là mức độ phổ biến và tương đối dễ thực hiện. Nó được sử dụng thường xuyên nhất cho máy bơm, quạt và máy nén. Các chastotnik như vậy thường được sử dụng nếu cần duy trì áp suất ổn định (hoặc thông số khác), nó có thể là máy bơm chìm cho giếng, nếu chúng ta xem xét sử dụng trong nước.
Trong sản xuất, phạm vi rộng, ví dụ, kiểm soát áp suất trong cùng một đường ống và hiệu suất của hệ thống thông gió tự động. Phạm vi kiểm soát thường là 1:10, nói một cách đơn giản, tốc độ tối đa từ mức tối thiểu có thể khác nhau 10 lần. Do đặc thù của việc thực hiện các thuật toán và mạch, các thiết bị như vậy thường rẻ hơn, đó là lợi thế chính.
Nhược điểm:
- Hỗ trợ rev không quá chính xác.
- Phản ứng chậm hơn với sự thay đổi chế độ.
- Thông thường không có cách nào để kiểm soát khoảnh khắc trên trục.
- Với sự gia tăng tốc độ trên danh nghĩa, thời điểm trên trục động cơ giảm xuống (nghĩa là khi chúng ta tăng tần số trên mức 50 Hz danh nghĩa).
Điều thứ hai là do điện áp ở đầu ra phụ thuộc vào tần số, ở tần số định mức, điện áp bằng với điện áp chính và chastotnik không biết làm thế nào để tăng nó lên cao hơn, trên biểu đồ bạn có thể thấy một phần chẵn của âm mưu sau 50 Hz. Cần lưu ý rằng sự phụ thuộc của thời điểm vào tần số, nó rơi theo định luật 1 / f, được thể hiện bằng màu đỏ trong biểu đồ bên dưới và sự phụ thuộc của công suất vào tần số là màu xanh.
Bộ biến tần điều khiển véc tơ có một nguyên tắc hoạt động khác nhau, ở đây, nó không chỉ là điện áp tương ứng với đường cong U / f. Các đặc tính của điện áp đầu ra thay đổi theo các tín hiệu từ các cảm biến, do đó một thời điểm nhất định được duy trì trên trục. Nhưng tại sao chúng ta cần một phương pháp kiểm soát như vậy? Điều chỉnh chính xác hơn và nhanh hơn là đặc điểm của bộ biến tần điều khiển véc tơ. Điều này rất quan trọng trong các cơ chế như vậy trong đó nguyên tắc hành động có liên quan đến sự thay đổi mạnh về tải và mô-men xoắn trên cơ thể điều hành.
Tải trọng như vậy là điển hình cho tiện và các loại máy khác, bao gồm cả CNC. Độ chính xác của quy định lên tới 1,5%, phạm vi điều chỉnh là 1: 100, cho độ chính xác cao hơn với các cảm biến tốc độ, v.v. - lần lượt là 0,2% và 1: 10000.
Có một ý kiến trên các diễn đàn rằng ngày nay chênh lệch giá giữa vectơ và chastotniks ít hơn so với trước đây (15 - 35% tùy thuộc vào nhà sản xuất) và sự khác biệt chính là phần sụn nhiều hơn so với mạch. Cũng lưu ý rằng hầu hết các mô hình vector cũng hỗ trợ điều khiển vô hướng.
Ưu điểm:
- độ ổn định và độ chính xác cao hơn;
- phản ứng nhanh hơn với thay đổi tải và mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp;
- phạm vi điều chỉnh rộng hơn.
Hạn chế chính là nó có giá cao hơn so với vô hướng.
Trong cả hai trường hợp, tần số có thể được đặt bằng tay hoặc bằng cảm biến, ví dụ: cảm biến áp suất hoặc đồng hồ đo lưu lượng (nếu chúng ta đang nói về máy bơm), chiết áp hoặc bộ mã hóa.
Tất cả hoặc gần như tất cả các bộ biến tần đều có chức năng khởi động mềm, giúp khởi động động cơ từ máy phát khẩn cấp dễ dàng hơn mà hầu như không có nguy cơ quá tải.
Số lượng giai đoạn
Ngoài các phương thức phản hồi, chastotnik còn khác nhau về số lượng pha ở đầu vào và đầu ra. Vì vậy, phân biệt bộ biến tần với đầu vào một pha và ba pha.
Đồng thời, hầu hết các mô hình ba pha có thể được cung cấp năng lượng bởi một pha, nhưng với ứng dụng này, công suất của chúng giảm xuống 30-50%. Điều này là do tải hiện tại cho phép trên điốt và các thành phần mạch điện khác. Các mô hình một pha có sẵn trong dải công suất lên tới 3 kW.
Quan trọng! Lưu ý rằng với kết nối một pha với điện áp đầu vào 220 V, sẽ có đầu ra gồm 3 pha 220 V, và không phải là 380V. Đó là, đầu ra tuyến tính sẽ chính xác là 220v. Trong kết nối này, các động cơ phổ biến có cuộn dây được thiết kế cho điện áp 380/220 V cần phải được kết nối theo hình tam giác, và các động cơ trên 127/220 V - trong một ngôi sao.
Trong mạng, bạn có thể tìm thấy nhiều ưu đãi như chuyển đổi tần số 220 đến 380 - đây là trong hầu hết các trường hợp tiếp thị, người bán gọi bất kỳ ba giai đoạn nào là 380Viết.
Để có được 380V thực từ một pha, bạn phải sử dụng máy biến áp một pha 220/380 (nếu đầu vào của bộ biến tần được thiết kế cho điện áp như vậy) hoặc sử dụng bộ biến tần chuyên dụng với đầu vào một pha và đầu ra ba pha 380V.
Một loại bộ biến tần riêng biệt và hiếm hơn là bộ biến tần một pha có đầu ra một pha 220. Chúng được thiết kế để điều chỉnh động cơ một pha khi khởi động tụ điện. Một ví dụ về các thiết bị như vậy là:
- ERMAN ER-G-220-01
- ĐỔI MỚI IDD
Sơ đồ nối dây
Trong thực tế, để có được đầu ra 3 pha từ bộ biến tần 380V, bạn cần kết nối đầu vào 3 pha 380V:
Kết nối chastotnik với một pha cũng tương tự, ngoại trừ kết nối dây cung cấp:
Bộ biến tần một pha cho động cơ có tụ điện (bơm hoặc quạt công suất thấp) được kết nối như sau:
Như bạn có thể thấy trên sơ đồ, ngoài dây cung cấp và dây cho động cơ, bộ biến tần còn có các thiết bị đầu cuối, cảm biến, nút khác của bảng điều khiển từ xa, xe buýt để kết nối với máy tính (thường là chuẩn RS-485) và các loại khác được kết nối với chúng. Điều này cho phép điều khiển động cơ thông qua các dây tín hiệu mỏng, cho phép bạn loại bỏ bộ biến tần thành bảng điện.
Bộ theo tần số là thiết bị phổ quát, mục đích không chỉ là điều chỉnh tốc độ, mà còn bảo vệ động cơ điện khỏi các chế độ vận hành và cung cấp điện không chính xác, cũng như không bị quá tải. Ngoài chức năng chính, các thiết bị nhận ra sự khởi động trơn tru của các ổ đĩa, giúp giảm hao mòn thiết bị và tải điện. Nguyên lý hoạt động và độ sâu của cài đặt tham số của hầu hết các bộ biến tần cho phép bạn tiết kiệm điện khi điều khiển máy bơm (điều khiển trước đây được thực hiện không phải do hiệu suất của bơm, mà sử dụng van) và các thiết bị khác.
Đây là nơi chúng tôi kết thúc việc xem xét vấn đề. Chúng tôi hy vọng rằng sau khi đọc bài viết, bạn sẽ hiểu bộ biến tần là gì và tại sao nó lại cần thiết. Cuối cùng, chúng tôi khuyên bạn nên xem một video hữu ích về chủ đề này:
Chắc chắn bạn không biết:
Đang tải ...
